LTE的独特之处在于？
LTE的普及源于移动用户对广播数据的需求。消费者在办公室已经习惯了卓越的用户体验，如今他们也希望移动设备能够提供同样的体验：快速的上传和下载速度、持久的电池续航，以及小巧的机身。为了取得成功，运营商需要满足这些需求，更有效地利用现有频谱，同时降低资本和运营成本以保持竞争力。
幸运的是，LTE每20MHz的分配频谱即可提供100Mbps的下载速度和50Mbps的上传速度；这样的数据速度既能满足消费者的需求，又能满足运营商所需的频谱效率。使用多天线时，甚至可以实现更高的数据速度，例如高达326.3Mbps的下载速度。由于移动用户希望他们的服务能够随时随地可用，因此，尽管LTE针对0-15公里/小时的速度进行了优化，但它也必须能够在设备以120-250公里/小时的速度移动时支持高性能移动性。

LTE 的另一独特之处在于它采用了两种不同的接入技术：下行链路（基站到移动设备）采用正交频分复用 (OFDM)，上行链路（移动设备到基站）采用单载波频分多址 (SC-FDMA)，并支持从 QSPK 到 64QAM 的自适应调制技术。采用不同的接入技术可以提高移动设备侧的功率放大器 (PA) 效率（从而延长电池续航时间），并提高基站侧的频谱效率。值得注意的是，部分 LTE 移动设备支持 FDD 和 TDD 双工技术，使用户能够根据不同国家/地区的系统动态调整。此外，LTE 的上下行链路带宽均可在 1.4 至 20 MHz 范围内扩展，支持移动频段和现有频段。.

对系统设计的影响：
在LTE中实现OFDM时，多个紧密排列的正交子载波构成一个资源块（RB）。根据特定系统的带宽，RB的数量会有所不同（通常情况下，1个RB包含12个15 kHz的子载波）。由于LTE规范指出，在仅使用1个RB的局部频带内，干扰会显著增加，因此该技术对接收机设计的邻道选择性提出了诸多挑战。由此，系统架构（直接转换或中频采样）和信号处理技术（模拟信号处理或数字信号处理）的选择对满足LTE系统要求有着显著影响。一般来说，具有高线性度和高隔离度的器件有助于克服这一挑战。
早期的LTE基站将采用2x2天线技术，并可能很快过渡到2x4天线技术。这增加了市场对更高集成度的需求，以控制组件数量，并最大限度地降低物料清单成本和设计复杂度。例如，在 2x2 配置中，每个发射 (Tx) 和接收 (Rx) 路径上都会有一个数字直通衰减器 (DSA)，数字预失真反馈路径上也会有一个，这意味着每个基站将有 15 个 DSA。显然，减小尺寸和提高器件性能是系统设计中的关键因素。

由于LTE网络支持范围已超出当前带宽部署，因此带宽扩展至关重要。LTE移动网络和基站网络中的所有设备，包括交换机、混频器和DSA，都需要极高的带宽来适应新增的频率。特别是，交换容量必须足以实现前所未有的触点数量——在单极设备（SP12T）中最多可达12个甚至更多。为什么需要如此高的带宽？新增的状态需要先进的串行接口来减少I/O并提升功能。此外，一些LTE部署将采用TDD，这进一步增加了对交换触点数量的需求。这种增加的交换容量必须在尽可能小的尺寸下实现，并采用紧凑的布线以适应设备内部增加的功能，同时还要保证快速的建立时间和最小的外形尺寸。
最后，LTE需要极低的损耗才能达到高数据速率所需的信噪比（SNR）。由于LTE新增的工作频段对天线提出了更高的要求，这使得实现更高的信噪比变得尤为复杂。除了上述要求之外，可能还需要进行主动天线调谐才能达到所需的LTE设备性能(v)。

幸运的是，UltraCMOS工艺应用广泛，能够实现高速、低功耗、高线性度，并将开关、混频器和DSA更好地集成到LTE信号链中。

高速：
快速开关速度对于保护接收路径免受强阻塞信号干扰至关重要，也是基站增益控制的关键。随着LTE触点数量的增加，这一指标变得更加重要。更高的开关速度和更短的建立时间能够带来更可靠、更精确的性能，而UltraCMOS工艺本身就具备这些优势。例如，UltraCMOS PE43204是一款DSA，其典型开关速度为30 ns（见图1），同时保持+61 dBm（典型值）的输入三阶截点(IIP3)、0.6 dB的插入损耗和2 kV的静电放电(ESD)性能。相比之下，GaAs DSA的典型开关速度为130 ns，比UltraCMOS DSA慢四倍以上。

低功耗

在LTE规范中，上行链路采用SC-FDMA技术以降低功耗，而移动设备内部更低的功耗将延长电池续航时间，这对于消费者而言至关重要。像UltraCMOS PE42692这样的SP9T开关非常适合LTE应用，因为它具有120 µA的典型Idd供电电流。

高线性度
并非移动设备的新要求。事实上，射频输入模块长期以来一直是移动设备中线性度最高的元件。然而，随着LTE系统变得越来越复杂，很难找到一种既能集成更多功能又能保持高线性度的工艺。本质上，尽管LTE的数据速率不断提高，但即使半导体元件数量增加，线性度要求仍然保持不变。因此，LTE系统中的器件必须比前几代移动设备中使用的器件具有更高的线性度。

由于CMOS技术的隔离栅极及其固有的混合信号设计能力，UltraCMOS集成电路能够满足单片解决方案所需的线性度性能要求。事实上，UltraCMOS目前已被用于设计和制造具有高线性度和高隔离度的器件。例如，SP9T PE42692开关的输入三阶截点(IIP3)为+71 dBm（见图2），插入损耗(IL)为0.6 dB，收发隔离度为43 dB（900 MHz）。这些优异的性能指标能够提高系统的数据速率，增强抗干扰能力，并在整个频谱范围内实现更佳的性能。
线性度与高隔离度密切相关，高隔离度能够提高在存在干扰信号时的信号质量，而高隔离度对于满足双工器的严苛性能要求至关重要。随着LTE引入新的工作频段，隔离度变得更加关键。在基站端，数字预失真 (DPD) 是提升接入点 (AP) 效率的关键因素。本质上，该系统对传输路径进行采样，校正信号，然后反馈以提高 AP 效率。在 DPD 反馈路径中使用具有高线性度/高隔离度的元件至关重要，以避免引入失真，从而降低正在提升的 AP 效率。例如，PE4257 UltraCMOS 单刀双掷 (SPDT) 开关的工作频率范围为直流至 3000 MHz，非常适合基站反馈回路的设计要求，其在 1000 MHz 频率下具有 64 dB 的隔离度（参见图 3）；这一隔离度指标得益于 UltraCMOS 中蓝宝石衬底的极高隔离特性。

更小的尺寸/更高的集成度
简而言之，LTE 服务要求设备在宽带宽上以高速处理大量数据。这种额外的功能需要更高的集成度，以保持紧凑的尺寸并满足功耗预测。由于 UltraCMOS 采用 CMOS 工艺，因此可以支持高集成度。例如，UltraCMOS开关集成了解码器，因此无需额外的控制信号（例如GaAs）。此外，由于开关集成了负电压发生器来切断FET，因此无需使用阻隔电容。为了进一步提高集成度，Peregrine Semiconductor的工程师开发了MultiSwitch™（参见图4），它将四个独立的高性能多位置射频开关集成在一个单片倒装芯片IC中，并由独特的集成CMOS控制器控制，与其他解决方案相比，尺寸缩小了85%以上。例如，MultiSwitch的尺寸为1.6 x 1.93 mm，而集成了解码器、电压发生器和ESD保护的SP9T UltraCMOS的尺寸为1.36 x 1.28 mm。相比之下，基于GaAs SP9T的实现方案尺寸为3.0 x 3.5 mm，并且需要在定制的多芯片封装中使用29个互连。
与其他任何现有器件不同，MultiSwitch RF IC 提供 +71 dBm 的 IIP3 线性度，并在关键路径上实现超过 70 dB 的隔离度。该器件集成了通常位于 GaAs 电路外部的关键元件，包括 12 条独立路径上的三条控制线。ABI
Research 预计，到 2011 年，全球将有约 3400 万用户订阅 LTE (vi)，LTE 承诺为消费者提供媲美有线或 DSL 的移动设备速度。凭借目前已大量供应的 DSA、混频器和 SP9T 开关（以及计划推出的 SP12T 及更高版本），UltraCMOS 非常适合支持移动设备和 LTE 基站设计。

(i) ABI Research，2009 年 7 月。http://www.abiresearch.com/research/1003359。访问日期：2009 年 8 月 25 日。
(ii) In-Stat Research，2009
年 7 月。http://www.instat.com/press.asp?ID=2577&sku=IN0904599CCM。访问日期
。(iii) Telefonica 在西班牙进行首次 LTE 测试。http://www.cellular-news.com/story/36835.php
。(iv) GSA，2009 年 3 月。http://www.gsacom.com/news/gsa_265.php。访问日期：2009 年 8 月 25 日。
(v) Ranta, Tero 和 Rodd Novak。 “天线调谐方法助力蜂窝手机”，《微波与射频》，2008 年 11 月。http://www.psemi.com/articles/2008/2008_ar_1.pdf。访问日期：2009 年 8 月 25 日。
(vi) ABI Research，2009 年 7 月。http://www.abiresearch.com/research/1003359。访问日期：2009 年 8 月 25 日。

作者：

Dylan Kelly 和 Mark Schrepferman，Peregrine Semiconductor Corp.

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