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本章(zhang)將更深入地介(jie)紹多路復用器(qi)濾波器，以及(ji)它們如何用于(yu)各種應用中(zhong)。您將了解到(dao)多路復用器(qi)如何幫助設(設)計人員創造(zao)出更復雜的無(無)線產品。

了解多路復用器

多路復用器是一組(組)射頻(RF)濾波器(qi)，它們組合在(zai)一起，但不會彼(bi)此加載，可以在輸出(chu)之間實現高度隔離(離)。多路復用(yong)器被用于RF前(qian)端中靠近功(gong)率放大器(PA)的(de)位置，對于載波聚合(CA)產生很(hen)大影響；天線復用器被用(yong)在射頻(頻)前端后面，以簡化(hua)與(與)天線之(zhi)間的路由。多(duo)路復用器濾(濾)波器可以包(bao)含多種濾波(bo)器，都集成在(zai)一個封(feng)裝中。圖(圖)1提供(gong)了嵌入在復雜的模塊設計中的(de)多種類型的(de)濾波器的示(shi)意圖。圖中的(de)這些單獨的(de)雙工器、帶通濾波器和陷波濾波器也可(ke)以成為多路復用器(qi)群組的一部(bu)分，稱為四工(gong)器、五工器和六(liu)工器，如圖2所示(shi)。

圖1：功能框圖(圖)中的帶通濾(濾)波器、雙工器(qi)、陷波和(he)多路復用器(qi)

一個簡單的(de)雙工器可以(yi)與其他的雙(雙)工器和濾波(bo)器組合，創建更復雜的多路(lu)復用器(qi)設計。就像頻(頻)分雙工(FDD)頻段(duan)是1和3，時分雙(雙)工(TDD)濾波器是(shi)頻段41。

如今的無線系統(統)和設(設)備必須支持(chi)更多的功能，所以它(ta)們需要使用(yong)更加小巧的(de)組件。將多個不重疊的濾(濾)波器頻段集(ji)成到一個多路(lu)復用器中，可幫助減(減)少射頻前端(duan)(RFFE)的組件數量(liang)和尺寸。圖2展(zhan)示(shi)了(le)一些類型的多路復用(yong)器設計，它們幫助減少總體的RFFE組件數量，以(yi)滿足新設備減小尺(chi)寸的要求。多路復用器使系統(統)設計人員能夠優化、縮小和(he)簡化整體設(設)計，以滿足系(xi)統要求。

多路(lu)復用器是一(yi)種非常(chang)好的解決方(fang)案，并且在許(許)多情況下，對于(yu)使用小間隔(ge)頻段的載波聚(ju)合 (CA) 組合，多路(lu)復用器是唯(wei)一切實可行(xing)的解決方案。多路復用器將聚合(he)分量載波(CC)所(suo)需的所有發(發)射和接收濾(濾)波器集成至(zhi)一個元件中(zhong)，不僅進行了必要的(de)隔離，而且允(yun)許多個 CC同時(時)連接到天線。

圖2：多路復用(yong)器(qi)濾波器的類型

為了獲(獲)得所要求的性能(neng)，多路復用器濾波器(qi)必須經過精(jing)心協同設計和匹配。圖3顯(顯)示了每個濾(濾)波器的六工(gong)器RF插入損耗(hao)。正如(ru)大家所看到(dao)的，這個多路復用器（六(liu)工器）中的每(mei)個雙工器都(dou)是匹配的，以實現最佳插(cha)入損耗和通(tong)帶。此外，單個濾波器的設(設)計確保它(ta)們不會相互(hu)加載。

TIPS

憑借高(gao)集成度，設計優良的多路(lu)復用器能夠為移動設備工(gong)程(cheng)師帶來更多好(hao)處。與使用(yong)分立式濾波(bo)器相比(bi)，將多個濾波器(qi)整合至單個組件可以節省關鍵的印(yin)刷電路板空(kong)間。

關于(yu)在這些復雜的系(xi)統中使(shi)用可調濾波(bo)器，有過一些(xie)討論。然而，使用(yong)可(ke)調濾波器可(ke)能不會提升(sheng)系統的功能(neng)性，因為如今(jin)的所有系統(統)都需要(yao)同時使用多(duo)個RF路徑。為了適應這種多路(lu)徑功能，可調(調)濾波器可能(neng)變得更加復雜，所(suo)以制造商一(yi)直在推動將更高級的多路復用(yong)器設計用于(yu)更復雜的設(設)計，例如八工(gong)器，它具有八條(條)RF功能路徑。

圖(圖)3：B1+B3+B7 六工器濾波器(qi)插入損耗測(測)量

了解多路復用器(qi)隔離和交叉(cha)隔離

前文提(ti)到過，隔(ge)離程度和交叉隔(ge)離都是值得(de)關注的重要(yao)參數。隔離程(cheng)度是濾(濾)波器防止信(xin)號出現在RF電路或系統的(de)某個節點上(shang)的能力。例如，需要在(zai)發射或接(jie)收路徑提供(gong)高水平(ping)隔離，以免各(ge)個信號相互(hu)滲透。

交叉隔(ge)離是指跨頻(頻)段的隔離，如(ru)圖4所示。雙工器要求在相(xiang)應的Rx頻(頻)率輸出端對Tx信號進行大幅衰(shuai)減。對于四工(gong)器這樣的多(duo)路復用器，需要(yao)在兩個接收輸出(chu)端對Tx信號進行大幅衰減(減)。同(tong)樣，現在必須在兩個Rx輸出(chu)端隔離Rx頻率(lu)下的Tx信號，以控制(zhi)Rx頻段下的噪聲。當您考慮所有(you)的情況時，四工(gong)器中有八個重要的隔離(離)，而雙工器中(zhong)只有兩個。圖4展示了頻段1 Tx和Rx之間(間)的隔離測量(liang)（上方的圖）。對于相同(tong)的組(組)件，我們展示頻(頻)段3 Rx和頻段7 Tx之(zhi)間的交叉隔(ge)離測量(liang)（下方的圖）。交(jiao)叉隔離是對同一個組件(jian)中的兩個不(bu)同(tong)的Tx至(zhi)Rx頻段之間的測量，隔離(離)是對同一個頻段的Tx和Rx之間的(de)測量。

圖4：頻段1 Rx隔(ge)離，以及頻段1和(he)7 Tx交叉隔離的(de)測量

多路復用器有(you)助于實現聚合RF路(lu)徑之間所需(xu)的交叉隔離(離)，以實現在所(suo)有聚合載波(bo)上同步通信(xin)，同時衰減每(mei)個路徑的帶外(OOB)信號。

了(le)解(jie)多路復用器和載波(bo)聚合

CA是RFFE的另(ling)一個復雜功(gong)能。濾波器技(ji)術的進步是(shi)推動采用基于長期演(yan)進(LTE)、4G和(he) 5G的載波聚合(CA)的關鍵。濾波(bo)器材料在耦(ou)合(he)、氮化鋁增強和(he)材料摻雜方面的進(進)步有助于實現高OOB衰減、低(di)回波損耗和啟用多(duo)路復用器濾(濾)波器CA所需的(de)交叉隔離。

隨著(zhu)CA CC數量的增(zeng)加，多路復用(yong)器的重要性(xing)會不斷增加(jia)。例如，聚合三個或(huo)更多的(de)CC會顯(顯)著增加使用緊(緊)密連接(jie)的頻段的可(ke)能性。這些機(機)會增加了使(shi)用多路復用(yong)器的可能性(xing)，例如四(si)工器或六工(gong)器。

CA使微波設備能夠通過(過)組合兩個或(huo)多個載波信號來實現更高(gao)的數據速率(lu)。隨著越(yue)來越多的波(bo)段被添加到(dao)組合選項中(zhong)，CA變得更加復雜。5G定義(義)了數百種最(zui)多可達16個CC的新組合，每種(種)組合的連續(續)帶寬可達100MHz，總聚合帶寬可(ke)達1GHz左右(you)。

CA可以分為三(san)類，如圖5所(suo)示：

帶內連續聚合(he)：當頻譜模塊(塊)是同一頻段(duan)內相鄰的頻(頻)譜時使用。

帶內非連續(續)聚合：當頻譜模塊在相同(tong)的頻段內彼(bi)此獨立時使(shi)用。

帶內聚合(he)：不同頻段中(zhong)的頻譜聚合(he)。這些頻(頻)段可能遠(遠)遠隔開，或連在(zai)一起。

圖(圖)5：三種類型的CA

具有(you)高OOB抑(yi)制的線性多(duo)路復用器濾(濾)波器支持使(shi)用多種CA組合。**通過使用(yong)最新的濾波(bo)器技術，例如(ru)BAW，工程師可以使用最(zui)小插入損耗(hao)低于或約為1分貝 (dB) 的多路(lu)復用器。**這種(種)低插入損耗(hao)最大程度降(jiang)低了對功率(lu)放大器(qi)電流消耗和設備電池(chi)使用壽命的(de)負面影響。像BAW這(這)樣的增強型(xing)濾波器技術(術)還提供出色(se)的頻段(duan)隔離和交叉(cha)隔離，以獲得(de)最佳的系統(統)級性能。

重要(yao)的(de)是(shi)要注意(yi)CA有更大幾率(lu)會導致干擾(擾)。多頻段(duan)信號可能因(yin)濾波器衰減(減)不足而相互(hu)干擾。當Tx和Rx路徑之間的隔離(離)或交叉隔離(離)不足時，也會發(發)生系統減敏(min)，從而造成接收器(qi)靈(靈)敏(min)度降低(di)的情(qing)況。

多(duo)路復用器中(zhong)使用的低溫補償濾波器(qi)技術非常適(適)合用于跨頻(頻)段優化隔離(離)、衰(shuai)減和OOB衰減性(xing)能，幫助設計人(ren)員應對這些(xie)挑戰。

此外，在(zai)CA應用中，與濾(濾)波器一起使(shi)用的RFFE開(開)關需要超高的線性度和低插(cha)入損耗(hao)。由于插入損(損)耗的增加可(ke)能導致系統(統)噪聲增加，所(suo)以設計人員(員)必須采用接(jie)收器路徑。插入損(損)耗如果不佳，也會降低整體的PA效率(lu)，降低電池使(shi)用壽命和設(設)備信號范圍。

移動設備采(cai)用高速上行(xing)/下行鏈路來傳輸視頻和數據。接收器的靈敏(min)度會受到噪聲的(de)影響，進而影(ying)響信號的接(jie)收。該噪聲會導致系統減(減)敏。減敏是由于噪聲源導致的接(jie)收器靈敏度(du)下降，這些噪聲源通常是由(you)相同的設備無(無)線電產生的(de)。

EN-DC多路復用器(qi)和載波聚合(he)

4G LTE-Advanced Pro支持多(duo)達5個CC。5G新(xin)無線電 (NR) CA支持多達(達)16個連續和非(fei)連續的CC，可以聚合頻(頻)譜高達約1GHz的新5G頻段(duan)，如圖(圖)6所(suo)示。雙連接(jie)允許用戶設(設)備同時(時)發送(song)和接收數據。再加上CA，可以增(zeng)加網絡的數據容(rong)量。

圖(圖)6：LTE和5G NR CA

雙連接(jie)也(ye)廣泛用于新(xin)的5G設備中(zhong)。雙(雙)連(連)接使用戶設備能夠同(tong)時在兩個單元小組(組)（主進(進)化節點B [eNB] 和(he)次節點eNB）的多個CC上(shang)發(發)送和接(jie)收數據。使用演進的通用陸地無線接入(ru) (E-UTRA)（這是3GPP的無線接(jie)口）和(he)5G NR雙連接(jie)或E-UTRA NR雙連接 (EN-DC) 時，網(網)絡可以利用(yong)4G和5G頻譜來增加用戶吞吐(tu)量，提供移動信號可靠性(xing)，并支持eNB的負載均衡(heng)。

非(fei)獨立和EN-DC

5G無線電訪問網絡(RAN) 專用于和現有(you)的4G LTE網絡配合(he)使用。3GPP版本15標準允許(許)采用多種NR部署選項，例如非獨立 (NSA) 和獨立 (SA)。NSA使用(yong)的方案與CA非常(chang)相似。它組合采(cai)用LTE錨頻段進行控(kong)制，采用5G NR頻段提供更快(kuai)的數據速率(lu)，如圖7所示。NSA是一種部署(shu)模型，在沒有(you)端到端5G網絡(絡)的情況下提(ti)供5G服務。其中(zhong)用到了EUTRA和NR雙連接。在EN-DC中，LT和(he)5G NR載波同時使用。使用EN-DC時，一個設備傳輸兩個高功率RF信號。

這種配(pei)置需要在智能(neng)手機狹小(xiao)的設備區域中集成兩條完整的上(shang)行鏈路信號路徑。這帶來了很大的挑戰，即(ji)需要避免兩個強信號彼(bi)此干擾(擾)。在這(這)些情況下，必須實現高(gao)隔離濾波。

圖7：LTE和5G NR CA

這兩條(條)信號路徑之間的(de)高度隔離(離)對于限制互(hu)調產物和滿(滿)足OOB發射規范(fan)來說至關重(zhong)要。此外，在信號路(lu)徑之間使用(yong)高度隔(ge)離的多路復用器，可在(zai)兩個上行鏈路信(xin)號之間實現(現)共存，進而(er)提高效率，使智(zhi)能手機和(he)移動網絡運(運)營商可以節省電池用電和能源(yuan)。

審核(he)編輯：湯梓紅