本月初，Motorola在芝加哥本部發(fā)布了全新的模塊化產(chǎn)品Moto Z3，一同亮相的還有5G Moto Mods模塊，兩者結(jié)合后，真正令5G手機(jī)成為現(xiàn)實(shí)。
Moto Z3延續(xù)了之前輕薄化的設(shè)計(jì)，側(cè)邊指紋識(shí)別。采用6英寸18：9 Super AMOLED 2K分辨率屏幕，搭載驍龍835移動(dòng)平臺(tái)，4GB RAM＋64GB ROM，后置雙1200萬(wàn)像素?cái)z像頭，前置800萬(wàn)像素?cái)z像頭，運(yùn)行Android 8．1系統(tǒng)， 后續(xù)將第一時(shí)間跟進(jìn)Android 9．0，電池容量為3000mAh。
相比于平庸的Moto Z3，這次發(fā)布的更多亮點(diǎn)還是聚焦于5G Moto Mods模塊。據(jù)悉，這款模塊將集成驍龍X50 5G Modem和高通新近推出的QTM052毫米波天線模組等組件，并有獨(dú)立的2000mAh電池做續(xù)航保障。Moto Z3自身僅支持當(dāng)前的3G／4G網(wǎng)絡(luò)，但通過(guò)結(jié)合5G模塊，就可以在明年上半年支持Verizon的5G毫米波網(wǎng)絡(luò)，從此搭上5G的快車。
5G的重要性不用多說(shuō)，與今天的4G相比，5G的速率提升可不只是多了1個(gè)G。但你是否好奇，5G手機(jī)如此極限的網(wǎng)速是如何煉成的，這背后究竟是怎樣的技術(shù)做支撐？我們今天就來(lái)仔細(xì)聊一聊這個(gè)事情。
追求更快網(wǎng)速，毫米波是關(guān)鍵
從原理上講，無(wú)線傳輸增加傳輸速率大體上有兩種方法，其一是增加頻譜利用率，其二是增加頻譜帶寬。相較而言，第一種方案對(duì)于信道環(huán)境更為敏感，在收發(fā)兩端都需要更為復(fù)雜的電路來(lái)糾正，由此對(duì)功耗提出了很大的挑戰(zhàn)，仍需要持續(xù)研究?jī)?yōu)化。而增加頻譜帶寬這種方式簡(jiǎn)單直接，成為了5G提速的重要選擇。
但問(wèn)題也隨之而來(lái)，目前常用的5GHz以下的頻段已經(jīng)非常擁擠，到哪里去找新的頻譜資源呢？業(yè)界不約而同地將目光轉(zhuǎn)向毫米波。
毫米波顧名思義，是指波長(zhǎng)在毫米數(shù)量級(jí)的電磁波，其頻率大約在30GHz～300GHz之間。業(yè)界認(rèn)為，28GHz頻段和60GHz頻段是最有希望使用在5G的兩個(gè)頻段，其中28GHz頻段的可用頻譜帶寬可達(dá)1GHz， 相比于當(dāng)前4G網(wǎng)絡(luò)只有100MHz的可用頻譜帶寬，毫米波足足有著10倍的提升，反映到傳輸速率則是千兆級(jí)的改變。
但與其他高頻譜資源一樣，毫米波有著先天性的不足：在空氣中衰減較大，易受天氣環(huán)境影響（易被葉子和雨水吸收），且繞射能力較弱，這也就意味著，毫米波的傳輸距離將大幅縮短，覆蓋能力大幅減弱，如果遇到天氣下雨，信號(hào)表現(xiàn)將很不穩(wěn)定。因此想要利用毫米波，必須要想辦法克服其在衰減、繞射上的不足。
于是，波束成形技術(shù)進(jìn)入了我們的視野，成為毫米波中最為核心的技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)利用多個(gè)天線陣列分別發(fā)射信號(hào)，不同的天線間的信號(hào)互相干涉影響（有些抵消、有些增強(qiáng)），可以把信號(hào)聚合成波束并集中在一個(gè)方向發(fā)射，相比于過(guò)去的全方向發(fā)射更有指向性，能量更為集中，有效緩解了由毫米波衰減帶來(lái)的覆蓋問(wèn)題。
但波束的強(qiáng)指向性也帶來(lái)了新的問(wèn)題：如果終端在通訊中移動(dòng)，波束按照原先的方向發(fā)射就無(wú)法準(zhǔn)確傳遞給對(duì)方。因此波束必須要通過(guò)波束導(dǎo)向技術(shù)不斷調(diào)整，指向傳輸對(duì)象的方向，同時(shí)引入波束追蹤技術(shù)，從而智能追蹤傳輸對(duì)象，更準(zhǔn)確控制波束的發(fā)射方向，即使對(duì)方是非可視、移動(dòng)的狀態(tài)，波束依然可以準(zhǔn)確傳遞，保證毫米波通訊的可靠性。
可以說(shuō)，波束成形、波束導(dǎo)向和波束追蹤技術(shù)是業(yè)界馴服毫米波用于移動(dòng)通信的三大利器，但要在巴掌大的手機(jī)中集成這三種技術(shù)，這對(duì)于手機(jī)的設(shè)計(jì)和制造而言并非易事。
模組化設(shè)計(jì)對(duì)5G手機(jī)至關(guān)重要
上文提到，毫米波所需的波束成形技術(shù)需要使用大量天線組成天線陣列，但手機(jī)越做越薄，如何容得下這么多天線？此外，波束導(dǎo)向和波束追蹤需要智能地追蹤傳輸對(duì)象的方向并一直調(diào)整波束方向，這就需要手機(jī)上所有的射頻組件還有modem的密切配合，怎么做到射頻組件的無(wú)縫配合？?jī)蓚€(gè)問(wèn)題都指向了同一個(gè)答案——模塊化的射頻設(shè)計(jì)。
今年7月，高通宣布推出全球首款面向智能手機(jī)和其他移動(dòng)終端的全集成5G毫米波及6GHz以下射頻模組，分別為QTM052毫米波天線模組和QPM 56xx 6Hz以下射頻模組。尤其需要注意的是，QTM052面向的正是毫米波應(yīng)用場(chǎng)景，解決了運(yùn)用毫米波的諸多技術(shù)和設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，令毫米波在移動(dòng)終端和網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用成為可能。作為業(yè)內(nèi)首款5G毫米波模組，它可以支持我們之前介紹的波束成形、波束導(dǎo)向和波束追蹤技術(shù)。
這兩款模組配合既有的驍龍X50 5G modem，形成了“從modem到射頻前端”的完整解決方案，而高通也是目前唯一一家可以提供如此完整方案的通訊廠商。做個(gè)形象的比喻，如果modem是手機(jī)通訊的大腦，那么射頻前端就是通訊中的一切感官，射頻不能正常工作，你的手機(jī)無(wú)異于”瞎子聾子”，聽(tīng)不到別人的信息，更做不出及時(shí)的反饋。因此，這種從從modem到射頻的解決方案可以強(qiáng)化modem與射頻之間的默契配合，從而提供更優(yōu)質(zhì)的通信信號(hào)。
此外，由于當(dāng)前手機(jī)的全網(wǎng)通屬性愈加普及，無(wú)線傳輸功能更為豐富，射頻前端往往十分復(fù)雜，集成了蜂窩網(wǎng)絡(luò)、藍(lán)牙、WiFi、NFC等無(wú)線電系統(tǒng)，每一種都在數(shù)十種頻率上運(yùn)行，并且各自有著截然不同的功耗和輻射控制，相互的電磁干擾不易避免。如果沒(méi)有模塊式的射頻設(shè)計(jì)，手機(jī)廠商就需要花費(fèi)大量時(shí)間和精力去集成、調(diào)試和優(yōu)化上百個(gè)不同的射頻器件，最終手機(jī)設(shè)計(jì)的性能也難以保證。同時(shí)考慮到手機(jī)設(shè)計(jì)的輕薄化，內(nèi)部空間日趨緊張，留給射頻利用的空間越來(lái)越少，因此需要模塊化的5G毫米波天線設(shè)計(jì)來(lái)有效控制手機(jī)天線的大小。
高通這款QTM052模組的封裝面積小得驚人，實(shí)際不及一枚硬幣大小，但其中卻隱藏了復(fù)雜的天線陣列，以滿足手機(jī)對(duì)毫米波的應(yīng)用。根據(jù)高通給出的數(shù)據(jù)，如此輕巧的封裝完全可以滿足一部手機(jī)安裝4個(gè)模組的需求，有效解決了射頻空間被擠壓導(dǎo)致的性能問(wèn)題。
此外，考慮到5G還將利用6GHz以下的頻段來(lái)實(shí)現(xiàn)更為廣泛的覆蓋，高通還一同發(fā)布了QPM 56xx 6Hz以下射頻模組，包括QPM5650、QPM5651、QDM5650和QDM5652四款產(chǎn)品，旨在充分發(fā)揮和利用5G的優(yōu)勢(shì)，讓6GHz以下頻段和毫米波天線系統(tǒng)在同一終端中共存。
這兩款模組配合既有的驍龍X50 5G modem，形成了“從調(diào)制解調(diào)器到射頻前端”的完整解決方案，而高通也是目前唯一一家可以提供如此完整方案的通訊廠商。利用這套方案，終端廠商可以迅速上手5G終端的研發(fā)，大幅縮減了時(shí)間和技術(shù)成本，同時(shí)模塊化、高集成度的組件也賦予了廠商更多自由，為打造更具特色的5G智能終端提供有力支持。
值得注意的是，近期Motorola已經(jīng)發(fā)布的5G Moto Mods模塊，利用的正是驍龍X50 5G modem與QTM052的組合。與此同時(shí)更多廠商也在實(shí)踐，相信不久后，大批量的5G終端將真正面市。
5G商用不再是紙上談兵
過(guò)去的幾年時(shí)間，高通率先參與了5G基礎(chǔ)研究發(fā)明和3GPP標(biāo)準(zhǔn)制定，先后展示了28GHz移動(dòng)化毫米波原型系統(tǒng)和6GHz以下的5G NR原型，并積極與AT＆T、沃達(dá)豐、中國(guó)移動(dòng)等全球主要運(yùn)營(yíng)商和網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施廠商開(kāi)展互操作性與OTA試驗(yàn)，從中積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，儼然是5G的關(guān)鍵先生。
如今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，一舉將5G的商用推向新高度，以全力引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)鏈向5G方向的探索，令5G不再是紙上談兵。