隨著Qualcomm Technologies日前推出QTM052毫米波(mmWave)天線模組系列和QPM56xx 6GHz以下射頻模組系列，5G大規(guī)模商用的夢(mèng)想又向現(xiàn)實(shí)拉近了一步。
作為全球首款面向智能手機(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，QTM052和QPM56xx可與Qualcomm驍龍X50 5G調(diào)制解調(diào)器配合，共同提供從調(diào)制解調(diào)器到天線(modem-to-antenna)且跨頻段的多項(xiàng)功能，并支持緊湊封裝尺寸以適合于移動(dòng)終端集成。
QTM052毫米波天線模組
作為完整系統(tǒng)，QTM052與驍龍X50 5G調(diào)制解調(diào)器可協(xié)同工作，共同支持先進(jìn)的波束成形、波束導(dǎo)向和波束追蹤技術(shù)，以顯著改善毫米波信號(hào)的覆蓋范圍及可靠性。該系統(tǒng)包括集成式5G新空口無線電收發(fā)器、電源管理IC、射頻前端組件和相控天線陣列，并可在26.5-29.5GHz(n257)以及完整的27.5-28.35GHz(n261)和37-40GHz(n260)毫米波頻段上支持高達(dá)800MHz的帶寬。
更重要的是，QTM052模組可將所有這些功能集成于緊湊的封裝尺寸中，其封裝面積可支持在一部智能手機(jī)中最多安裝4個(gè)QTM052模組。這將支持OEM廠商不斷優(yōu)化其移動(dòng)終端的工業(yè)設(shè)計(jì)，幫助其開發(fā)外形美觀且兼具毫米波5G新空口超高速率的移動(dòng)終端，并支持這些終端最早于2019年上半年推出市場(chǎng)。
Qualcomm QTM052天線模組及Qualcomm驍龍X50 5G調(diào)制解調(diào)器
毫米波適用于在密集城市區(qū)域和擁擠的室內(nèi)環(huán)境中提供5G覆蓋，同時(shí)5G新空口的廣泛覆蓋將通過6GHz以下頻段實(shí)現(xiàn)。
鑒于此，QPM56xx射頻模組系列(包括QPM5650、QPM5651、QDM5650和QDM5652)可幫助搭載驍龍X50 5G調(diào)制解調(diào)器的智能手機(jī)在6GHz以下頻段支持5G新空口。QPM5650和QPM5651包括集成式5G新空口功率放大器(PA)/低噪聲放大器(LNA)/開關(guān)以及濾波子系統(tǒng)。QDM5650和QDM5652包括集成式5G新空口低噪聲放大器/開關(guān)以及濾波子系統(tǒng)，以支持分集和MIMO技術(shù)。
上述四款模組均支持集成式信道探測(cè)參考信號(hào)(SRS)切換以提供最優(yōu)的大規(guī)模MIMO應(yīng)用，并支持3.3-4.2GHz(n77)、3.3-3.8GHz(n78)和4.4-5.0GHz(n79)6GHz以下頻段。這些6GHz以下射頻模組為移動(dòng)終端制造商提供可行路徑，幫助其在移動(dòng)終端中支持5G新空口大規(guī)模MIMO技術(shù)。
被5G改寫的RF前端生態(tài)
由于5G 毫米波頻段存在著高傳播損耗、指向性以及對(duì)于障礙物十分敏感等問題，因此，想要設(shè)計(jì)一款能始終運(yùn)作而不至于失去信號(hào)的5G手機(jī)并不是一件容易的事。而在手機(jī)中部署5G毫米波無線信號(hào)的另一項(xiàng)挑戰(zhàn)則是電池的壽命和耗電問題。
Qualcomm產(chǎn)品市場(chǎng)高級(jí)總監(jiān)沈磊在接受媒體采訪時(shí)表示，為了解決毫米波傳輸性能差的問題，高通不再使用全向發(fā)射，而是通過相控天線陣列實(shí)現(xiàn)定向發(fā)射，從而使能量能夠傳輸?shù)母h(yuǎn)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，當(dāng)天線尺寸為波長(zhǎng)的1/4或1/2時(shí)性能最優(yōu)，因此高通在降低天線尺寸方面做足了文章，把天線、以及包括收發(fā)器和放大器在內(nèi)的射頻前端都整合在一個(gè)模組里，從而能夠更好地實(shí)現(xiàn)波束成形、波束導(dǎo)向和波束追蹤功能。
根據(jù)中國(guó)移動(dòng)的5G指導(dǎo)建議書來看，其對(duì)于支持5G非獨(dú)立組網(wǎng)(NSA，即4G核心網(wǎng)加5G接入網(wǎng))終端的基本天線要求是1T/4R，即1發(fā)4收；對(duì)于支持獨(dú)立組網(wǎng)(SA，即5G核心網(wǎng)加5G接入網(wǎng))終端的基本天線要求是2T/4R，即2發(fā)4收。如果再考慮到4x4 MIMO、802.11ac/ad/ax技術(shù)，芯片和手機(jī)廠商僅在天線端就面臨著極大的挑戰(zhàn)。
將天線和射頻前端組件以模組形式提供給手機(jī)OEM廠商，是高通面對(duì)天線數(shù)量急劇增加提出的應(yīng)對(duì)之道。由于手機(jī)內(nèi)部的天線正不斷受到電路板、屏幕、攝像頭、電池等不同組件的擠壓，空間越來越有限，天線性能也受到影響，因此在手機(jī)4個(gè)邊立面上配備3-4個(gè)毫米波天線模組，以配合5G調(diào)制解調(diào)器芯片，能夠完美解決上述挑戰(zhàn)。但具體使用模組的數(shù)量，則需要OEM廠商在對(duì)性能、成本、工業(yè)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)做出評(píng)估后靈活決定。
當(dāng)然，還必須考慮整個(gè)手機(jī)系統(tǒng)中的天線聯(lián)合設(shè)計(jì)和聯(lián)合優(yōu)化。舉個(gè)例子，假如在系統(tǒng)中5G、4G和Wi-Fi共用了某一根天線，當(dāng)這三個(gè)系統(tǒng)同時(shí)或分時(shí)工作時(shí)，就只有調(diào)制解調(diào)器和處理器可以知道每個(gè)子系統(tǒng)的工作狀態(tài)，并根據(jù)各種預(yù)案發(fā)出相應(yīng)的命令，然后各子系統(tǒng)會(huì)根據(jù)指令來調(diào)整各自的器件和射頻鏈路，從而實(shí)現(xiàn)整體的性能表現(xiàn)和功耗控制。
沈磊不認(rèn)為因?yàn)楹撩撞夹g(shù)的使用，會(huì)顛覆消費(fèi)者已有的手機(jī)續(xù)航習(xí)慣。“這是一個(gè)原則性問題。”他說，毫米波是定向發(fā)送的，并不需要在整個(gè)空間內(nèi)發(fā)射信號(hào)。如果有辦法知道接收端在什么方向，進(jìn)而把信號(hào)都聚集在這個(gè)方向，就可以大幅度降低發(fā)送的信號(hào)。當(dāng)然，影響功耗的因素非常復(fù)雜，除了定向發(fā)送外，器件和芯片性能的提升、更高超的功率控制技術(shù)的使用，也會(huì)起到比較大的作用。
另一方面，隨著蜂窩標(biāo)準(zhǔn)從3G發(fā)展到4G，RF前端必須響應(yīng)的頻段數(shù)量從4個(gè)大幅增加到了40-50個(gè)，甚至更多。濾波器、切換器、放大器等前端器件模組化趨勢(shì)日趨明顯，例如多模多頻的PA/PA整合、PA和切換器的整合等等，再加之毫米波、4X4 MIMO、更高調(diào)制方式、更高功率控制等新技術(shù)的出現(xiàn)，需要大量的硬件、軟件和協(xié)議參與其中，如果仍然使用以前那種離散的、非系統(tǒng)化的局部?jī)?yōu)化，就會(huì)顯得捉襟見肘，無法滿足系統(tǒng)要求，也導(dǎo)致離散器件的生存空間受到極大壓縮。
沈磊表示，5G將遵循“不同實(shí)施階段、不同5G版本平行發(fā)展”的方向。換句話說，在2019-2020年這個(gè)時(shí)間段推出的第一批5G手機(jī)，可能絕大部分都是基于各個(gè)地區(qū)單獨(dú)設(shè)計(jì)的，暫時(shí)還不會(huì)有一種統(tǒng)一的5G全球多模手機(jī)，而是“6GHz以下和毫米波各自依其路徑發(fā)展。”