[原创] 基带只是冰山一角,高通全方位赋能5G

2019-02-21
14:00:07
来源: 半导体行业观察

在笔者不长的记者生涯里,经常会被问到的一个问题就是,高通为什么那么厉害?

我通常给出的答案是这家由艾文成立于1985年的企业在无线领域有着三十多年的积累,他们推动了移动网络的进步,在3G和4G时代,更是扮演了不可替代的角色。另外,他们的基带芯片更一直以来都是行的业标杆,行业内甚至还流行过“买基带,送SoC”的调侃,这从侧面正面了高通基带的实力,但这也仅仅是高通无线实力的冰山一角。

日前,高通对外公布了其新一代的5G基带骁龙X55和天线模组等产品,为即将到了的5G大市场做好了充分的准备,让我们透过这次发布会,了解无线巨头高通的5G硬实力。

全球首款实现7Gbps速率的5G Modem

在文章开头我们谈到,基带是高通最有竞争力的产品之一,这在5G时代也不例外。据高通产品市场高级总监沈磊介绍,高通这次发布的骁龙X55是业界首款能实现7Gbps速率的5G调制解调器。

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沈磊表示,骁龙X55作为高通第一代7纳米5G调制解调器,在工艺、能力设计、尺寸和功耗等多个方面都有杰出的表现。除此之外,单芯片对2G到5G多模、毫米波及6GHz以下频段、FDD和TDD频段以及独立(SA)和非独立(NSA)模式网络的支持,能让搭载X55芯片的设备几乎能连接上全球运营商的全部频段。沈磊进一步指出,在5G到来之后,4G还会持续发展,为此高通在X55上还加上对4G方面的支持,与之前的独立和集成式4G调制解调器相比,骁龙X55的4G性能实现了显著提升。

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“骁龙X55可支持LTE Cat 22,也能支持高达7个载波聚合(这些载波可以是FDD或TDD载波,可以是LAA(许可辅助接入)载波)。在这个7个载波上,骁龙X55可灵活部署4×4 MIMO及256-QAM甚至更高的调制方式,最多可支持24路数据流,其LTE下载速率最高可达2.5Gbps”,沈磊说。

另外,骁龙X55还可以支持一些最新的4G特性,如FD-MIMO(全维度多输入多输出)技术。沈磊告诉记者,通过终端调制解调器和网络侧的协同工作,该项技术可让网络侧LTE天线阵列支持更多的天线数量,并在垂直维度上增加波束束形和指向的改变,从而实现整个蜂窝小区中空间效率和容量的巨大提升。

对5G/4G频谱共享的支持则是骁龙X55的另一特征。

按照沈磊的说法,在5G初期,相当一部分频谱资源是从4G频段重耕过去的,所以在特定的时间和区域当中,一些频段需要既服务于4G终端,同时也服务于5G终端。为应对由此带来的复杂度,同时提升5G部署的灵活度,骁龙X55提供了4G和5G频谱共享的支持,从而支持运营商在特定蜂窝小区和特定时间段内,在同一频谱上支持5G和LTE两种终端,还可可避免干扰问题。

“因此在频谱过渡期间,骁龙X55可显著提升运营商网络部署的灵活度。从2019年开始一直到后续几年、在5G初期部署和后续面向广度和深度的快速发展阶段中,这款产品都可以为5G的发展提供重要的支撑。”,沈磊补充说。

基带以外,

天线模块等射频器件全面开花

除了基带外,天线、PA、LNA和滤波器等射频前端的支持,对5G设备来说也尤为重要,因为后者是设备连上运营商网络的关键。但进入了5G时代,因为高频率毫米波的引入,对设备天线提出了更多的要求。

以5G智能手机为例,通常我们需要为其配备三至四个放置在手机的三到四个侧边而非主板之上毫米波天线模组,才能更好地做信号覆盖。考虑到现在智能手机的厚度,因此这些天线模组的尺寸、尤其是宽度对于手机终端的厚度有着重大影响。为了解决这个问题,高通在此方面我们也做了很多努力,并推出了新一代的毫米波天线模组QTM525。因为要在终端中支持多个天线和很多射频前端器件,所以高通通过模组整合的方式,把所有的收发器、开关等射频前端功能以及天线阵列全部集成于一个模组中,尽量降低了这个模组的尺寸。

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高通全新毫米波天线模组

沈磊也告诉记者,与前一代产品与QTM052相比,QTM525在多个方面都实现了重大提升:第一,它在前代支持28GHz和39GHz的基础上还新增了对26GHz频段的支持,从而支持更完整的毫米波频段;第二,在小型化方面,QTM525在尺寸上也有重大提升。

“因为毫米波频率高波长短,天线可以做得比较小,因此可以在一个模组中集成多个天线,通过多个天线振幅的相互干涉和相互影响,来形成很窄的波束并支持定向的发射和能量传输”,沈磊补充说。

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包络追踪解决方案QET6100则是高通为5G设备准备的另一个“礼物”。

我们知道,负责手机信号变大的PA是与处理器和显示屏显示差不多的耗电大户,有时候甚至更高。因为PA放大信号的能量是通过电池来转化的,如果处理不好不但会带来更多的电量损耗,还会带来散热处理的问题。因此能够根据射频信号的“包络”(envelope)随时调节电压水平,就成为了解决这个问题的有效办法。高通在4G时代就引入了相关产品。到了5G时代,高通的包括跟踪解决方案又有了新的升级。

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高通的5G包络追踪解决方案

沈磊表示:“与之前的4G 产品相比,我们的5G包络追踪解决方案的PA效率提升了一倍以上,这代表电池可以做有用的事情,电池的续航可以提升很多;在面对严苛环境时,比如处于小区的边缘、大雨当中、高速移动环境或室内环境等,采用包络跟踪解决方案就可以更好地管理手机信号,管理手机发射信号的功率,从而可以抵抗比较坏的信道情况;此外,这种方案还可以对一些新的调制方式提供更好的支持。”

高通同时还推出了一款新的天线调谐解决方案QAT3555,助力5G设备普及。

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高通天线调谐解决方案

按照沈磊的说法,现在手机需要支持很多的频段,如果按照过往那种一个频段一根天线的做法,在现在全球如此多频段的前提下,智能手机的天线数量可想而知,这也会对手机的续航和设计带来巨大的影响。产业界为了解决这个问题,就提出了让天线变成动态可适应的方案。意思就是天线相同的一个XYZ空间,提高它的性能,或者让一个相同的天线可以覆盖更宽更多的频段,而这也是高通一直致力于解决的。“新的天线调谐方案让天线性能得到了提升,并降低了天线尺寸,提高了天线的适应性,这对那些对性能和尺寸有高度要求的手机上来说,会有巨大的帮助”,沈磊强调。

上述产品的布局加上高通在移动SoC上的强势,相信就是高通获得终端设备商认可的主要原因。据介绍,他们上一代的5G几点 X50迄今已经获得了30多个5G移动终端设备采用,X55也会从今年年底开始,带领这些设备厂商攀上又一个高峰。

从标准到应用,

高通在5G上各个击破

无论从芯片厂、运营商,还是手机终端厂商的角度看来,今年会是5G试商用的一年,到2020年则会迎来大爆发,对于厂商来说,如何把握终端市场需求的变化,与时俱进地提供自身的技术支持,才是在5G大潮中坐稳自己位置的关键。作为无线领域的专家,高通早已未雨绸缪。

在他们看来,除了智能手机以外,包括AR和VR在内的XR与蜂窝车联网将是5G连接的两大应用场景。5G将会推动智能手机、工业物联网、自动驾驶和车联网与AR眼镜等可穿戴设备领域深入我们的日常生活。这就驱使高通去提升他们的5G技术,增强用户体验,推动其向其他行业拓展。

而高通正在研究的大规模MIMO、OTA等技术显著提升了5G网络容量和峰值速率。在户外毫米波和室内毫米波这两方面,他们也关注5G毫米波商用过程中的技术难点,并把这些技术难点提前放在实验室和外场测试中解决;无线巨头还不断推动6GHz以下的技术。他们所做的这一切都是从技术上我们为5G提供更好的连接。

从标准角度看,我们现在商用的5G都是基于Rel-15的,但Rel-16的标准化工作正在进行中,预期将于今年年底完成,R17也会随之而至。对高通而言,提前对这些标准进行研究,就显得尤为重要。

高通工程技术总监、中国区研发负责人徐晧则指出,为了对今后比较新的技术提前进行测试和验证,获取新的测试结果,高通正在推动OTA测试的发展,当中包括了5G新空口6GHz以下的独立组网测试、5G新空口户外毫米波场景测试、5G新空口室内毫米波测试和5G新空口的协作多点(CoMP)测试。

高通正在努力将我们带入一个改革性的移动网络新时代。

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