過去幾個月隨著HTC EVO 4G及Samsung Galaxy S系列的Epic 4G相繼上市，顯現美國的手持裝置已開始朝4G邁進。然而，市場上到底會有多少「真正 4G」的連線，其實是定義上的問題。

4G現在或許只是銷售手機的行銷話題，但是4G未來幾年能夠達到絕佳的資料傳輸效用，因為多媒體資料畢竟需要寬頻進行傳輸，而且未來勢必分階段過渡到新一代技術。雖然在可預見的未來，很可能仍會以3G網路傳輸語音，不過，這不表示未來幾年中不會有眾多的用戶使用4G功能的手持裝置。

《圖一 在寬頻單點對多點網路中運用WiMAX，針對眾多應用程式提供寬頻存取，大多為固定裝置之間的通訊所使用。》

4G的定義其實可以非常簡單：利用WiMAX或LTE等無線網絡傳輸資料。在美國，Sprint擁有最廣為人知的WiMAX網絡，並透過資料卡及硬體鎖提供筆記型電腦進行連線服務。Verizon則在2010年下半年部署LTE。Motorola也在寬頻單點對多點網路中運用WiMAX，針對眾多應用程式提供寬頻存取，大多為固定裝置之間的通訊所使用。

進入4G行動世代

經過多年的等待，採用WiMAX規格的4G手機終於在美國普遍上市。根據Sprint預估，該公司的WiMAX基礎架構於今年底之前在美國覆蓋的區域將高達1億2千萬用戶。Sprint所擁有的Clearwire負責處理2.5 GHz頻帶的WiMAX基礎架構。只要在WiMAX涵蓋的範圍內，Sprint都將提供混合性資料服務，而在WiMAX不可及之處，則將調降為3G的速度。

目前尚未有商業用途的LTE網路，LTE的技術進程至少落後WiMAX兩年的時間，因此將是未來幾年的發展重點。在北美地區最可能的部署用途主要是供語音使用的美國地區個人通訊系統與手機頻帶 (分別為850MHz及1.9 GHz)，以及 LTE資料傳輸使用的700 MHz頻帶。值得注意的是，該標準足供行動電話製造商加入LTE功能，因此在基礎設施就緒後，便會有立即使用的用戶群。

然而為何當今仍有許多人使用硬體功能尚未完全開通的4G功能手持裝置?

其原因在於，對於電信業者而言，部署手持裝置遠比建置LTE及WiMAX所需的全新基礎設施更為容易。同樣值得高度期待的是，一旦基礎架構設置就緒，就會有龐大的用戶群，尤其真正的4G功能很可能是資料傳輸資費方案的最頂級服務。事實上，Sprint 已經開始收取4G資料服務的費用。

多模多頻的前景

在無線通訊產業中網路的涵蓋率直接影響了用戶的忠誠度：在特殊地區達到最佳覆蓋率的網路將擁有忠誠度最高的用戶。同樣的，4G也是如此，不過這其中有新的挑戰：一支手機必須同時支援WiMAX及LTE兩種規格，用戶才能在另一個電信業者的服務區域中漫遊時使用4G資料服務。

這項新功能必須整合現今符合CDMA及GSM網路規格的多模手機。這兩種技術囊括了許多增強型標準，使產業從2G轉型為3G。

這是許多半導體業者需要思考的問題。若將必須支援的所有手機標準及頻率逐項列表，內容將相當可觀。

半導體廠商是否需要因應如此的挑戰？對於執行複雜的演算法實作這些標準的基頻晶片而言，答案顯然是肯定的，這主要是由於製程方面的提升促使愈來愈多的電路整合於日益縮小的晶片中。許多基頻晶片製造商均已宣佈推出 WiMAX/LTE晶片組。

RF 挑戰

然而對於訊號鏈的RF部份而言，絕非輕而易舉就能解決問題，原因在於許多頻帶必須支援RF，而且無線傳輸的複雜波形需要處理成基頻數位晶片瞭解的位元及位元組。

4G能夠引進一波新廠商以及許多尋求拓展新市場的既有IC公司。事實上，RF訊號鏈的高效能晶片是擁有多年豐富經驗的專業半導體廠商所成就的產品及大量系統知識。

功率放大器需要耗用大量的電源，因此對於電池使用時間有相當程度的影響，這對於許多使用者而言是相當重要的問題。這一點也呈現出WiMAX及LTE兩者之間略微不同的差異。

《圖二 在美國，Sprint 已經開始收取4G資料服務的費用。》

PA對於決定任何無線裝置的RF訊號鏈效率具有關鍵性作用。由於WiMAX及 LTE均使用進階訊號機制來達到寬頻資料傳輸速率，因此PA的功用對於4G系統愈形重要。

失真、線性及效率

訊號失真會導致許多負面影響，包括連線中斷、資料傳輸速率降低及傳輸範圍縮小等。為了有效降低失真程度，PA通常在低於功率上限的線性範圍內運作。峰均功率比(PAR)是訊號機制判斷效能的重要指標，然而，對於PA而言，PAR的影響在於限制了PA運作效率的限度。

LTE與WiMAX均採用OFDM訊號，因此，相較於單一載波訊號機制或甚至 Wi-Fi之類的其他OFDM型機制，需要較高的線性。WiMAX標準需要多種調制格式的支援，所以PAR在寬頻全球區域網路中大於14dB，這表示PA設計的運作效率為25%的程度。

另一方面，LTE的PAR為6 dB，這表示PA的運作效率可達到35%的程度。雖然並非所有的PA都有相同的先天條件，不過其中某些確實能夠達到更好的功用。採用最佳的半導體製程能夠使 PA 的效率更接近理論限度。PA 設計也同樣重要，而波峰因數減少及前向饋送等之類的線性化技術過去也曾用來減輕高 PAR對於功率效率造成的負面影響。

對於為了解決電池使用時間的問題而受到延遲的 WiMAX上市時程而言，特別需要運用各種可能的解決方案。過去的經驗讓我們了解到，設計人員的原創力實際上是不可限量的，因此總有技術能夠解決問題。可以預期的是，解決問題需要 PA其他的附加功能，這也正是為何在進階製程技術及PA設計方面擁有長年經驗的廠商能夠造就出合乎手機製造商預期的最佳4G合作夥伴。