高通是如何邁出毫米波第一步的？高通QTM052毫米波天線模組“小身材 大智慧”

當(dāng)行業(yè)發(fā)展的腳步向5G邁進(jìn)時(shí)，毫米波就成為了熱門(mén)詞匯。在各國(guó)運(yùn)營(yíng)商和設(shè)備廠商的推動(dòng)下，26GHz和39GHz毫米波頻段首先被納入了3GPP標(biāo)準(zhǔn)。高頻段的毫米波帶來(lái)的大帶寬，為5G需求的高速率提供了想象空間，然而毫米波在大氣中傳播衰弱嚴(yán)重的弱點(diǎn)也成為其商用道路上的致命傷。不過(guò)，這一現(xiàn)狀有望改觀，近日高通在毫米波的攻堅(jiān)中率先破題。

7月23日，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新空口（5G NR）毫米波及6GHz以下射頻模組。高通QTM052毫米波天線模組系列和高通QPM56xx 6GHz以下射頻模組系列可與高通驍龍？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。上述兩個(gè)系列的產(chǎn)品正在向用戶出樣。配置QTM052毫米波天線模組的終端將最早于2019年上半年推向市場(chǎng)。

高通 QTM052天線模組及高通驍龍X50 5G調(diào)制解調(diào)器

無(wú)論哪一代通信技術(shù)，頻譜都是最先要解決的問(wèn)題。5G到來(lái)后，2G／3G／4G頻譜還需重耕，必然要引入新的頻譜資源。由于面臨諸多技術(shù)和設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，5G之前毫米波均未被應(yīng)用于移動(dòng)通信中。甚至移動(dòng)行業(yè)中很多人都認(rèn)為毫米波在移動(dòng)終端和網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用是不切實(shí)際且不可實(shí)現(xiàn)的。而高通QTM052毫米波天線模組的推出會(huì)不會(huì)成為推倒多米諾骨牌的關(guān)鍵一步呢？

高通毫米波天線模組如何煉就？

想要在毫米波頻段實(shí)現(xiàn)通信到底有多難，我們可以先來(lái)看看毫米波的特性。首先，毫米波頻譜的傳輸距離有限，毫米波在全向發(fā)射時(shí)，能量發(fā)散比較快，容易衰弱，無(wú)法傳播到很遠(yuǎn)；其次，毫米波頻譜容易被樓宇、人體等阻擋、反射和折射；第三，毫米波受限于很多空間因素，其中一個(gè)主要因素就是水分子，毫米波頻譜在下雨時(shí)、穿過(guò)樹(shù)葉、穿過(guò)人體時(shí)，它們衰減非?？?。相對(duì)于無(wú)線通信對(duì)語(yǔ)音、數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咭螅鲜鑫锢硖匦允沟煤撩撞幢阍儆绪攘σ埠茈y被應(yīng)用到實(shí)際通信中。

而高通此次推出的QTM052毫米波天線模組，可與驍龍X50 5G調(diào)制解調(diào)器協(xié)同工作并形成完整系統(tǒng)，以應(yīng)對(duì)毫米波帶來(lái)的巨大挑戰(zhàn)。作為完整系統(tǒng)，其可支持先進(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。

波束成形是不可或缺的“幕后功臣”，高通的毫米波天線模組不再使用全向發(fā)射，而是選擇定向發(fā)射。把能量聚集在一個(gè)波束，從而使得能量能夠傳輸?shù)酶h(yuǎn)，以提高覆蓋。高通利用多個(gè)天線形成相控天線陣列，天線之間的信號(hào)經(jīng)過(guò)互相干涉影響，能把信號(hào)能量集中在一個(gè)方向發(fā)射出去。

“天線的尺寸和波長(zhǎng)是呈正比關(guān)系的，毫米波的頻率高，波長(zhǎng)短，因而可以顯著降低天線尺寸。高通充分利用了毫米波這一特性，在手機(jī)上設(shè)計(jì)多個(gè)天線并形成陣列，讓信號(hào)互相影響，從而形成波束。模組化就是基于這個(gè)思路衍生出來(lái)的。” 高通產(chǎn)品市場(chǎng)高級(jí)總監(jiān)沈磊表示，“如果每個(gè)OEM廠商都自己開(kāi)發(fā)和優(yōu)化天線設(shè)計(jì)方案，要想做到不同天線之間的協(xié)同工作，對(duì)于他們的難度系數(shù)會(huì)非常高。所以一個(gè)比較簡(jiǎn)單的辦法就是高通把天線以及射頻前端包括收發(fā)器和放大器等都整合在一個(gè)模組里面，在這個(gè)模組內(nèi)把天線預(yù)先整合好，提前做好天線的調(diào)整工作，讓它們可以相互協(xié)同，從而很容易形成波束?！?/p>

形成波束后又出現(xiàn)了其它問(wèn)題，如果只有一個(gè)波束，波束的方向又不變，一旦手機(jī)的位置有變動(dòng)，信號(hào)就無(wú)法傳到基站。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)，手機(jī)持有者的位置不斷移動(dòng)，基站相對(duì)于人的位置也在變，這就需要波束追蹤技術(shù)來(lái)時(shí)刻追蹤天線移動(dòng)的位置，并讓波束做出相應(yīng)的調(diào)整。

因此，我們需要毫米波天線產(chǎn)品既能支持形成波束，又能控制波束的方向，還能追蹤接收方位置的變化，讓波束一直保持在最佳的傳輸位置上。這更要求整個(gè)射頻鏈路上從調(diào)制解調(diào)器到收發(fā)器、放大器再到天線的所有器件都能更智能地協(xié)同工作?；诖舜瓮瞥龅腝TM052天線模組，高通在連接技術(shù)上的整體領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，正是應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)的最佳解決方案。

助力OEM廠商贏在5G

隨著2018年6月中旬5G獨(dú)立組網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的正式發(fā)布，整個(gè)通信行業(yè)進(jìn)入到全面向5G沖刺的階段，按照我國(guó)2019年5G試商用以及2020年5G正式商用的規(guī)劃，留給終端廠商開(kāi)發(fā)5G產(chǎn)品的時(shí)間不可謂不緊張，如果終端廠商還有5G“出海”計(jì)劃，毫米波頻段無(wú)疑是不能規(guī)避的問(wèn)題。而高通毫米波天線模組的推出讓這一愿景成為可能。

隨著手機(jī)內(nèi)部的天線空間不斷受到電路板、屏幕、攝像頭、電池等不同組件的更多擠壓，留給天線的空間就越來(lái)越有限，天線的性能也受到影響。在有限空間內(nèi)提供良好的天線性能，這本來(lái)就很困難。而金屬材質(zhì)的手機(jī)外殼、使用過(guò)程中用戶手部或頭部對(duì)視頻信號(hào)的干擾、用戶在使用手機(jī)中的不斷移動(dòng)，這些都為手機(jī)天線帶來(lái)了更大的挑戰(zhàn)。

“所以，高通除了實(shí)現(xiàn)天線陣列外，還通過(guò)模組的方式把天線的尺寸降下來(lái)，讓一個(gè)調(diào)制解調(diào)器可以配備多個(gè)天線模組。高通此次推出的5G毫米波天線模組尺寸非常小，可以在空間和成本允許的情況下，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。這些毫米波天線模組都會(huì)連接到驍龍X50 5G調(diào)制解調(diào)器上，并集成從調(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。通過(guò)將多個(gè)小面積的天線模組放到空間極度受限的手機(jī)終端里面，可以解決上面提到的很多挑戰(zhàn)?！鄙蚶谡f(shuō)。

高通 QTM052天線模組

“小身材 大智慧”QTM052毫米波天線模組的推出源于高通對(duì)OEM廠商需求的深刻理解，手機(jī)設(shè)計(jì)的薄厚、手機(jī)材質(zhì)、手機(jī)設(shè)計(jì)的流程以及研發(fā)生產(chǎn)的工序，都是高通開(kāi)發(fā)產(chǎn)品時(shí)必須要考慮的因素。根據(jù)OEM廠商的要求，高通的解決方案可以幫助降低他們的研發(fā)難度，并通過(guò)模組化產(chǎn)品，縮短終端廠商的產(chǎn)品上市時(shí)間。這也是高通在業(yè)界具有的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。

當(dāng)然，到底怎樣使用QTM052毫米波天線模組，主動(dòng)權(quán)還是在終端廠商手中。高通會(huì)給廠商提供在各種不同應(yīng)用場(chǎng)景下形成的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，由他們自己進(jìn)行評(píng)估：是追求性能，還是追求尺寸或價(jià)格，決定權(quán)在OEM廠商手中。

推動(dòng)5G商用更進(jìn)一步

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，而5G新空口更加廣泛的覆蓋將通過(guò)6GHz以下頻段實(shí)現(xiàn)。高通在此次發(fā)布毫米波天線模組的同時(shí)，也發(fā)布了QPM56xx射頻模組系列產(chǎn)品（包括QPM5650、QPM5651、QDM5650和QDM5652）。QPM56xx射頻模組可幫助搭載驍龍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。

不同國(guó)家和地區(qū)對(duì)于5G頻譜有不同的規(guī)劃。2017年11月，工業(yè)和信息化部發(fā)布了IMT－2020（5G）的3300－3400 MHz，3400－3600 MHz和4800－5000 MHz頻段的頻率規(guī)劃，其中3300－3400 MHz頻段用于5G業(yè)務(wù)的室內(nèi)使用。 2018年2月已開(kāi)始研發(fā)試驗(yàn)第三階段新技術(shù)驗(yàn)證測(cè)試。這些測(cè)試中的許多試驗(yàn)使用C波段頻譜（主要在3500 MHz左右），偶爾在26 GHz頻段進(jìn)行測(cè)試。

日本MIC已經(jīng)宣布官方5G頻段為3700 MHz、4500 MHz和28 GHz。目前，美國(guó)運(yùn)營(yíng)商5G試驗(yàn)限于28 GHz、39 GHz和15 GHz頻段，其中也有在2．5 GHz頻譜進(jìn)行測(cè)試。歐洲的5G頻段主要集中在3400－3800 MHz頻譜范圍內(nèi)。韓國(guó)的KT和SK Telecom都在計(jì)劃使用28 GHz頻段作為5G業(yè)務(wù)試用。

為此，無(wú)論是6GHz以下還是毫米波頻段，高通都需要進(jìn)行大量的5G真實(shí)網(wǎng)絡(luò)模擬實(shí)驗(yàn)。高通在舊金山的毫米波網(wǎng)絡(luò)模擬中，實(shí)現(xiàn)超過(guò)65％室外覆蓋，超過(guò)50％用戶速率高于1Gbps，用戶瀏覽下載速率從71Mbps提升至1．4Gbps（近20倍增益）。在法蘭克福6GHz以下頻段的網(wǎng)絡(luò)模擬中，實(shí)現(xiàn)了下行容量提升5倍，中值突發(fā)速率提升6．3倍＆小區(qū)邊緣突發(fā)速率提升7．9倍，用戶瀏覽下載速率從56Mbps提升至490Mbps（近9倍增益）。

“6GHz以下的射頻鏈路架構(gòu)和毫米波的射頻鏈路架構(gòu)是完全不同的，所以高通要分開(kāi)兩套來(lái)做。第一批5G手機(jī)可能更多基于區(qū)域的考慮，比如說(shuō)手機(jī)產(chǎn)品投放中國(guó)，那就用6GHz以下的射頻產(chǎn)品來(lái)做，如果是投放到北美就用毫米波的產(chǎn)品來(lái)做。由于5G還處于發(fā)展初期，目前還沒(méi)有客戶向高通提出要開(kāi)發(fā)更復(fù)雜5G產(chǎn)品的需求。”沈磊說(shuō)。

隨著5G商用的不斷臨近，國(guó)內(nèi)業(yè)界對(duì)5G毫米波的發(fā)展也十分關(guān)注。在本月中旬舉行的第三屆5G和未來(lái)網(wǎng)絡(luò)戰(zhàn)略研討會(huì)上，F(xiàn)uTURE推進(jìn)委員會(huì)5G微波毫米波技術(shù)特別工作組發(fā)布了5G毫米波頻譜規(guī)劃建議白皮書(shū)，對(duì)國(guó)際國(guó)內(nèi)5G毫米波共存研究進(jìn)展進(jìn)行梳理總結(jié)，旨在為國(guó)內(nèi)5G毫米波頻率規(guī)劃工作提供必要的技術(shù)支撐。

中國(guó)移動(dòng)也曾指出，5G強(qiáng)大的能力和豐富的連接場(chǎng)景勢(shì)必會(huì)激發(fā)各行各業(yè)的應(yīng)用，需要高、中、低頻協(xié)同工作，在不同場(chǎng)景下不斷創(chuàng)造更佳的用戶體驗(yàn)。為此，盡早推動(dòng)毫米波產(chǎn)業(yè)發(fā)展和成熟對(duì)于5G的成功商用非常重要。今天，高通已經(jīng)在毫米波上邁出了第一步，這一步也將成為推動(dòng)5G真正商用的關(guān)鍵一步。