本月初, Motorola在芝加哥本部发布了全新的模块化产品Moto Z3, 一同亮相的还有5G Moto Mods模块, 两者结合后, 真正令5G手机成为现实.
Moto Z3延续了之前轻薄化的设计, 侧边指纹识别. 采用6英寸18:9 Super AMOLED 2K分辨率屏幕, 搭载骁龙835移动平台, 4GB RAM+64GB ROM, 后置双1200万像素摄像头, 前置800万像素摄像头, 运行Android 8.1系统, 后续将第一时间跟进Android 9.0, 电池容量为3000mAh.
相比于平庸的Moto Z3, 这次发布的更多亮点还是聚焦于5G Moto Mods模块. 据悉, 这款模块将集成骁龙X50 5G Modem和高通新近推出的QTM052毫米波天线模组等组件, 并有独立的2000mAh电池做续航保障. Moto Z3自身仅支持当前的3G/4G网络, 但通过结合5G模块, 就可以在明年上半年支持Verizon的5G毫米波网络, 从此搭上5G的快车.
5G的重要性不用多说, 与今天的4G相比, 5G的速率提升可不只是多了1个G. 但你是否好奇, 5G手机如此极限的网速是如何炼成的, 这背后究竟是怎样的技术做支撑?我们今天就来仔细聊一聊这个事情.
追求更快网速, 毫米波是关键
从原理上讲, 无线传输增加传输速率大体上有两种方法, 其一是增加频谱利用率, 其二是增加频谱带宽. 相较而言, 第一种方案对于信道环境更为敏感, 在收发两端都需要更为复杂的电路来纠正, 由此对功耗提出了很大的挑战, 仍需要持续研究优化. 而增加频谱带宽这种方式简单直接, 成为了5G提速的重要选择.
但问题也随之而来, 目前常用的5GHz以下的频段已经非常拥挤, 到哪里去找新的频谱资源呢?业界不约而同地将目光转向毫米波.
毫米波顾名思义, 是指波长在毫米数量级的电磁波, 其频率大约在30GHz~300GHz之间. 业界认为, 28GHz频段和60GHz频段是最有希望使用在5G的两个频段, 其中28GHz频段的可用频谱带宽可达1GHz, 相比于当前4G网络只有100MHz的可用频谱带宽, 毫米波足足有着10倍的提升, 反映到传输速率则是千兆级的改变.
但与其他高频谱资源一样, 毫米波有着先天性的不足: 在空气中衰减较大, 易受天气环境影响(易被叶子和雨水吸收), 且绕射能力较弱, 这也就意味着, 毫米波的传输距离将大幅缩短, 覆盖能力大幅减弱, 如果遇到天气下雨, 信号表现将很不稳定. 因此想要利用毫米波, 必须要想办法克服其在衰减, 绕射上的不足.
于是, 波束成形技术进入了我们的视野, 成为毫米波中最为核心的技术. 这项技术利用多个天线阵列分别发射信号, 不同的天线间的信号互相干涉影响(有些抵消, 有些增强), 可以把信号聚合成波束并集中在一个方向发射, 相比于过去的全方向发射更有指向性, 能量更为集中, 有效缓解了由毫米波衰减带来的覆盖问题.
但波束的强指向性也带来了新的问题: 如果终端在通讯中移动, 波束按照原先的方向发射就无法准确传递给对方. 因此波束必须要通过波束导向技术不断调整, 指向传输对象的方向, 同时引入波束追踪技术, 从而智能追踪传输对象, 更准确控制波束的发射方向, 即使对方是非可视, 移动的状态, 波束依然可以准确传递, 保证毫米波通讯的可靠性.
可以说, 波束成形, 波束导向和波束追踪技术是业界驯服毫米波用于移动通信的三大利器, 但要在巴掌大的手机中集成这三种技术, 这对于手机的设计和制造而言并非易事.
模组化设计对5G手机至关重要
上文提到, 毫米波所需的波束成形技术需要使用大量天线组成天线阵列, 但手机越做越薄, 如何容得下这么多天线?此外, 波束导向和波束追踪需要智能地追踪传输对象的方向并一直调整波束方向, 这就需要手机上所有的射频组件还有modem的密切配合, 怎么做到射频组件的无缝配合?两个问题都指向了同一个答案——模块化的射频设计.
今年7月, 高通宣布推出全球首款面向智能手机和其他移动终端的全集成5G毫米波及6GHz以下射频模组, 分别为QTM052毫米波天线模组和QPM 56xx 6Hz以下射频模组. 尤其需要注意的是, QTM052面向的正是毫米波应用场景, 解决了运用毫米波的诸多技术和设计挑战, 令毫米波在移动终端和网络中的应用成为可能. 作为业内首款5G毫米波模组, 它可以支持我们之前介绍的波束成形, 波束导向和波束追踪技术.
这两款模组配合既有的骁龙X50 5G modem, 形成了 '从modem到射频前端' 的完整解决方案, 而高通也是目前唯一一家可以提供如此完整方案的通讯厂商. 做个形象的比喻, 如果modem是手机通讯的大脑, 那么射频前端就是通讯中的一切感官, 射频不能正常工作, 你的手机无异于' 瞎子聋子' , 听不到别人的信息, 更做不出及时的反馈. 因此, 这种从从modem到射频的解决方案可以强化modem与射频之间的默契配合, 从而提供更优质的通信信号.
此外, 由于当前手机的全网通属性愈加普及, 无线传输功能更为丰富, 射频前端往往十分复杂, 集成了蜂窝网络, 蓝牙, WiFi, NFC等无线电系统, 每一种都在数十种频率上运行, 并且各自有着截然不同的功耗和辐射控制, 相互的电磁干扰不易避免. 如果没有模块式的射频设计, 手机厂商就需要花费大量时间和精力去集成, 调试和优化上百个不同的射频器件, 最终手机设计的性能也难以保证. 同时考虑到手机设计的轻薄化, 内部空间日趋紧张, 留给射频利用的空间越来越少, 因此需要模块化的5G毫米波天线设计来有效控制手机天线的大小.
高通这款QTM052模组的封装面积小得惊人, 实际不及一枚硬币大小, 但其中却隐藏了复杂的天线阵列, 以满足手机对毫米波的应用. 根据高通给出的数据, 如此轻巧的封装完全可以满足一部手机安装4个模组的需求, 有效解决了射频空间被挤压导致的性能问题.
此外, 考虑到5G还将利用6GHz以下的频段来实现更为广泛的覆盖, 高通还一同发布了QPM 56xx 6Hz以下射频模组, 包括QPM5650, QPM5651, QDM5650和QDM5652四款产品, 旨在充分发挥和利用5G的优势, 让6GHz以下频段和毫米波天线系统在同一终端中共存.
这两款模组配合既有的骁龙X50 5G modem, 形成了 '从调制解调器到射频前端' 的完整解决方案, 而高通也是目前唯一一家可以提供如此完整方案的通讯厂商. 利用这套方案, 终端厂商可以迅速上手5G终端的研发, 大幅缩减了时间和技术成本, 同时模块化, 高集成度的组件也赋予了厂商更多自由, 为打造更具特色的5G智能终端提供有力支持.
值得注意的是, 近期Motorola已经发布的5G Moto Mods模块, 利用的正是骁龙X50 5G modem与QTM052的组合. 与此同时更多厂商也在实践, 相信不久后, 大批量的5G终端将真正面市.
5G商用不再是纸上谈兵
过去的几年时间, 高通率先参与了5G基础研究发明和3GPP标准制定, 先后展示了28GHz移动化毫米波原型系统和6GHz以下的5G NR原型, 并积极与AT&T, 沃达丰, 中国移动等全球主要运营商和网络基础设施厂商开展互操作性与OTA试验, 从中积累了宝贵的经验, 俨然是5G的关键先生.
如今高通推出首款面向智能手机和其他移动终端的全集成5G新空口(5G NR)毫米波及6GHz以下射频模组, 一举将5G的商用推向新高度, 以全力引领产业链向5G方向的探索, 令5G不再是纸上谈兵.