5G手機相較于4G手機,5G手機必須設計為符合3GPP新無線電(NR)版本15,并且還需要兼容傳統的4G接入技術。因此設備廠家第一階段,一般都會采用5G手機支持非獨立(NSA)協議棧的技術路徑。

圖1:5G手機架構(來源:ResearchGate)
由于5G Massive MIMO提供了較快速的上行/下行吞吐量,一般認為其吞吐量是4G手機的10倍,同時還需要向后兼容4G標準如LTE和LTE-A。此外,最新的5G手機將支持藍牙,WIFI和基于NFC的短距離無線技術。同時其還包含了更多的傳感器,例如接近傳感器,光傳感器,氣壓計,磁力計,加速度計,陀螺儀,溫度計,激光掃描儀等。
從硬件角度出發,5G手機相較于4G手機,其最大的區別在于,RF射頻前端方案及天線的差異。

圖2:5G手機RF射頻前端
一般來說,RF前端模組包括:
1)功率放大器(PA或LNA,分別對應收發端,負責信號的放大,往往是最耗電的芯片)
2)雙工器及鐵氧體濾波器,帶外干擾抑制作用,保證不同頻率上信號互相隔離,不受影響
3)高速RF開關,負責Tx與Rx之間的物理通道隔離,避免收發干擾,造成自激等不良影響
4)包絡跟蹤ED(提高放大器效率)
也就是對應著手機天線與基帶處理器中間這一大部分,往往大家會說哪個品牌的手機信號質量好,往往就是這一部分其設計和集成能力強,表現出來了語音及數據通信能力的性能差異。

圖3:4G/5G手機射頻前端規模估計
可以看出當前RF前端是需要不同功能特點的IC進行整合的,在芯片封裝時,當前主流的工藝有如下一些工藝:
SOI:silicon on insulator
BUCK:塊體硅、體硅

圖4:不同功能模塊對應的工藝
類似于系統產品,手機目前的RFIC也呈現出了RF前端模組化的趨勢,按照不同的組合當前有一些劃分的方案。

圖5:RFIC模組不同組合方案
目前5G手機的架構還在演進發展中,如何將更多的RF前端集成進入手機,同時能夠支持mm-Wave毫米波應用,滿足用戶不同手持狀態良好的通信信道建立,也是一大挑戰。