说起无线通信，你会想到什么？
手机 2G/3G/4G？Wifi 802.11 b/n/g/ac？
过去二十年，整个移动通信的发展
几乎只有一个路线图——
更快。
手机4G已经让高清直播成为现实；
5G Wifi已经让有线网毫无用武之地。
可是，这个趋势，在2017年
被一个奇怪的新名字打破——
NB-IoT
这个能贯上牛逼（NB）姓氏的新协议
和我们过去三十年的无线通信节奏到底有什么区别？
NB-IoT 全称 窄带（蜂窝） 物联网，
特点是：
（一）窄带通信、传输速率低
（二）采用常用的蜂窝网络通信
（Cellular Nework：GSM/LTE/...）
（三）低成本、低功耗（电池供电10年寿命）
他是面向物联网的无线通信协议
旨在定义万物相连后通信规则
比如：让共享单车与后台相连，
不再扫码解锁。
那么 NB-IoT 会取代目前的低功耗、低成本的窄带无线通信协议么？比如：蓝牙和Zigbee？
那以后耳机都是NB-IoT的了啊？
NB-IoT和目前窄带无线通信最大的区别在于
NB-IoT采用公网通信。
公网通信，就意味着
可以通过已经铺设的移通信基站设备
进行远距离传输。
这一特点是蓝牙/Zigbee都不具备的。
笔者认为，NB-IoT对蓝牙的冲击不会太大：
首先是因为蓝牙应用的通信距离基本很短,
比如耳机/无线键盘鼠标等，大概都是几米。
其次，蓝牙芯片实在太便宜了，
传闻裸片计价是以分为单位的；
而且又有低功耗版本——BLE，
在这些应用场景下，NB-IoT并没有优势。
至于，Zigbee就没那么乐观了。
Zigbee采用自组网技术，
长距离的大网络
需要介入点够多，覆盖够广，距离合适。
这一要求，并非时时能满足。
另外，在伟大的天朝，
Zigbee已经多次被证明是
ZF断网后的重要串联工具
～自组网么～
未来，如果NB-IoT可以取代Zigbee的，
那可能 赵家人 可以放很多心吧。
Power & Cost，NB-IoT的一带一路？如果NB-IoT的指标性能远低于目前
主流的终端收发机性能，
那还有什么好研究的呢？
把性能裁剪一下就可以出货了阿。
确实，成熟的芯片方案很快就出现了，
比如大菊花厂的 Boudica 120
其他产品，也有大高通的MDM9206等等。
可问题来了，
NB-IoT协议在设计之初，有两个初衷：
（一）成本在几美元的数量级
（二）电池供电下，就近10年的寿命。
而目前Boudica的方案，
与其说是专用的NB-IoT芯片，
不如说是一个低配版的手机收发芯片
笔者目测结果是，无论是售价还是功耗
都没法达到那两个 初衷。
最能体现这一矛盾的功率放大器（PA）
根据协议，为了能够远距离地和基站通信
NB-IoT的输出功率到达到可怕的23dBm
(23dBm折合199.5mW)，
而且载波频率与LTE/GSM相同
那可不是随便一个功放做的到的。
目前，手机中的TRx方案，主要是
基于CMOS的基带普通射频芯片
+
基于GaAs/SOI的功放/收发隔离开关芯片
或circulator 共同封装而成。
而非硅工艺的集成电路是很难达到低成本的。
如果采用CMOS功放，
由于硅材料的菜逼特点，
在20dBm数量级上，往往功放能效值
特别低，仅30%左右。
由此不难预估：
仅PA和发射机的相关部分功耗
就将超过450mW。
可若是NB-IoT芯片有如此功耗，
不要说10年寿命，10月也悬。
试想搭载着500mW NB-IoT芯片的共享单车，
简直可以是冬日里骑车
额外赠送的暖宝宝了。。。
（夏天么请读者脑补…）
（当然，NB-IoT的使用时PA并不一直开着）
当然，除了PA，还有NB-IoT系统中的
处理器选型也决定了其芯片的价格和功耗。
QualComm的首款NB-IoT产品MDM9206
采用了ARM Cortex A7处理器
（相比之下，其他芯片方案多采用Cortex M系列处理器）
感觉也是不省电、省钱的小主儿。
摩尔定律下半导体的发展趋势
一直是用尽可能多的数字电路代替模拟/射频
因为便宜。
如果各位看官还记得今年ISSCC
我们在EETOP上发表的——
《ISSCC 2017战局之 模拟与数字的乱斗》
就不会对这个趋势陌生。
同样，这个趋势也显现在射频功放上。
传统功放都是模拟/射频电路，
但随着基开关功放技术的完善
新型的功率放大器多以数字控制为首要选择。
在数字功放系统中，
有一颗冉冉上升/如日中天的明星——
Digital Polar Transimitter
首先，我们来介绍一下Polar。
高中的时候，我们都学过虚数（复数）
表示复平面的方法有两种
——直角坐标和极坐标。
没错，所谓Polar就是极坐标表示的意思。
这里表示的I/Q正交信号，其实就是复数。
上图是模拟射频收发机和数字收发机的比较
右半部分是射频发射机与PA的部分。
明显的，在传统的模拟射频收发系统中，
I/Q是用类似直角坐标的方式合并的
（混频器实现90度相移）
然而，在数字发射器中，采用极坐标表示
I/Q两路的两个变量是
相位（延时）和 幅度。
Polar TX的好处有哪些？
首先是系统发射0信号时的功耗，
理论上，可以完全为0。
（把幅度转换电路关掉就好了）
而在模拟发射器中，虽然输出为0，
但实际上，I/Q两路输出了相位相反
的两个信号。
功耗还在那里。
其次是其可数字化的程度。
采用ADPLL和数控延时实现相位
采用数控开关功放实现幅度
导致了其具有的价格和设计时间上的优势。
由此
Digital Polar TX 完美符合了
省电和省钱的要求。
当然，Digital Polar TX
也有致命的问题，比如在线性度上。
IQ在直角坐标是线性相加，线性度妥妥的。
然而Polar System的相位和幅度
是通过乘法叠加的，
本身就不是线性关系，
如何保证复杂调制下的线性问题？
但，在NB-IoT的应用环境里
只用到QPSK的RF信号，
或许这点线性度也不是个事儿？！
那目前的Digital Polar TX技术可以直接应用到NB-IoT么？
小编相信，可能还有两个麻烦。
其一是能效，
低线性度的DPA的能效能否提升到50%以上。
另一关键是结合窄带
NB-IoT仅有180kHz的信号带宽
若融合ADPLL中的Delta Sigma（ΔΣ）技术
迸发出新型高效的Digital PA系统
将是降低NB-IoT成本的关键。
这里随便扔一个专利图饱饱眼福
Courtesy of BroadCom
本期矽说就到这里
小编给了一个不靠谱的预测
NB-IoT 芯片市场最终的决胜因素
将是采用Polar技术的Digital PA
因为它是NB-IoT芯片的价格和功耗的关键。
欢迎吐槽。
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