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手機成為現(xiàn)實。
Moto Z3延續(xù)了之前輕薄化的設(shè)計，側(cè)邊指紋識別。采用6英寸18：9 Super AMOLED 2K分辨率屏幕，搭載驍龍835移動平臺，4GB RAM＋64GB ROM，后置雙1200萬像素攝像頭，前置800萬像素攝像頭，運行Android 8．1系統(tǒng)， 后續(xù)將第一時間跟進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，并有獨立的2000mAh電池做續(xù)航保障。Moto Z3自身僅支持當前的3G／4G網(wǎng)絡(luò)，但通過結(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，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(wǎng)速是如何煉成的，這背后究竟是怎樣的技術(shù)做支撐？我們今天就來仔細聊一聊這個事情。
追求更快網(wǎng)速，毫米波是關(guān)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，其二是增加頻譜帶寬。相較而言，第一種方案對于信道環(huán)境更為敏感，在收發(fā)兩端都需要更為復雜的電路來糾正，由此對功耗提出了很大的挑戰(zhàn)，仍需要持續(xù)研究優(yōu)化。而增加頻譜帶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(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，是指波長在毫米數(shù)量級的電磁波，其頻率大約在30GHz～300GHz之間。業(yè)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頻段的可用頻譜帶寬可達1GHz， 相比于當前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)進入了我們的視野，成為毫米波中最為核心的技術(shù)。這項技術(shù)利用多個天線陣列分別發(fā)射信號，不同的天線間的信號互相干涉影響（有些抵消、有些增強），可以把信號聚合成波束并集中在一個方向發(fā)射，相比于過去的全方向發(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(fā)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(shù)不斷調(diào)整，指向傳輸對象的方向，同時引入波束追蹤技術(shù)，從而智能追蹤傳輸對象，更準確控制波束的發(fā)射方向，即使對方是非可視、移動的狀態(tài)，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(shù)是業(yè)界馴服毫米波用于移動通信的三大利器，但要在巴掌大的手機中集成這三種技術(shù)，這對于手機的設(shè)計和制造而言并非易事。
模組化設(shè)計對5G手機至關(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，但手機越做越薄，如何容得下這么多天線？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并一直調(diào)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，怎么做到射頻組件的無縫配合？兩個問題都指向了同一個答案——模塊化的射頻設(shè)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)用場景，解決了運用毫米波的諸多技術(shù)和設(shè)計挑戰(zhàn)，令毫米波在移動終端和網(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。做個形象的比喻，如果modem是手機通訊的大腦，那么射頻前端就是通訊中的一切感官，射頻不能正常工作，你的手機無異于”瞎子聾子”，聽不到別人的信息，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(yōu)質(zhì)的通信信號。
此外，由于當前手機的全網(wǎng)通屬性愈加普及，無線傳輸功能更為豐富，射頻前端往往十分復雜，集成了蜂窩網(wǎng)絡(luò)、藍牙、WiFi、NFC等無線電系統(tǒng)，每一種都在數(shù)十種頻率上運行，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。如果沒有模塊式的射頻設(shè)計，手機廠商就需要花費大量時間和精力去集成、調(diào)試和優(yōu)化上百個不同的射頻器件，最終手機設(shè)計的性能也難以保證。同時考慮到手機設(shè)計的輕薄化，內(nèi)部空間日趨緊張，留給射頻利用的空間越來越少，因此需要模塊化的5G毫米波天線設(shè)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，但其中卻隱藏了復雜的天線陣列，以滿足手機對毫米波的應(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(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，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)，大幅縮減了時間和技術(shù)成本，同時模塊化、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。與此同時更多廠商也在實踐，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
過去的幾年時間，高通率先參與了5G基礎(chǔ)研究發(fā)明和3GPP標準制定，先后展示了28GHz移動化毫米波原型系統(tǒng)和6GHz以下的5G NR原型，并積極與AT＆T、沃達豐、中國移動等全球主要運營商和網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施廠商開展互操作性與OTA試驗，從中積累了寶貴的經(jīng)驗，儼然是5G的關(guān)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。