本月初, Motorola在芝加哥本部發布了全新的模組化產品Moto Z3, 一同亮相的還有5G Moto Mods模組, 兩者結合後, 真正令5G手機成為現實.
Moto Z3延續了之前輕薄化的設計, 側邊指紋識別. 採用6英寸18:9 Super AMOLED 2K解析度屏幕, 搭載驍龍835移動平台, 4GB RAM+64GB ROM, 後置雙1200萬像素攝像頭, 前置800萬像素攝像頭, 運行Android 8.1系統, 後續將第一時間跟進Android 9.0, 電池容量為3000mAh.
相比於平庸的Moto Z3, 這次發布的更多亮點還是聚焦於5G Moto Mods模組. 據悉, 這款模組將整合驍龍X50 5G Modem和高通新近推出的QTM052毫米波天線模組等組件, 並有獨立的2000mAh電池做續航保障. Moto Z3自身僅支援當前的3G/4G網路, 但通過結合5G模組, 就可以在明年上半年支援Verizon的5G毫米波網路, 從此搭上5G的快車.
5G的重要性不用多說, 與今天的4G相比, 5G的速率提升可不只是多了1個G. 但你是否好奇, 5G手機如此極限的網速是如何煉成的, 這背後究竟是怎樣的技術做支撐?我們今天就來仔細聊一聊這個事情.
追求更快網速, 毫米波是關鍵
從原理上講, 無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, 其二是增加頻譜頻寬. 相較而言, 第一種方案對於通道環境更為敏感, 在收發兩端都需要更為複雜的電路來糾正, 由此對功耗提出了很大的挑戰, 仍需要持續研究優化. 而增加頻譜頻寬這種方式簡單直接, 成為了5G提速的重要選擇.
但問題也隨之而來, 目前常用的5GHz以下的頻段已經非常擁擠, 到哪裡去找新的頻譜資源呢?業界不約而同地將目光轉向毫米波.
毫米波顧名思義, 是指波長在毫米數量級的電磁波, 其頻率大約在30GHz~300GHz之間. 業界認為, 28GHz頻段和60GHz頻段是最有希望使用在5G的兩個頻段, 其中28GHz頻段的可用頻譜頻寬可達1GHz, 相比於當前4G網路只有100MHz的可用頻譜頻寬, 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, 訊號表現將很不穩定. 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.
於是, 波束成形技術進入了我們的視野, 成為毫米波中最為核心的技術. 這項技術利用多個天線陣列分別發射訊號, 不同的天線間的訊號互相干涉影響(有些抵消, 有些增強), 可以把訊號聚合成波束並集中在一個方向發射, 相比於過去的全方向發射更有指向性, 能量更為集中, 有效緩解了由毫米波衰減帶來的覆蓋問題.
但波束的強指向性也帶來了新的問題: 如果終端在通訊中移動, 波束按照原先的方向發射就無法準確傳遞給對方. 因此波束必須要通過波束導向技術不斷調整, 指向傳輸對象的方向, 同時引入波束追蹤技術, 從而智能追蹤傳輸對象, 更準確控制波束的發射方向, 即使對方是非可視, 移動的狀態, 波束依然可以準確傳遞, 保證毫米波通訊的可靠性.
可以說, 波束成形, 波束導向和波束追蹤技術是業界馴服毫米波用於移動通信的三大利器, 但要在巴掌大的手機中整合這三種技術, 這對於手機的設計和製造而言並非易事.
模組化設計對5G手機至關重要
上文提到, 毫米波所需的波束成形技術需要使用大量天線組成天線陣列, 但手機越做越薄, 如何容得下這麼多天線?此外, 波束導向和波束追蹤需要智能地追蹤傳輸對象的方向並一直調整波束方向, 這就需要手機上所有的射頻組件還有modem的密切配合, 怎麼做到射頻組件的無縫配合?兩個問題都指向了同一個答案——模組化的射頻設計.
今年7月, 高通宣布推出全球首款面向智能手機和其他移動終端的全整合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用場景, 解決了運用毫米波的諸多技術和設計挑戰, 令毫米波在移動終端和網路中的應用成為可能. 作為業內首款5G毫米波模組, 它可以支援我們之前介紹的波束成形, 波束導向和波束追蹤技術.
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. 做個形象的比喻, 如果modem是手機通訊的大腦, 那麼射頻前端就是通訊中的一切感官, 射頻不能正常工作, 你的手機無異於' 瞎子聾子' , 聽不到別人的資訊, 更做不出及時的反饋. 因此, 這種從從modem到射頻的解決方案可以強化modem與射頻之間的默契配合, 從而提供更優質的通信訊號.
此外, 由於當前手機的全網通屬性愈加普及, 無線傳輸功能更為豐富, 射頻前端往往十分複雜, 整合了蜂窩網路, 藍芽, WiFi, NFC等無線電系統, 每一種都在數十種頻率上運行, 並且各自有著截然不同的功耗和輻射控制, 相互的電磁幹擾不易避免. 如果沒有模組式的射頻設計, 手機廠商就需要花費大量時間和精力去整合, 調試和優化上百個不同的射頻器件, 最終手機設計的性能也難以保證. 同時考慮到手機設計的輕薄化, 內部空間日趨緊張, 留給射頻利用的空間越來越少, 因此需要模組化的5G毫米波天線設計來有效控制手機天線的大小.
高通這款QTM052模組的封裝面積小得驚人, 實際不及一枚硬幣大小, 但其中卻隱藏了複雜的天線陣列, 以滿足手機對毫米波的應用. 根據高通給出的數據, 如此輕巧的封裝完全可以滿足一部手機安裝4個模組的需求, 有效解決了射頻空間被擠壓導致的性能問題.
此外, 考慮到5G還將利用6GHz以下的頻段來實現更為廣泛的覆蓋, 高通還一同發布了QPM 56xx 6Hz以下射頻模組, 包括QPM5650, QPM5651, QDM5650和QDM5652四款產品, 旨在充分發揮和利用5G的優勢, 讓6GHz以下頻段和毫米波天線系統在同一終端中共存.
這兩款模組配合既有的驍龍X50 5G modem, 形成了 '從數據機到射頻前端' 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, 大幅縮減了時間和技術成本, 同時模組化, 高整合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援.
值得注意的是, 近期Motorola已經發布的5G Moto Mods模組, 利用的正是驍龍X50 5G modem與QTM052的組合. 與此同時更多廠商也在實踐, 相信不久後, 大批量的5G終端將真正面市.
5G商用不再是紙上談兵
過去的幾年時間, 高通率先參與了5G基礎研究發明和3GPP標準制定, 先後展示了28GHz移動化毫米波原型系統和6GHz以下的5G NR原型, 並積極與AT&T, 沃達豐, 中國移動等全球主要運營商和網路基礎設施廠商開展互操作性與OTA試驗, 從中積累了寶貴的經驗, 儼然是5G的關鍵先生.
如今高通推出首款面向智能手機和其他移動終端的全整合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, 以全力引領產業鏈向5G方向的探索, 令5G不再是紙上談兵.