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今天，忙碌穿梭的消費者也許覺得隨身攜帶的不過是一臺手機，而實際上，他們正帶著七個以上射頻，用于處理多頻段蜂窩工作、Wi-Fi網絡、藍牙連接、輔助GPS（全球定位系統）等等功能。今后，他們還會擁有實現Ad hoc式設備間通信的射頻，這樣一臺設備可以利用有更好覆蓋的鄰近設備（見附文《Ad hoc共享可能意味著更多射頻》）。為了將所有必需的射頻功能裝在一個便攜無線設備中，整個2008年，研究人員都在開發微型多功能模塊，并利用靈活的低功耗SDR（軟件無線電）架構。 在一個產品中實現多功能射頻的傳統方式是簡單地設計出多個分立的射頻，即對于產品準備支持的每種通信標準，都建立一個發射/接收功能。這種方案要占用大量實際資源，Epcos公司用它的微型前端LTCC（低溫共燒陶瓷）射頻模塊解決了這個問題。該公司模塊產品開發總監Patric Heide博士說：“我們交付一種經過完整測試的單封裝RF系統。在一部手機中，一面有采用CMOS的射頻IC，另一面是天線。我們提供一種位于兩者之間的全功能前端模塊。”為了縮小多射頻的實現，Epcos提供多射頻模塊，如Wi-Fi/WiMax（全球微波接入互操作）模塊（圖1）。有關模塊測試方法的討論見參考文獻1。  Epcos LTCC這類模塊可以適應多種半導體元件，如GaAs（砷化鎵）功率放大器，但發射/接收信號鏈中前端模塊的CMOS射頻芯片包含了很多射頻功能，可以用多個CMOS芯片實現多種射頻標準。更簡潔的方法是采用一只靈活的CMOS芯片去實現多種射頻標準。 英特爾副總裁兼首席技術官Justin R Rattner在去年6月加州阿納海姆召開的設計自動化會議上發表了有關這一主題的演講（參考文獻2）。在一次主題為“數字、可編程多射頻的EDA”演講中，他指出消費者希望“輕便而享有舒適生活”，即，他們希望緊湊的設計中有多種先進功能。為支持這種輕裝上陣、暢享生活（Carry Small Live Large）的方式，消費設備必須支持“任意地點/任何時間”的協作，無論采用哪種空中接口（3G蜂窩、Wi-Fi或WiMax），設備都能夠互相通信。 Rattner承認，我們生活在一個模擬世界中。他說：“模擬是我們與真實世界互動的方式，但技術更青睞于數字。因此，我們必須在模擬世界與數字世界之間建立橋梁。”對“輕裝上陣、暢享生活”的生活方式來說，彌補這一間隙很重要。他還認同模擬電路的數量正在增長：在2006年，超過70%的SoC（系統單芯片）有模擬成分。但不幸的是，傳統模擬開發在面對晶體管尺寸變化時舉步維艱。困難的原因在于遮罩成本的增加、泄漏和工藝偏差的影響、輸出阻抗、增加的閃爍噪聲，以及降低的電源電壓減少了動態范圍。 他的傾向是采用“數字輔助的模擬”，將一個模擬問題轉化為一個數字問題，通過數字門來提高模擬性能。該技術利用了信息理論給出的射頻計算特性，大大簡化了射頻架構，使一個射頻能夠同時作多種用途，例如在3G和Wi-Fi網絡之間作無縫切換，并能探測射頻環境，看是否存在更高性能的網絡。 在Rattner版的數字多射頻實現中，傳統的模擬接收機信號鏈（由一個前端模塊、一個混頻器和一個信道選擇濾波器構成）讓位于一個簡單的數字方案。現在單只芯片就可以實現一個Wi-Fi或3G射頻。未來集成式可編程多射頻實現方案將能處理所遇到的任何空中接口。據Rattner說，英特爾可能需要一年左右時間，就能提供這種數字射頻的商用版，但該公司已用65 nm CMOS建立了一個數字功率放大器，用90 nm CMOS建立了一個分數合成器。 另一個走得很遠的組織是IMEC，它在2008年10月14日比利時布魯塞爾舉辦的年度研究評審會上展示了一個SDR平臺。IMEC無線研究科學主管 Liesbet Van der Perre表示，該組織的SDR原型集成了下一代靈巧移動終端的主要部件。她說，這個原型帶有一個RF收發器和可編程基帶平臺，能夠測量實際狀態下和不同工作模式下的性能與功耗。 Van der Perre報告說，IMEC的靈巧RF收發器前端SCALDIO（可縮放射頻芯片）可工作于所有當前與未來蜂窩式、WLAN（無線局域網）、WPAN（無線個人局域網）、廣播與定位的標準，頻率范圍從174MHz～6GHz。IMEC的可編程基帶平臺BEAR（自適應射頻的基帶引擎）支持各種標準，如 802.11n、802.16e和移動電視，并且與發展中的3GPP-LTE（第三代伙伴項目/長期演進通信）標準向前兼容。 以連接為中心的SDR平臺可在多種多樣的環境下，靈活高效地使用網絡與頻譜資源。SDR還可作為以頻譜為中心、投機性的、認知式射頻應用的促成性技術。認知式射頻（圖2）可以根據與運行環境的互動，自主修改自己的參數，它可以與其它無線系統共存于或同時使用相同頻譜資源，而不會產生明顯干擾。Van der Perre估計，全認知式射頻需要到2025年或2030年以后才會出現，但SDR的實現促成了認知式射頻功能的發展，并將在短期內出現。 很多公司都專注于SDR概念，包括Vanu公司，它將該技術用于基站，使之能同時工作在GSM（全球移動系統）通信、CDMA（碼分多址）和摩托羅拉的 IDEN（集成數字增強網絡）。另一家是BitWave Semiconductor公司，它的工程師開發了一種SDR IC，可以至少工作于16種無線網絡接口下，包括GSM、WCDMA（寬帶CDMA）、Wi-Fi、WiMax和UMTS（全球移動電信系統）LTE。 BitWave在2007年初發布了器件的首個原型Softransceiver RFIC（射頻集成電路）。該款IC現在已接近商用化，工程師正在測試該器件（圖3），并確定它們在量產下的特性（參考文獻3）。 IMEC在2008年10月份宣布，東芝已獲得了適用于SDR的IMEC技術許可。IMEC與松下公司上個月簽署了一個涉及半導體、網絡、無線與生物醫學領域技術的聯合研發合約。根據合約條款，研究工作將在位于比利時IMEC的Leuven，以及荷蘭埃因霍溫Holst Centre的研究部門中進行，部分研究將注重于動態可重配置SDR。 MathWorks公司的技術營銷經理John Irza從該公司為芯片與系統供應商提供基帶與RF仿真工具的優勢談起。他估計，帶寬用戶只使用了可用頻譜的10%～20%，為認知式射頻留下了大量的運作空間。但當頻譜的主要用戶打算使用認知式射頻已占據的頻譜時，認知式射頻必須足夠靈巧地讓出來。Irza指出，認知式射頻的挑戰包括政治與技術兩個方面，需要美國聯邦通信委員會（FCC）這類監管機構的認可。迄今為止，FCC已支持了認知式射頻概念。 至于未來，Irza認為，隨著供應商克服了將數字信號處理器功能更接近于天線的挑戰，會有一種基帶/上行頻段器件的集成趨勢，它支持藍牙、Wi-Fi、GPS和LTE通信標準。 IMEC的Van der Perre引用來自研究機構ARCchart的數字，樂觀地估計2011年制造商將交付1.57億部有SDR的手機，或占全部手機的11%。該研究機構的悲觀預測是，當年有SDR的手機為7400萬部。 Van der Perre未提及2011年以后的SDR或認知式射頻數字，但她預測，到大約2030年時，射頻的ADC將更加接近于天線，從而獲得一個直覺而靈活的全認知式射頻。作為通往這個目標的步驟之一，IMEC在2008年11月日本福岡的IEEE 亞洲固體電路會議上展示了一個2.4GHz sigma-delta ADC，它采用90 nm CMOS制造。IMEC在繼續研究一種可變能效的頻譜探測引擎，可以讓認知式射頻更進一步。 |
