高通发布首个5G射频模组

高通发布首个5G射频模组
作者：黄武
来源：《计算机与网络》2018年第15期
高通于7月23日宣布推出全球首款面向智能手机和其他移动终端的全集成5G新空口
（5G NR）毫米波及6 GHz以下射频模组，他们分别为QTM052毫米波天线模组和QPM 56xx 6 Hz以下射频模组。

高通表示，两款模组配合骁龙X50 5G调制解调器，这一解决方案正使移动5G网络和终端———尤其是智能手机准备就绪，为实现大规模商用提供支持。

换句话说，这一套解决方案是5G手机正式问世的必要条件，目前很多手机厂商都已经表示会在明年推出5G智能手机。

但普通消费者可能会觉得，印象中5G还是很遥远的事儿，怎么说来就要来了呢？
这次高通推出的5G射频模组可谓关键成果，如果大家了解高通以及整个行业在5G方面的布局进展，就会了解5G正在按部就班地向前推进。

那么这次的成果又有什么具体意义呢？下面和大家慢慢道来。

毫米波，5G的速率保障
高通本次发布的是包含5G NR毫米波和6 GHz以下的射频模组。

我们知道无线通信需要在某一具体频段上传输信息，5G的三大业务场景（增强型移动宽带、关键业务控制和海量物联网）覆盖的范围更广，需要更宽、更高的频谱，也就是更快地传输速率。

而在通信行业，目
前主流的提升速率方法是增加频谱的带宽，但是目前常用的6 GHz以下的频段已经基本被占用了，因此人们想到了毫米波技术。

毫米波的波长在1～10 mm，而频率约为30 GHz～300 GHz，其中比较主流的频段是28 GHz或更高频段，它对应的频譜带宽也是1 GHz起，而4G-LTE可用的频谱带宽只有100 MHz，带宽相当于4G的10倍，自然能够大大提高传输速率。

另一方面，5G将提供更高级别的效率和能力，支持用户体验吞吐量提升十倍、端到端时延降低十倍和连接密度提升十倍，以支持更多的终端数量，这背后毫米波技术的重要性不言而喻。

高通本次发布全球首款5G射频模组就包含针对毫米波频段的集成方案，这说明高通对于毫米波的研究已经有深厚基础。

早在去年10月，高通就宣布骁龙X50 5G调制解调器芯片组在28 GHz毫米波频段上实现了5G数据连接。

另一方面，针对全球运营商对5G频段部署的多样性，在进行毫米波测试的同时，高通也积极推进6 GHz以下的5G连接技术研发，也通过很多真实网络模拟实验，展示了基于6 GHz 以下及毫米波频段的5G网络能够为用户带来的出色体验，其中就包括在旧金山进行的模拟毫米波真实网络实验，下载速率从71 Mbps提升到了1.4 Gbps。

首个5G射频模组，玄机在哪？
了解了毫米波的重要性，我们就可以看看这次高通发布的5G射频模组，它包含两个主要模组：
其一是QTM052毫米波天线模组，包含了从收发器到所有射频前端的器件，还有电源管理IC以及天线本身，但“身型”很小，覆盖的频谱也是比较主流的毫米波频段，是第一批商用的频谱。

据高通讲之后会根据后续推出的频段进一步提供产品。

其二是QPM56xx，针对6 GHz以下频率设计，中国、欧洲、日本、韩国和澳大利亚等地都是使用6 GHz以下频段做第一波5G手机比较热门的国家和区域。

QPM56xx的出现对中国的5G商用意义重大，它包括4个产品：QPM5650、QPM5651、QDM5650和QDM5652。

其中QPM5650和QPM5651中包括发送的功率放大器（PA）、接收的低噪声放大器（LNA），还有滤波器和天线开关等。

这两者中的重点和难点，应该是QTM052毫米波天线模组。

我们知道毫米波虽然有带宽大，速率高的优势，但是也存在缺陷，就是传输性能比较差。

一是信号容易衰减、传不远；二是容易被楼宇等物体阻挡；三就是受空间环境影响比较大，例如能量容易被水分子吸收，下雨等场景下容易衰弱。

这些缺陷令毫米波一直很难商用，甚至有声音认为毫米波不可能大规模商用。

不过，高通已经克服了这些问题，并现已经发布了产品。

这其中经历了攻坚克难的历程：
首先，放弃了全向发射，而是通过多个天线实现定向发射。

高通利用多个天线形成相控天线阵列，让天线之间的信号经过互相干涉影响，把信号能量集中在一个方向发射出去。

同时毫米波的频率高、波长短，而波长又和天线呈正比关系，所以天线可以做得很小，即便采用多个天线也不必担心整体模组尺寸会变大。

定向发射也有一个问题，就是人们在使用智能手机时的场景可能是不断变动的，特别是在乘坐交通工具时。

以前由于是全向发射，所以手机位置变动也都能覆盖，而定向发射时，信号
波束必须随着传输对象的位置变化不断做调整，这个难度可就很大了。

而高通则采用了波束导向技术，更智能地追踪传输对象，控制波束的方向。

高通做的第二件事是通过模组的方式尽可能缩小天线的尺寸，让一个调制解调器配备多个天线模组。

这次推出的射频模组尺寸非常缩小，设想是在手机的4个边立面上配备4个毫米波天线模组，以配合5G调制解调器芯片，这样在寸土寸金的智能手机空间里，可以解决天线的空间被挤压导致性能受限的问题。

简单说，就是高通将多个小面积的天线模组放到手机终端里面，以克服毫米波很多与生俱来的缺陷。

正是基于这些技术创新手段，毫米波的5G射频模组才能诞生并应用于智能终端中，而这背后显然离不开高通所做出的努力。

5G手机的催化剂
当然，5G新空口（5G NR）毫米波及6 GHz以下射频模组既然已经发布，那么接下来的重点自然就是它的应用了。

高通也考虑到了这一层。

在前面的介绍中已经说过，这次毫米波5G射频模组中高通采用了多天线阵列，同时，将毫米波天线模组连接到骁龙X50 5G调制解调器上，集成从调制解调器往后的所有射频链路芯片上的功能，包括收发器、射频前端和天线等，十分复杂，对于终端厂商来说，如果采用离散的器件他们可能需要优化上百个不同的器件，况且目前还没有终端厂商具备这种能力，所以高通采用了高度集成的方案，将这些器件都整合在小小的模组里，包括不同天线之间的协同，高通也做到了预先将天线整合好，提前做好天线的调整工作让它们可以相互协同，让它们更容易形成波束，这样，终端厂商在设计终端时就会好操作很多。

6 GHz以下的QPM56xx模组也是如此，考虑到5G中的一些新技术如信道探测参考信号（SRS）切换，MIMO技术等的难度，所以高通将这些功能都集成在模组里，让手机厂商不用再花大量时间去集成、调试和优化，而是将这些面积、功耗、性能和成本都很难控制，研发投入周期也非常长的问题都解决好，为手机OEM厂商提供现成的解决方案。

其实高通采用这种高度集成的解决方案，目的也只有一个，就是尽可能简化OEM厂商的调试优化工作，省下时间和技术成本，帮助他们尽可能快地开发出真正可用的5G终端设备，推进5G终端的商用。

毕竟从现在到2019年底，商用节点已经迫在眉睫。

5G手机，万事俱备只欠东风
任何智能手机都离不开射频模组，这是手机通信功能的基础，在5G更是如此，而5G手机射频模组的问世，虽然不能算是5G时代的真正到来，但至少能代表5G时代序幕的拉开。

高通推出首款面向智能手机和其他移动终端的全集成5G新空口（5G NR）毫米波及6 GHz以下射频模组，其实是对5G智能手机终端的推出起到了极大的推动作用，就像那句成语“万事俱备，只欠东风”从调制解调器到射频的解决方案已经有了，移动5G网络和终端，特别是智能手机已经准备就绪，问世已经剩下最后的工作。