LTE LNA顯著改善4G智能手機接收靈敏度

2014年注定是中國LTE特別是TD-LTE 突飛猛進的一年，截止2014年5月，已完成工信部入網的TD-LTE終端累計達265款，其中智能手機占204款，移動版(TD-LTE)有133款。 另外，2014年的移動集總采購正在緊鑼密鼓的進行中，國內各大主流手機終端供應商或設計公司均已充分投入到這場浩浩蕩蕩的LTE終端博“機”大賽中。

相對于3G手機，LTE手機(4G手機)必須明顯地提高自己的數據吞吐能力，通俗地說，就是要讓終端客戶明顯感受到上網迅速、連接穩定、播放視頻流暢、下載 速度快等應用優點。所以，為了提高上下行的數據速率，相對于3G手機，LTE終端對于分集天線——也就是通常所說的副天線的接收性能會有較高的期望和要 求，而對于3G手機，一般不一定必須要有分集天線，即使有分集天線，對于其接收性能也并沒有硬性要求，通常就連平臺芯片供應商在參考設計中也不會對3G終 端的分集天線性能做過多的要求。然而，對于LTE手機，分集信道的接收性能和主信道的差異不宜過大，也就是平衡度要能在3dB以內，這樣整個終端的上下行 吞吐能力才不會為過差的分集信道所拖累，從而能帶給終端客戶高速的上網體驗，凸顯4G通信的高速數據業務支持的優勢。

而要想保證手機終端的主分集 不平衡度控制在3dB左右，通常必須通過使用外部LNA的途徑來解決該問題。為此，英飛凌推出的新一代LTE LNA—BGA7X1N6系列，多方考慮了LTE LNA所需要的低噪聲、高線性和超小尺寸，并兼顧了諸多主流廠商和平臺芯片廠商的訴求。該系列自2014年Q1正式發布以來，市場反響較好，一些國內外知 名廠商最新發布的LTE智能手機或終端中均能發現BGA7x1N6系列LTE LNA的身影。

下面就來具體了解一下使用LTE LNA是如何能明顯改善分集天線支路接收性能的。首先從系統級來分析在使用和不使用LTE LNA時，整個射頻接收前端(RFFE)所表達出來的系統級噪聲系數的差別，顯然，由圖1可以很清楚地看到對于分集通路，該系統級噪聲系數的差別約為 3.4dB, 這意味著RFIC的輸入信噪比能被改善3.4dB，當然由于方案1在LTE LNA前采用了更低插損的聲表濾波器(SAW filter)，方案2中使用原有聲表濾波器則改善仍可高達2.7dB，通常3dB的信噪比改善意味著同等環境條件下的通信距離能實現40%的增長。

當然，對于數據終端，人們更關心所能傳輸的數據速率峰值，下面就來分析一下，數據速率到底會有怎么樣的改善。

圖1：使用LTE LNA能改善明顯降低整個RFFE系統的噪聲系數

圖2：使用和未使用英飛凌LTE LNA的RFFE系統模擬板噪聲系數和系統增益實測結果

有 了3dB信噪比改善到底能帶來什么樣程度的數據速率的提升呢？為了更好地分析這一點，利用通信原理的香農公式可以看出，在信道帶寬一定時，信噪比直接決定 該信道的信道容量(數據速率)，而在輸入信噪比為定值時，系統噪聲系數直接決定整個RFFE系統的輸出信噪比，從而決定數據速率。

回到圖1所分析的分集通路的情況，可以看到使用LTE LNA對于數據速率的改善如圖3。顯而易見，在通常急需要改善的輸入信噪比介于5~10dB的場合，使用LTE LNA可實現高達約50%以上(79%@輸入信噪比=5dB)數據速率提升。

圖3：使用LTE LNA對接收信道的數據速率改善明顯

為了配合4G LTE市場的興起，英飛凌所推出的一系列LTE LNA產品，其中最有代表性的是BGA7x1N6系列，產品的大致規格包括：

a) BGA7x1N6使用業界領先的Flipchip封裝技術，僅1.1x0.7mm2；

b) BGA7x1N6的噪聲系數低至0.6dB，明顯抑制系統噪聲；

c) BGA7x1N6的Gain=13dB，IIP3高達+3dBm，采用SiGe工藝；

d) BGA7x1N6系統應用電路覆蓋0.7~2.7GHz所有LTE頻段，設計高效完備。

在BGA7x1N6的基礎上，英飛凌還推出了BGM7xxxxL12系列，有多種頻段組合方式供客戶選擇，同樣基于高上大的Flipchip封裝技 術，BGM7xxxxL12系列的尺寸僅為1.9 x 1.1 mm2，所以當客戶有更加嚴格的PCB版面要求時，圖4中的BGA7x1N6系列的應用實例也可以用1顆BGM7xxxxL12來代替，節省的PCB版面 也是非常可觀的。

圖4：FDD系統中LTE LNA系列應用實例

英飛凌BGA7x1N6在2014年初已量產，目前市場反響良好。此外，作為LTE LNA的領導者，英飛凌在中國國內配備有完善的專業技術支持團隊，幫助客戶從系統級去解決LTE LNA在具體應用中所遇到的問題和困難。另外，英飛凌的BGA7x1N6系列LTE LNA采用SiGe工藝，并以穩定的產能和卓越的質量控制體系為使用其產品的手機制造商注入了更多的市場競爭力。

綜上所述， 通過LTE LNA可為LTE智能終端(手機)保駕護航，消費者將真正感受到LTE網絡前所未有的極速體驗。在LTE智能手機的設計中除了LTE LNA能極大地改善用戶體驗外，還有其它一些新穎的技術也值得關注，如在使用金屬外殼天線時需要用到天線交叉技術，而越來越多的LTE 頻段的覆蓋也需要用到天線調諧技術，英飛凌除了在LTE LNA方面的創新開發之外，同樣在射頻開關特別是交叉開關和天線調諧專用開關方面也得到了廣大客戶的認可。