高通發布首個5G射頻模組

黃武

高通于7月23日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新空口（5G NR）毫米波及6 GHz以下射頻模組，他們分別為QTM052毫米波天線模組和QPM 56xx 6 Hz以下射頻模組。

高通表示，兩款模組配合驍龍X50 5G調制解調器，這一解決方案正使移動5G網絡和終端———尤其是智能手機準備就緒，為實現大規模商用提供支持。

換句話說，這一套解決方案是5G手機正式問世的必要條件，目前很多手機廠商都已經表示會在明年推出5G智能手機。但普通消費者可能會覺得，印象中5G還是很遙遠的事兒，怎么說來就要來了呢？

這次高通推出的5G射頻模組可謂關鍵成果，如果大家了解高通以及整個行業在5G方面的布局進展，就會了解5G正在按部就班地向前推進。那么這次的成果又有什么具體意義呢？下面和大家慢慢道來。

毫米波，5G的速率保障

高通本次發布的是包含5G NR毫米波和6 GHz以下的射頻模組。我們知道無線通信需要在某一具體頻段上傳輸信息，5G的三大業務場景（增強型移動寬帶、關鍵業務控制和海量物聯網）覆蓋的范圍更廣，需要更寬、更高的頻譜，也就是更快地傳輸速率。而在通信行業，目前主流的提升速率方法是增加頻譜的帶寬，但是目前常用的6 GHz以下的頻段已經基本被占用了，因此人們想到了毫米波技術。

毫米波的波長在1～10 mm，而頻率約為30 GHz～300 GHz，其中比較主流的頻段是28 GHz或更高頻段，它對應的頻譜帶寬也是1 GHz起，而4G-LTE可用的頻譜帶寬只有100 MHz，帶寬相當于4G的10倍，自然能夠大大提高傳輸速率。另一方面，5G將提供更高級別的效率和能力，支持用戶體驗吞吐量提升十倍、端到端時延降低十倍和連接密度提升十倍，以支持更多的終端數量，這背后毫米波技術的重要性不言而喻。

高通本次發布全球首款5G射頻模組就包含針對毫米波頻段的集成方案，這說明高通對于毫米波的研究已經有深厚基礎。早在去年10月，高通就宣布驍龍X50 5G調制解調器芯片組在28 GHz毫米波頻段上實現了5G數據連接。

另一方面，針對全球運營商對5G頻段部署的多樣性，在進行毫米波測試的同時，高通也積極推進6 GHz以下的5G連接技術研發，也通過很多真實網絡模擬實驗，展示了基于6 GHz以下及毫米波頻段的5G網絡能夠為用戶帶來的出色體驗，其中就包括在舊金山進行的模擬毫米波真實網絡實驗，下載速率從71 Mbps提升到了1.4 Gbps。

首個5G射頻模組，玄機在哪？

了解了毫米波的重要性，我們就可以看看這次高通發布的5G射頻模組，它包含兩個主要模組：

其一是QTM052毫米波天線模組，包含了從收發器到所有射頻前端的器件，還有電源管理IC以及天線本身，但“身型”很小，覆蓋的頻譜也是比較主流的毫米波頻段，是第一批商用的頻譜。據高通講之后會根據后續推出的頻段進一步提供產品。

其二是QPM56xx，針對6 GHz以下頻率設計，中國、歐洲、日本、韓國和澳大利亞等地都是使用6 GHz以下頻段做第一波5G手機比較熱門的國家和區域。QPM56xx的出現對中國的5G商用意義重大，它包括4個產品：QPM5650、QPM5651、QDM5650和QDM5652。其中QPM5650和QPM5651中包括發送的功率放大器（PA）、接收的低噪聲放大器（LNA），還有濾波器和天線開關等。

這兩者中的重點和難點，應該是QTM052毫米波天線模組。我們知道毫米波雖然有帶寬大，速率高的優勢，但是也存在缺陷，就是傳輸性能比較差。

一是信號容易衰減、傳不遠；二是容易被樓宇等物體阻擋；三就是受空間環境影響比較大，例如能量容易被水分子吸收，下雨等場景下容易衰弱。這些缺陷令毫米波一直很難商用，甚至有聲音認為毫米波不可能大規模商用。

不過，高通已經克服了這些問題，并現已經發布了產品。這其中經歷了攻堅克難的歷程：

首先，放棄了全向發射，而是通過多個天線實現定向發射。高通利用多個天線形成相控天線陣列，讓天線之間的信號經過互相干涉影響，把信號能量集中在一個方向發射出去。

同時毫米波的頻率高、波長短，而波長又和天線呈正比關系，所以天線可以做得很小，即便采用多個天線也不必擔心整體模組尺寸會變大。

定向發射也有一個問題，就是人們在使用智能手機時的場景可能是不斷變動的，特別是在乘坐交通工具時。以前由于是全向發射，所以手機位置變動也都能覆蓋，而定向發射時，信號波束必須隨著傳輸對象的位置變化不斷做調整，這個難度可就很大了。而高通則采用了波束導向技術，更智能地追蹤傳輸對象，控制波束的方向。

高通做的第二件事是通過模組的方式盡可能縮小天線的尺寸，讓一個調制解調器配備多個天線模組。這次推出的射頻模組尺寸非常縮小，設想是在手機的4個邊立面上配備4個毫米波天線模組，以配合5G調制解調器芯片，這樣在寸土寸金的智能手機空間里，可以解決天線的空間被擠壓導致性能受限的問題。

簡單說，就是高通將多個小面積的天線模組放到手機終端里面，以克服毫米波很多與生俱來的缺陷。

正是基于這些技術創新手段，毫米波的5G射頻模組才能誕生并應用于智能終端中，而這背后顯然離不開高通所做出的努力。

5G手機的催化劑

當然，5G新空口（5G NR）毫米波及6 GHz以下射頻模組既然已經發布，那么接下來的重點自然就是它的應用了。高通也考慮到了這一層。

在前面的介紹中已經說過，這次毫米波5G射頻模組中高通采用了多天線陣列，同時，將毫米波天線模組連接到驍龍X50 5G調制解調器上，集成從調制解調器往后的所有射頻鏈路芯片上的功能，包括收發器、射頻前端和天線等，十分復雜，對于終端廠商來說，如果采用離散的器件他們可能需要優化上百個不同的器件，況且目前還沒有終端廠商具備這種能力，所以高通采用了高度集成的方案，將這些器件都整合在小小的模組里，包括不同天線之間的協同，高通也做到了預先將天線整合好，提前做好天線的調整工作讓它們可以相互協同，讓它們更容易形成波束，這樣，終端廠商在設計終端時就會好操作很多。

6 GHz以下的QPM56xx模組也是如此，考慮到5G中的一些新技術如信道探測參考信號（SRS）切換，MIMO技術等的難度，所以高通將這些功能都集成在模組里，讓手機廠商不用再花大量時間去集成、調試和優化，而是將這些面積、功耗、性能和成本都很難控制，研發投入周期也非常長的問題都解決好，為手機OEM廠商提供現成的解決方案。

其實高通采用這種高度集成的解決方案，目的也只有一個，就是盡可能簡化OEM廠商的調試優化工作，省下時間和技術成本，幫助他們盡可能快地開發出真正可用的5G終端設備，推進5G終端的商用。畢竟從現在到2019年底，商用節點已經迫在眉睫。

5G手機，萬事俱備只欠東風

任何智能手機都離不開射頻模組，這是手機通信功能的基礎，在5G更是如此，而5G手機射頻模組的問世，雖然不能算是5G時代的真正到來，但至少能代表5G時代序幕的拉開。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6 GHz以下射頻模組，其實是對5G智能手機終端的推出起到了極大的推動作用，就像那句成語“萬事俱備，只欠東風”從調制解調器到射頻的解決方案已經有了，移動5G網絡和終端，特別是智能手機已經準備就緒，問世已經剩下最后的工作。

而5G智能手機大規模上市后，5G時代的到來還會遠嗎？