換句話說(shuō),這一套解決方案是5G手機(jī)正式問(wèn)世的必要條件,目前很多手機(jī)廠商都已經(jīng)表示會(huì)在明年推出5G智能手機(jī)。但普通消費(fèi)者可能會(huì)覺(jué)得,印象中5G還是很遙遠(yuǎn)的事兒,怎么說(shuō)來(lái)就要來(lái)了呢?
▲QTM052毫米波天線模組和驍龍X50調(diào)制解調(diào)器
這次高通推出的5G射頻模組可謂關(guān)鍵成果,如果大家了解高通以及整個(gè)行業(yè)在5G方面的布局進(jìn)展,就會(huì)了解5G正在按部就班地向前推進(jìn)。那么這次的成果又有什么具體意義呢?容IT之家和大家慢慢道來(lái)。
毫米波,5G的速率保障
高通本次發(fā)布的是包含5G NR毫米波和6GHz以下的射頻模組。我們知道無(wú)線通信需要在某一具體頻段上傳輸信息,5G的三大業(yè)務(wù)場(chǎng)景(增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶、關(guān)鍵業(yè)務(wù)控制和海量物聯(lián)網(wǎng))覆蓋的范圍更廣,需要更寬更高的頻譜,也就是更快的傳輸速率。而在通信行業(yè),目前主流的提升速率的方法是增加頻譜的帶寬,但是目前常用的6GHz以下的頻段已經(jīng)基本被占用了,因此人們想到了毫米波技術(shù)。
毫米波的波長(zhǎng)在1-10mm,而頻率約為30GHz-300GHz,其中比較主流的頻段是28GHz或更高頻段,它對(duì)應(yīng)的頻譜帶寬也是1GHz起,而4G-LTE可用的頻譜帶寬只有100MHz,帶寬相當(dāng)于4G的10倍,自然能夠大大提高傳輸速率。另一方面,5G將提供更高級(jí)別的效率和能力,支持用戶體驗(yàn)吞吐量提升十倍、端到端時(shí)延降低十倍、連接密度提升十倍,以支持更多的終端數(shù)量。這背后毫米波技術(shù)的重要性不言而喻。
高通本次發(fā)布全球首款5G射頻模組就包含針對(duì)毫米波頻段的集成方案,這說(shuō)明高通對(duì)于毫米波的研究已經(jīng)有深厚基礎(chǔ)。早在去年10月,高通就宣布驍龍X50 5G調(diào)制解調(diào)器芯片組在28GHz毫米波頻段上實(shí)現(xiàn)了5G數(shù)據(jù)連接。
另一方面,針對(duì)全球運(yùn)營(yíng)商對(duì)5G頻段部署的多樣性,在進(jìn)行毫米波測(cè)試的同時(shí),高通也積極推進(jìn)6GHz以下的5G連接技術(shù)研發(fā),也通過(guò)很多真實(shí)網(wǎng)絡(luò)模擬實(shí)驗(yàn),展示了基于6GHz以下及毫米波頻段的5G網(wǎng)絡(luò)能夠?yàn)橛脩魩?lái)的出色體驗(yàn),其中就包括在舊金山進(jìn)行的模擬毫米波真實(shí)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn),下載速率從71Mbps提升到了1.4Gbps。
首個(gè)5G射頻模組,玄機(jī)在哪?
了解了毫米波的重要性,我們就可以看看這次高通發(fā)布的5G射頻模組,它包含兩個(gè)主要模組:
其一是QTM052毫米波天線模組,包含了從收發(fā)器到所有射頻前端的器件,還有電源管理IC以及天線本身,但“身型”很小,覆蓋的頻譜也是比較主流的毫米波頻段、是第一批商用的頻譜。之后會(huì)根據(jù)后續(xù)推出的頻段進(jìn)一步提供產(chǎn)品。
▲QTM052毫米波天線模組
其二是QPM56xx,針對(duì)6GHz以下頻率設(shè)計(jì),中國(guó)、歐洲、日本、韓國(guó)、澳大利亞等地都是使用6GHz以下頻段做第一波5G手機(jī)比較熱門(mén)的國(guó)家和區(qū)域。QPM56xx的出現(xiàn)對(duì)中國(guó)的5G商用意義重大,它包括4個(gè)產(chǎn)品:QPM5650、QPM5651、QDM5650和QDM5652。其中QPM5650和QPM5651中包括發(fā)送的功率放大器(PA)、接收的低噪聲放大器(LNA),還有濾波器、天線開(kāi)關(guān)等。
這兩者中的重點(diǎn)和難點(diǎn),應(yīng)該是QTM052毫米波天線模組。我們知道毫米波雖然有帶寬大,速率高的優(yōu)勢(shì),但是也存在缺陷,就是傳輸性能比較差。
一是信號(hào)容易衰減,傳不遠(yuǎn),二是容易被樓宇等物體阻擋,三就是受空間環(huán)境影響比較大,例如能量容易被水分子吸收,下雨等場(chǎng)景下容易衰弱。這些缺陷令毫米波一直很難商用,甚至有聲音認(rèn)為毫米波不可能大規(guī)模商用。
不過(guò),高通已經(jīng)克服了這些問(wèn)題,并現(xiàn)已經(jīng)發(fā)布了產(chǎn)品。這其中經(jīng)歷了攻堅(jiān)克難的歷程:
首先,放棄了全向發(fā)射,而是通過(guò)多個(gè)天線實(shí)現(xiàn)定向發(fā)射。高通利用多個(gè)天線形成相控天線陣列,讓天線之間的信號(hào)經(jīng)過(guò)互相干涉影響,把信號(hào)能量集中在一個(gè)方向發(fā)射出去。
同時(shí)毫米波的頻率高波長(zhǎng)短,而波長(zhǎng)又和天線呈正比關(guān)系,所以天線可以做得很小,即便采用多個(gè)天線也不必?fù)?dān)心整體模組尺寸會(huì)變大。
定向發(fā)射也有一個(gè)問(wèn)題,就是人們?cè)谑褂弥悄苁謾C(jī)時(shí)的場(chǎng)景可能是不斷變動(dòng)的,特別是在乘坐交通工具時(shí)。以前由于是全向發(fā)射,所以手機(jī)位置變動(dòng)也都能覆蓋,而定向發(fā)射時(shí),信號(hào)波束必須隨著傳輸對(duì)象的位置變化不斷做調(diào)整,這個(gè)難度可就很大了。而高通則采用了波束導(dǎo)向技術(shù),更智能地追蹤傳輸對(duì)象,控制波束的方向。
高通做的第二件事是通過(guò)模組的方式盡可能縮小天線的尺寸,讓一個(gè)調(diào)制解調(diào)器配備多個(gè)天線模組。這次推出的射頻模組尺寸非??s小,設(shè)想是在手機(jī)的4個(gè)邊立面上配備4個(gè)毫米波天線模組,以配合5G調(diào)制解調(diào)器芯片,這樣,寸土寸金的智能手機(jī)空間里,可以解決天線的空間被擠壓導(dǎo)致性能受限的問(wèn)題。
簡(jiǎn)單說(shuō),就是高通將多個(gè)小面積的天線模組放到手機(jī)終端里面,以克服毫米波很多與生俱來(lái)的缺陷。
正是基于這些技術(shù)創(chuàng)新手段,毫米波的5G射頻模組才能誕生并應(yīng)用于智能終端中,而這背后顯然離不開(kāi)高通所做出的努力。
5G手機(jī)的催化劑
當(dāng)然,5G新空口(5G NR)毫米波及6GHz以下射頻模組既然已經(jīng)發(fā)布,那么接下來(lái)的重點(diǎn)自然就是它的應(yīng)用了。高通也考慮到了這一層。
在前面的介紹中小編已經(jīng)說(shuō)了,這次毫米波5G射頻模組中高通采用了多天線陣列,同時(shí),將毫米波天線模組連接到驍龍X50 5G調(diào)制解調(diào)器上,集成從調(diào)制解調(diào)器往后的所有射頻鏈路芯片上的功能,包括收發(fā)器、射頻前端、天線等,十分復(fù)雜,對(duì)于終端廠商來(lái)說(shuō),如果采用離散的器件他們可能需要優(yōu)化上百個(gè)不同的器件,況且目前還沒(méi)有終端廠商具備這種能力,所以高通采用了高度集成的方案,將這些器件都整合在小小的模組里,包括不同天線之間的協(xié)同,高通也做到了預(yù)先將天線整合好,提前做好天線的調(diào)整工作讓它們可以相互協(xié)同,讓它們更容易形成波束,這樣,終端廠商在設(shè)計(jì)終端時(shí)就會(huì)好操作很多。
6GHz以下的QPM56xx模組也是如此,考慮到5G中的一些新技術(shù)如信道探測(cè)參考信號(hào)(SRS)切換,MIMO技術(shù)等的難度,所以高通將這些功能都集成在模組里,讓手機(jī)廠商不用再花大量時(shí)間去集成、調(diào)試、優(yōu)化,而是將這些面積、功耗、性能和成本都很難控制,研發(fā)投入周期也非常長(zhǎng)的問(wèn)題都解決好,為手機(jī)OEM廠商提供現(xiàn)成的解決方案。
其實(shí)高通采用這種高度集成的解決方案,目的也只有一個(gè),就是盡可能簡(jiǎn)化OEM廠商的調(diào)試優(yōu)化工作,省下時(shí)間和技術(shù)成本,幫助他們盡可能快地開(kāi)發(fā)出真正可用的5G終端設(shè)備,推進(jìn)5G終端的商用。畢竟,從現(xiàn)在到2019年底,商用節(jié)點(diǎn)已經(jīng)迫在眉睫。
5G手機(jī),萬(wàn)事俱備,只欠東風(fēng)
任何智能手機(jī)都離不開(kāi)射頻模組,這是手機(jī)通信功能的基礎(chǔ),在5G更是如此,而5G手機(jī)射頻模組的問(wèn)世,雖然不能算是5G時(shí)代的真正到來(lái),但至少能代表5G時(shí)代序幕的拉開(kāi)。高通推出首款面向智能手機(jī)和其他移動(dòng)終端的全集成5G新空口(5G NR)毫米波及6GHz以下射頻模組,其實(shí)是對(duì)5G智能手機(jī)終端的推出起到了極大的推動(dòng)作用,就像那句成語(yǔ),“萬(wàn)事俱備,只欠東風(fēng)”:從調(diào)制解調(diào)器到射頻的解決方案已經(jīng)有了,移動(dòng)5G網(wǎng)絡(luò)和終端,特別是智能手機(jī)已經(jīng)準(zhǔn)備就緒,問(wèn)世已經(jīng)剩下最后的工作。
而5G智能手機(jī)大規(guī)模上市后,5G時(shí)代的到來(lái)還會(huì)遠(yuǎn)嗎?