【編者按】本文作者彭洋洋，首發(fā)于慧智微電子微信公眾號，集微網經授權轉載。

2023年，5G商用第四個年頭。“能用就好”的階段已過，5G正在邁向“深度優(yōu)化”。

中國5G手機出貨在過去幾年迅速提升，根據工信部統(tǒng)計數(shù)據，在中國市場，5G手機出貨比例從2019年的4.7%，快速增長至2020年的52.9%，2021年增長至76.3%，2022年至今，這個比例穩(wěn)定在77%以上。中國市場年出貨手機中，已經有接近8成均為5G手機。

5G在國外也開始迅速部署。除了北美、西歐、亞太等5G先發(fā)地區(qū)外，南亞、東歐、北非、中南美洲等地區(qū)也在快速推進5G部署和商用。根據GSMA的統(tǒng)計，截至2023年，全球5G連接數(shù)將達到15億，這一數(shù)字在2026年將翻一番，達到30億。到2030年，全球手機連接數(shù)將達到50億。5G將在全球將迎來快速增長。

圖：GSMA所做的全球無線通信連接數(shù)預測

隨著5G深度部署，5G方案也在不斷演進，以適應更廣泛的網絡應用和用戶體驗。作為對終端無線通信能力有主要影響的5G射頻前端方案來說，也在不斷尋求優(yōu)化和創(chuàng)新。2023年，5G射頻前端方案最明顯的變化就是Phase8系列方案的提出和討論了。

Phase8方案究竟是什么？它與之前的Phase7、Phase5N方案有什么不同？它是未來的演進趨勢嗎？帶著以上問題，本文就Phase8方案做一個梳理，與大家一起討論近期熱議之中的Phase8方案。

5G射頻前端方案演進    

射頻方案演進

過去40年，通信協(xié)議10年一個大節(jié)點演進，完成了從2G到5G的跨越變革。與之同時，射頻前端方案也不斷變化。通信協(xié)議與射頻前端方案相互影響、相互促進，共同推動了無線通信業(yè)務的發(fā)展與普及。

進入4G時代，為了應對4G時代射頻前端的復雜性和多樣性，為了滿足全球不同運營商、終端廠商、器件廠商的需求，作為芯片平臺廠商的MTK聯(lián)合終端廠商、器件廠商共同發(fā)起定義了規(guī)范化、兼容化的4G射頻前端方案。Phase系列射頻前端從2014年開始定義，目前已經有Phase2、Phase3、Phase5、Phase6、Phase6L、Phase7、Phase7L、Phase7LE等多個版本，每個版本都根據不同的通信協(xié)議、載波聚合（CA）能力、集成度等因素進行了優(yōu)化和創(chuàng)新。Phase系列射頻前端伴隨了整個4G的發(fā)展，占據了整個4G市場約80%的市場份額。（有關Phase系列的發(fā)展，請參加慧智微文章《從4G到5G，手機射頻芯片十年之路》）。

圖：“Phase”系列射頻前端的10年發(fā)展

Phase系列射頻前端的出現(xiàn)有著重要的意義，它對無線通信技術和業(yè)務的發(fā)展和普及有著積極的推動作用。Phase系列射頻前端的意義體現(xiàn)在：

對于運營商來說，Phase系列射頻前端實現(xiàn)的方案歸一，充分保障了運營商新協(xié)議網絡部署的推進，并幫助運營商實現(xiàn)了終端網絡建設成本及運維難度的降低；

對于終端廠商來說，Phase系列射頻前端可以幫助終端廠商實現(xiàn)標準化的設計和生產，提高終端性能和效率，降低終端成本和風險；

對于器件廠商來說，Phase系列射頻前端可以幫助器件廠快速收斂歸一開發(fā)方案，提高器件的兼容性，增加器件的合作機會；

Phase系列射頻前端方案還給國內射頻器件廠商與國際廠商“同臺競技”的機會，基于共同的方案定義，國內器件廠商可以快速的開發(fā)和推出符合市場需求的射頻前端產品，縮短與國際廠商的差距，實現(xiàn)自身競爭力的提升。在過去Phase系列流行的10年里，中國射頻器件廠商也在實現(xiàn)著自我增長與突破。

進入5G時代后，Phase系列依然是公開市場的主流。自Phase7在2019年實現(xiàn)開門紅以來，Phase7系列方案在2020年及2022年，分別演進至Phase7L及Phaes7LE，實現(xiàn)著方案的優(yōu)化迭代。

當前5G射頻前端方案

Phase7系列方案

盡管人們對5G的快速發(fā)展有所預期，但5G部署之迅速還是超過了許多人的預期。根據GSMA的數(shù)據，從發(fā)布到增長至10億用戶，3G用了11年，4G用了8年，而5G僅用了4年時間。

圖：增長至10億用戶所需時間

為了支持5G的快速部署，自2018年開始，MTK聯(lián)合器件與終端廠商，快速定義Phase7方案，應用于2019年發(fā)布的5G終端中。

對于平臺、器件及終端廠商來說，開發(fā)新的方案存在著巨大的的風險與不確定性，更何況是5G這個對全球都還陌生的新興事物。這種情況下，最穩(wěn)妥的方案莫過于在原有方案上進行修改升級，最大化的復用原有方案。在這種思路下，Phase7方案的Sub-3GHz部分，基本照搬了原來4G時代的Phase6方案。

2019年商用之后，隨著中國5G的快速部署，大家逐漸有了針對5G方案優(yōu)化的思路。于是，在Phase7基礎上，演進出Phase7L（Phase7 Lite）方案，將外圍主集部分的LNA整合進模組中；2022年，又將4G/5G雙連接支持特性加入進來，形成Phase7LE（Phase7L Enhance）方案。下圖為Phase7系列Sub-3GHz部分方案演進圖示[2]。

圖：Phase7系列射頻方案演進

但不管怎么演進，Phase7系列方案始終在4G時代已經定義好的Phase6方案的框架下。不論是整體功能、芯片尺寸、大體Pin腳位置，Phase7始終保持7.6x6.0 mm2尺寸的Low Band+GSM，與8.6x6.5 mm2尺寸的Mid/High Band的兩顆L-PAMiD模組芯片方案。只靠功能的較小優(yōu)化調整，來進行5G的支持。

Phase5N方案

由于演進自4G時代的PAMiD方案，Phase7系列方案有天生的劣勢。比如成本高、冗余功能多、不夠簡潔。還有核心的一點，PAMiD方案只有國際少數(shù)頭部廠商可提供，也限制了方案的充分競爭，進而制約了5G方案的大規(guī)模商用。

在2019年至2020年初完成5G的第一輪部署之后，國內廠商就開始尋找Phase7方案之外的射頻前端方案。于是Phase5N方案被開發(fā)出來。

與之前的Phase系列方案不同，Phase5N并不是MTK官方定義的方案。Phase5N方案出自終端廠商的需求：既然可以從4G PAMiD方案Phase6演進出5G方案Phase7，那是否可以用4G 分立方案的Phase2，演進5G的分立方案呢？

圖：5G初期射頻方案的演進思路

從接下來幾年的發(fā)展來看，這個結論是肯定的。在國內終端廠商，與國內器件廠商的共同努力下，Phase5N方案誕生了。Phase5N方案是基于4G Phase2的方案，增加5G NR支持，所實現(xiàn)的射頻前端方案。

圖：5G Phase5N方案的出現(xiàn)

5G的Phase5N方案繼承了4G Phase2方案的所有特點，比如：

較低成本 

較高靈活度

較大尺寸

較弱的射頻性能

較復雜的調試難度

盡管Phase5N方案有諸多性能、調試的劣勢，但因為足夠便宜，“一白遮百丑”，Phase5N方案廣泛在對成本有訴求的終端方案中普及開來。據統(tǒng)計，2023年在2,0000元人民幣以下的5G手機方案中，對于Sub-3GHz頻段，90%以上的手機采用Phase5N方案，而不是MTK所定義的Phase7系列方案。

Phase5N方案經過國產射頻前端廠商仔細迭代與充分競爭，從成本角度已經很難有方案與之匹敵。但在接下來5G演進中，Phase5N方案仍存在問題：

Phase5N方案為分立方案，在支持海外CA，以及更多4G/5G雙連接，雙卡雙通等新功能時，需要用到大量分立物料，造成射頻前端架構復雜；

以上場景下，射頻前端方案需要借助大量的外圍多P多T開關、多路器等進行方案實現(xiàn)，極大地加劇了BOM管控難度與管控成本；

方案復雜度的增加也使得方案總成本快速增加；

方案復雜度的增加使調試難度增加，并且增加后續(xù)性能管控風險。

從對當前使用的5G方案可以看到，雖然在過去4年時間里，5G手機完成了快速的規(guī)模部署，但現(xiàn)有方案仍然是基于原有4G方案的框架優(yōu)化而來。這些方案在5G應用中已經逐漸暴露出越來越多的缺點，成為5G未來深度部署的制約。

在這種背景下，專門為5G量身打造的Phaes8方案應勢而生。

Phase8方案：面向5G，應勢而生

Phase8方案是MTK聯(lián)合器件廠商、終端廠商自2021年就著手定義的全新5G射頻前端方案。在方案定義時，市面上5G終端已有方案可以使用，再也不需要手忙腳亂的推出一版方案了。卸下包袱的整個廠商們終于有時間，可以將5G的新需求和未來演進仔細的消化梳理，定義出一版真正適用于5G的射頻前端。

另外值得一提的是，隨著國內終端廠商和部分國產器件廠商技術能力和產品能力的提升，Phase8還是國內終端廠商和器件廠商嘗試合作，并參與定制的5G射頻前端器件。

基于以上理念，Phase8方案做了以下調整與優(yōu)化：

重新定義Pin腳、尺寸，重新梳理芯片方案；

針對5G需求優(yōu)化內部拓撲，將5G系統(tǒng)中所需要的EN-DC、SRS開關方案考慮進來；

針對5G應用場景，定義全新的通路隔離度、控制時序、開關架構；

去掉4G時代的冗余功能；

針對不同終端應用場景，定義Phase8/8M/8L方案，擺脫之前方案中的“一刀切”。

經過以上優(yōu)化之后，Phase8方案成為真正5G適用優(yōu)化的射頻前端方案。

圖：Sub-3GHz部分射頻方案演進

在Phase8系列方案中，國內器件及終端廠商需要重點關注的是Phase8L方案。

Phase8與Phase8M方案的目標市場是高端及旗艦手機，方案強調強大的射頻能力，以及完整的CA、EN-DC支持，采用Low band及Mid/High Band兩顆L-PAMiD構成完整方案，并且采用如DS-BGA等更先進的封裝，來實現(xiàn)更小的器件尺寸。與此相對應，成本并不是Phase8與Phase8M方案優(yōu)化的主要目標。

Phase8L方案考慮的是處于2,000-4,000人民幣價位帶手機的需求：支持合理的5G CA及EN-DC能力；采用All-in-one的方式進行設計，只需一顆就可以進行Sub-3GHz全頻段覆蓋。由此可以實現(xiàn)性能與成本的完美平衡。

在應用上，未來5G手機應用方案演進如下圖所示。

圖：5G終端的射頻方案

以下將對Phase8L方案進行討論。

Phase8L方案介紹

對于射頻人來說，看到Phase8L，自然而然想到Phase7系列里的Phase7L，以及Phase6系列的里的Phase6L。但Phase8L與Phase8的關系，卻和Phase7L與Phase7，Phase6L與Phase6有所不同。

Phase7L/Phae6L與Phaes7/Phae6的關系，是在原版本上做演進和迭代修正，以在方案推出之后，根據實際情況實現(xiàn)方案的調整與優(yōu)化。而Phase8L是Phase8系列中的全新定義，并不存在是在誰的基礎上做“刪減”。由此一來，Phase8L就可以做針對性的定義，沒有了原來的枷鎖與限制。

Phase8L方案形成以下優(yōu)點：

LMH+2G真正的全集成L-PAMiD 方案（All-in-one）；

面積是Phase7LE的53%；

集成高性能/高效率2G射頻通路；

單通道4G/5G性能與Phase7LE相當；

支持M+H，L+H雙發(fā)EN-DC，支持大多數(shù)多頻CA；

針對5G需求優(yōu)化內部架構，適配5G手機最新需求；

整合周邊器件，充分降低應用復雜度；

為未來更大規(guī)模集成奠定條件。

Phase8L是L-PAMiD全集成方案

Phase8L采用L-PAMiD全集成方案進行設計。

在射頻前端方案中，一直以來有一個討論：最優(yōu)方案究竟是L-PAMiD全集成方案，還是分立方案？尤其是在分立方案競爭廠商越來越多，越來越充分，價格越來越低的情況下，大家不禁要問，L-PAMiD方案還有必要嗎？

圖：分立方案（a）與模組方案（b）實現(xiàn)的射頻前端系統(tǒng)

L-PAMiD是一種集成化的方案，它將PA、濾波器、開關、LNA等器件集成在一個模組芯片中，實現(xiàn)收發(fā)通路的高集成度。相比于分立方案：

L-PAMiD可以減少器件數(shù)量與PCB面積，降低設計復雜度和成本，提高了系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性；

L-PAMiD可以減少不同模塊間的損耗，提升射頻性能，降低射頻功耗，提升用戶射頻體驗；

L-PAMiD可以減少共用性硬件使用，減少分立器件的測試、生產成本，整體擁有更低制造成本。

綜上所述，相比于分立方案，L-PAMiD在集成度、性能、制造成本方面有更大優(yōu)勢，長遠看，L-PAMiD是終端射頻方案的演進趨勢[3]。

但在市場競爭中確實可以看到，分立方案比L-PAMiD方案有更低的價格。造成這種現(xiàn)象的主要原因有：

分立方案可能采用更低成本的工藝來制造。比如部分分立方案采用低成本的GaAs HBT晶圓來制造，而L-PAMiD在設計之初，會選擇采用較為成熟的工藝來進行設計；

可提供分立方案的廠商較多，競爭充分且激烈，近期甚至出現(xiàn)不健康競爭。造成分立方案售價過低；

L-PAMiD模組芯片中有功能冗余，造成L-PAMiD無法像分立方案快速針對應用減少冗余模塊使用。

以上原因的產生，主要因為目前市面上可提供L-PAMiD的廠商較少。隨著L-PAMiD供應商的增多，隨著國內越來越多優(yōu)秀射頻前端廠商的加入，L-PAMiD產品一定會形成優(yōu)化的供應鏈、良好的競爭，以及應用導向的設計。L-PAMiD方案與分立方案之間的成本差別，也將逐步趨于理性及合理。

Phase8L采用LMH All-in-one設計

在Phase6及Phase7系列方案中，Sub-3GHz一直采用Low Band與Mid/High Band分開的方案設計。

Phase6定義是在2016年前后，在定義時，全球4G網絡正在向頻譜碎片化趨勢演進。為了支持4G時代頻譜碎片化需求，Phase6在定義時，考慮到Low Band（<1GHz）與Mid/High Band（1-3GHz）放在同一個模組內的干擾問題，就將Low Band與Mid/High Band分成兩個模組芯片。這一定義一直延續(xù)到5G時代Phase7系列方案中。

圖：全球主要地區(qū)頻譜分布

進入5G時代后，更多5G新頻譜被開辟出來，比如n77頻段（3.3GHz-4.2GHz）。擁有大帶寬的新頻段資源后，移動終端對于頻譜需求也從4G時代碎片化頻譜CA需求中解脫出來，轉向對重點5G頻段，以及重點4G/5G EN-DC支持上。在這種思路下，將Low Band與Mid/High Band兩顆芯片獨立設計就變得必要性不大了。

于是，在Phase8L的定義中，Low Band與Mid/High Band通路進行了合并，一顆芯片覆蓋Sub-3GHz全頻段。減少了方案面積，也降低了方案實現(xiàn)成本。

圖：Phase8L方案

Phase8L針對5G需求優(yōu)化了內部架構

Phase8L方案不僅僅是將原來Phase7系列的兩顆芯片進行功能合并，而是針對5G需求進行了架構優(yōu)化。

在EN-DC支持上，Phase8L方案支持Mid Band與High Band、Low Band 與High Band的兩通道同時發(fā)射，同一模組可支持國內的B3與n41、B39與n41的EN-DC組合，同時支持東南亞的低頻與高頻的EN-DC組合。

圖：Phase8L模組芯片中EN-DC組合的支持

對于Low Band與Mid Band的EN-DC，Phase8L也支持外接Low Band發(fā)射信號的輸入，與模組內的Mid Band信號實現(xiàn)4G/5G雙連接。

雖然已經進入5G時代，但2G GSM網絡依然是終端必選支持的頻段，以保障用戶在5G網絡尚不覆蓋的地區(qū)使用。Phase8L的定義中，在模組內需要支持GSM功能。

2G GSM退網是最近討論較為廣泛的話題，從目前來看，較多運營商尚未有明確的退網時間表。對于終端來說，在運營商網絡未完全退出前，需要保證終端2G功能的保留與可使用。Phase8L對此需求做了考慮，在模組芯片內集成2G GSM功能。

圖：Phase8L模組芯片架構

Phase8L方案中還對開關功能進行了梳理和優(yōu)化，針對5G  SRS功能、CA及EN-DC支持等功能做了重新的定義與性能優(yōu)化。減少Phaes7系列方案在應用中的干擾及De-sense問題。

5G系統(tǒng)應用發(fā)展中，“低壓應用”是降低成本的方案之一。通過設計實現(xiàn)3.4V即可工作的射頻前端芯片，可擺脫射頻前端對升壓電源芯片的支持，減少射頻前端成本。目前Phase7系列射頻前端均需要升壓電路，完成PC2的功率支持，部分產品甚至PC3功率也需要提升電源電壓。在最新的5G Phase8L設計中，終端廠商傾向于模組芯片全頻支持3.4V低壓電源，以達到整體方案的最優(yōu)設計。

圖：5G終端的3.4V PC2功率輸出需求

Phase8L整合周邊器件，降低方案復雜度

雖然在功能上，采用分立方案也可實現(xiàn)相應的5G方案，但方案復雜度將會呈數(shù)倍增加。

下圖為采用Phase8L設計的5G射頻前端方案，與采用分立架構設計的典型5G射頻前端方案對比。

圖：Phase8L L-PAMiD方案與典型分立方案BOM對比

采用分立方案進行設計時，需要采購如SP6T/SP2T等開關、多工器、多T大功率天線開關等才能完成完整方案設計，僅Sub-3GHz部分BOM數(shù)量達到20顆以上，并且器件包含PA、濾波器、發(fā)射開關、接收開關、LNA等。對供應鏈管理，及商業(yè)議價提出了巨大挑戰(zhàn)。

采用Phase8L方案，僅需一顆芯片就可以完成分立方案20顆BOM所完成的功能。并且實現(xiàn)更好的射頻性能，與更簡化的調試過程。實現(xiàn)5G終端最優(yōu)射頻解決方案。

Phase8L：充分拉通討論，提供優(yōu)化選項

Phase系列射頻前端方案經過了10多個年頭，在這10多個年頭里，國產廠商所處的位置分為三個階段。

階段一：跟隨替代階段

在2019年之前，國產射頻前端廠商主要處理跟隨階段。在這個階段，國產射頻前端廠商沒有定義的話語權，也沒有對方案的理解與影響能力。

在這個階段，國內廠商所做的主要是將國際廠商的4G產品原樣復制，再以更低的價格推向市場，在國際廠商身后，賺取微薄的利潤。

階段二：并行開發(fā)階段

經過了長期的跟隨之后，部分國內射頻廠商對方案有了更深的認識，部分國內廠商也積累了自主的知識產權方案。雖然這個時候國內廠商仍然沒有辦法去影響平臺以及終端廠商的定義，但這個時期部分射頻廠商已經可以基于對方案定義的理解，快速的設計出相應的射頻產品。

此階段代表型公司為慧智微。在2019年5G商用元年，慧智微基于自身的技術積累，與國際廠商同時同質推出5G新頻段高集成L-PAMiF射頻前端模組。使國內廠商首次在新協(xié)議推出時，與國際廠商同步推出新方案產品。

階段三：定義參與階段

經過了5G時代的并行積累，國內射頻公司、國內終端公司對于5G方案的演進有了更深刻的認識。在5G最新的Phase8L方案定義中，國內廠商開始參與到方案的定義討論中來，并且參與逐漸深入。

在Phase8L的定義中，慧智微參與到與頭部平臺、頭部廠商的RFI討論制定中。針對對于5G射頻前端的理解，慧智微提出了Phase8L相關定義的建議。相信這些建議可以使5G Phase8L的開發(fā)與應用更加優(yōu)化。

此外，針對5G Phase8L的應用，結合自主知識產權的射頻技術方案，慧智微在5G Phase8L產品開發(fā)過程中也做了獨特的架構及性能優(yōu)化?；壑俏⒁财诖@些優(yōu)化，可以使用戶在使用中得到收益。

圖：圖產廠商在射頻前端定義中的不同階段

由于Phase8L方案在定義之初就得到平臺廠商、終端廠商、射頻器件廠商充分討論，結合用戶的實際使用場景，在設計上、實現(xiàn)方案、終端應用中充分優(yōu)化。Phase8L方案的出現(xiàn)將給用戶提供出集成度、性能與成本多贏的選項，幫助用戶設計更優(yōu)的5G終端。

總  結    

5G商用 已4個年頭，轉眼之間5G已經從代表未來的通信技術，變成“尋常百姓”家的通信服務。

隨著5G的規(guī)模化應用，人們對于5G射頻方案的理解也在不斷提高，原有的射頻方案要么價格太貴，要么性能太差。于是射頻從業(yè)者們開始思考，除了當前的射頻方案，我們真的沒其他選項了嗎？

Phase8系列方案就是在這種場景下應勢而生。尤其是All-in-one的Phase8L方案，它的出現(xiàn)將打破現(xiàn)有射頻方案“成本”、“性能”二選一的糾結，它的出現(xiàn)將給出“性能”與“成本”更加完美平衡的解決方案。

5G時代已順利起步，但5G未來還依然長遠。5G所期待的萬物互聯(lián)、智能化/數(shù)據化的新時代還遠沒有到來，5G的射頻前端方案也依然需要演進。相信5G手機及5G物聯(lián)網終端在5G Phase8和未來射頻方案的加持下，會更加乘風破浪，拓展更多應用場景與行業(yè)需求，實現(xiàn)無線連接的無限可能。

參考文獻

[1]The Mobile Economy 2023，GSMA

[2]從4G到5G，手機射頻芯片十年之路，慧智微

[3]5G射頻前端模組的前世與今生，慧智微

[4]5G Connections Forecast, GSMA