手机“射频增强”的技术方案

 作者：彭洋洋博士

尽管有声音说近年来手机革命性变革已不多，但仍然有厂商的突破让人眼前一亮。

近日，在荣耀Magic5系列手机的发布会上，荣耀CEO赵明表示：“Magic5 Pro和至臻版搭载自研、业界首颗射频增强芯片C1，实现对多个传统信号弱势场景的全面优化”[1]。从发布会信息看，Magic5 Pro手机抓住了出电梯后快速回网、地库弱信号增强等痛点场景进行优化，给用户带来良好的5G信号体验。荣耀对于射频性能的关注，使大家重新审视“通信”这个手机里本该最基本的功能。

虽然智能手机是以无线通信技术为基础的智能设备，但通信技术往往只是“背后英雄”。华为、vivo、OPPO、小米等厂商都发布过射频信号优化技术，不过相比于看起来高高在上的射频技术，让用户更愿意为之买单的，可能还是那颗几nm工艺的CPU。

从荣耀的新机发布看，手机厂商好像找到了更好的优化方法：与其堆砌用户听不懂的高深技术，还不如在用户使用的场景中做增强和优化，切实改善用户使用体验。

在用户的这些体验中，“连网不掉线”无疑是最重要的体验之一。于是，我们就围绕“射频增强”这一话题，谈谈有什么思路可以实现“射频增强”。

 无线通信的“链路” 

在分析无线射频信号时，通常采用“链路预算（Link Budget）”的方式来计算链路中各路径的损耗及各节点的信号强度。无线通信的“链路”是指无线信号传输过程互相连接的各段路径。

在手机到基站的通信过程中，射频信号主要通过以下路径：

1. 手机中收发机发出的射频信号被功率放大器放大，并通过滤波器、天线开关等通路损耗后，在手机天线测试口达到协议所规定的传导功率；

2. 传导信号经过天线损耗后，经天线辐射发出；

3. 手机发出的信号经过一定的空间距离后，到达基站天线处；

4. 由于基站天线可提供一定的定向增益，所以信号等效被天线增益所放大，形成基站侧传导功率；

5. 传导功率再经过一定的路径损耗后，进入基站接收通路进行处理。

以上路径可以用下图表示。

图1：手机发射信号被基站所接收的通信链路示意图

在以上路径中，传导功率一般为定值。所以若需要在手机侧做改进，改善辐射功率，从而改善进入基站的接收信号强度，就需要减少线路损耗及天线损耗。

同理，手机作为接收、基站作为发射有相类似的传输路径。在基站到手机的通信过程中，射频信号主要通过以下路径：

1. 基站中收发机的功率经过功率放大、路线损耗，进入基站天线；

2. 基站天线提供定向的增益，将信号等效在特定方向辐射，达到EIRP（等效全向辐射功率）指标；

3. 信号经过空间路径损耗，被手机天线获取；

4. 手机天线一般不能提供定向增益，信号经天线接收损耗后成为传导功率；

5. 传导功率经过一定的路径损耗后，进入手机接收通路进行处理。

以上路径可以用下图表示。

图2：基站发射信号被手机所接收的通信链路示意图

在以上路径中，基站所发出的EIRP功率，及终端所接收的信号强度功率是手机接收路径的两个主要功率值。在基站EIRP指标确定、路径距离确定的情况下，可通过减少天线损耗、线路损耗，来增强终端接收信号强度。

以上为手机与基站通信时的基本路径。虽然在实际应用中，会有多个频段和模式同时工作、5G/4G/3G不同模式对接收信号强度需求不同等具体实现和计算，但传输路径与上述过程基本相同。

 “信号增强” 的方法  

  

了解了以上链路，就可以针对性的做“信号增强”。以手机角度考虑，在信号增强的处理中，主要分为以下三种处理方式：

1. 发射信号增强

2. 接收信号增强

3. 传输匹配增强

 发射信号增强 

观察图1所示手机发射路径，手机在发射时，传导功率与辐射功率是两个重要的功率指标。

传导功率通常是指，将手机发射功率直接接入仪表这种方式得到的功率值，目的是了解手机发射功率的能力。由于传导测试通路稳定，所以指标清晰，3GPP等协议组织所发布的众多指标也是以传导测试方法作为标准。

辐射功率是指手机在接入天线之后，向外辐射的功率大小。辐射功率测试更接近于实际使用环境，但由于测试受天线设计、天线阻抗的影响较大，同时，影响辐射功率测试准确度的因素也比较多，比如测试环境中的探头补偿，转台精度，暗室吸波材料质量等，这些都导致辐射功率的测试实现起来更加复杂。

图3：传导和辐射测试

既然传导功率和辐射功率是影响手机发射信号的两个重要指标，那如何才能增强这两个功率的大小呢？

传导功率的增强

虽然传导功率提升会对手机发射信