尽管与博通的博弈还在持续进行中,但这丝毫难掩高通对即将到来的 5G 时代的渴望。高通首席执行官史蒂夫·莫伦科夫就曾表示,“5G 将在 2035 年产出价值高达 12 万亿美元的产品和服务,创造 2200 万个工作岗位,其对世界经济的影响将类似于电力或汽车的出现。” 
 
作为 5G 基础技术的重要贡献者,高通无论在 5G 还是物联网领域,都有着深厚的积累。而一年一度的世界移动大会(MWC),则当仁不让的成为集中释放技术利好消息的绝佳平台。
 
5G 进入商用冲刺倒计时
3GPP 5G 标准化进程开启于 2015 年。伴随着技术的不断发展,经过各方的沟通、探讨与合作,2017 年 12 月 21 日,首个可实施的非独立(Non-Standalone, NSA)5G 新空口(5G NR)规范在葡萄牙里斯本举行的 3GPP TSG RAN 全体会议上成功完成,包括高通在内的 30 家参与标准制定的产业链上下游企业一致认为,首个 5G 新空口标准的完成将为全球移动行业开启 5G 新空口的全面发展,为在 2019 年尽早实现 5G 新空口大规模试验和商用部署奠定了基础。 
 
此次标准的完成被视作是支持 5G 新空口高效、全面发展的重要里程碑,极大增强了 3GPP 系统的能力,有助于创造更多进入垂直市场的机会。由于 5G 新空口底层规范旨在同时支持独立(SA)和非独立 5G 新空口,因此,3GPP 决定在该基础上继续制定 Release 15,包括增加对独立 5G 新空口的支持,以确保让全球行业受益于大规模单一 5G 新空口生态系统。
 
这意味着,从 2018 年开始,5G 进入了商用冲刺倒计时。
 
首个真实 5G 网络模拟,展示 5G 巨大潜力
理论上,5G 的网络容量将是现有 4G 网络的 1000 倍,5G 速率可以达到 10Gbit/s。但 5G 在真实的网络上性能究竟如何一直没有清晰的定义。为了展现未来 5G 用户的体验,高通在过去数月中进行了业界首个详细的 5G 新空口网络与终端模拟实验,可为运行于非独立多模 4G/5G 新空口网络的 5G 以及千兆级 LTE 终端的预期真实性能与用户体验提供定量洞察,从而展示 5G 的巨大潜力。
 
高通开展的第一项实验模拟在德国法兰克福的一个 NSA 5G 新空口网络,在频宽为 100MHz 的 3.5GHz 频谱上运行,底层千兆级 LTE 网络跨 5 个 LTE 频段运行;第二项实验模拟在加利福尼亚州旧金山的一个假定 NSA 5G 新空口网络,在频宽为 800MHz 的 28GHz 毫米波频谱上运行,底层千兆级 LTE 网络跨 4 个 LTE 许可频段及多个许可辅助接入(LAA)频段运行。实验显示,对于单纯的 LTE 网络来说,实现向 5G 新空口网络的迁移后,下行链路容量可提升高达 5 倍。此项实验还在 3.5GHz 频谱上实现了高达 4 倍的频谱效率均值提升,为大规模 MIMO 技术所能带来的性能增益提供了令人信服的证据。
 

 

5G 新空口,下一阶段走向何方?
2017 年底,高通与中兴通讯(中频段)和爱立信(毫米波频谱)合作完成了 5G 新空口系统互通测试,其中与中兴的合作则是业界首个。在上月初,高通又与华为、诺基亚分别成功完成了 5G 新空口系统互通测试,从而为 2018 年开始的无线路测和 2019 年开始的增强型移动宽带(eMBB)商用网络的面市扫清了障碍。
 
“高通在 5G 技术上的领导力也反映在我们与生态系统合作伙伴的合作上。”高通市场营销高级总监 Peter Carson 说,目前全球 18 家运营商和 20 家领先的终端制造商已选择采用高通骁龙 X50 5G 调制解调器用于首批 5G 网络试验和消费终端,业界已准备就绪,将在 2019 年上半年为用户提供这些令人惊叹的 5G 用户体验。
 
“养兵千日,用兵一时”。今年晚些时候,美国、中国、欧洲和亚洲的全球领先移动网络运营商—AT&T、英国电信、中国电信、中国移动、中国联通、德国电信、KDDI、韩国电信公司、LG Uplus、NTT DOCOMO、Orange、新加坡电信、SK 电讯、Sprint、Telstra、TIM、Verizon 和沃达丰就将开展基于 3GPP Release 15 5G 新空口标准的试验,他们用来测试并确认这些新兴网络性能的关键设备就是骁龙 X50 5G 调制解调器,以确保消费者在 2019 年可以使用 5G。
 
消费者手中能否会有 5G 移动设备来使用这些网络?20 个主要的 OEM 厂商都给出了“是”的答案,包括华硕、富士通公司、富士通连接技术有限公司(Fujitsu Connected Technologies Limited)、HMD Global(诺基亚手机生产公司)、HTC、Inseego/Novatel Wireless、LG、NetComm Wireless、NETGEAR、OPPO、夏普、Sierra Wireless、索尼移动、Telit、vivo、闻泰科技、启碁科技(WNC)、小米和中兴通讯等公司均宣布采用骁龙 X50 5G 新空口调制解调器系列,自 2019 年开始实现支持 6GHz 以下和毫米波频谱频段的 5G 移动终端的商用。
 
与此同时,基于 Release 15 基础,高通方面认为下一阶段的 5G 新空口重点将转移到增强型移动宽带以外的用例。为此,在刚落下帷幕的 MWC 2018 上,高通重点展示了三个 5G 新空口扩展领域,分别是:
 
——5G 新空口频谱共享。5G 频谱共享技术有望在免许可及共享频谱中提升移动宽带性能,并有望发挥重要作用将 5G 拓展至如面向工业物联网的私有网络这类的新型部署。该演示展示了依赖于空间域多路复用(SDM)和协作多点(CoMP)概念的先进空间域频谱共享技术。通过在免许可与共享频段上实现更紧密的用户协调,该技术可提升网络容量和用户吞吐量。
 
——业界首个 5G 新空口无线 PROFINET 工业以太网。面向工业物联网的私有 5G 网络是 3GPP 5G 新空口下一阶段的重点关注领域。在无线网络上运行工业以太网的能力可推动工厂重新配置以提高生产力和灵活性,而这正是工业 4.0 的关键概念。该演示预展了支持亚毫秒级时延的 5G 新空口超可靠低时延通信(URLLC)全新用例,包括在要求严格的工厂自动化应用中进行精确指挥和控制的能力。
 
——基于 5G 新空口的蜂窝 V2X 技术。C-V2X 在实现自动驾驶中发挥着重要作用,可帮助汽车交流其意图,从而支持先进路径规划所需的高预测能力。基于 5G 新空口的 C-V2X 技术通过补充型功能增强现有的 C-V2X 技术,支持高吞吐量和 URLLC 功能的同时后向兼容,以支持先进的自动驾驶汽车用例,包括高吞吐量传感器、意图分享和 3D 高清地图更新。
 
 

 

意义非凡的 5G 模组与 X24 调制解调器
除了进行 5G 网络容量模拟实验外,高通还于 MWC 2018 期间发布了高通骁龙 5G 模组解决方案,通过将最基本的 5G 组件集成进简单模组,简化终端设备设计、降低总拥有成本并支持更快商用时间,帮助那些希望以便捷的方式充分利用 5G 技术的原始设备制造商,支持他们在智能手机和主要垂直行业中快速商用 5G。
 
高通的全新 5G 模组解决方案在几个模组产品中集成了一千多个组件,涵盖数字、射频、连接和前端功能的组件。其中关键组件包括应用处理器、基带调制解调器、内存、PMIC、射频前端(RFFE)、天线和无源组件,OEM 厂商仅通过组合几个简单模组就可进行设计,避免了采用 1000 多个组件打造其终端的复杂性。这意味着高通成为首家提供划时代的、整体交钥匙型商用 5G 模组解决方案的公司。
 
从目前正在使用的 4G 网络来看,4G LTE 将继续保持演进态势,其中千兆级 LTE 将是 5G 移动体验必不可少的一个重要支柱,特别是在 5G 网络发展初期覆盖不全面的时候,更需要千兆级网络提供充分的支持,才能确保用户统一的高速网络体验。数据显示,截止 2017 年 11 月,全球已有 25 个国家的 43 家运营商正在测试或规划部署千兆级 LTE 网络,为 5G 铺平道路。
 
继 X16 和 X20 千兆级 LTE 调制解调器之后,高通在 MWC2018 上展示了第三代千兆 LTE 调制解调器—骁龙 X24,这也是全球首款商用发布的 7 纳米芯片组,并与爱立信、NETGEAR 和 Telstra 共同进行现场演示。
 
作为全球首款商用发布的、支持高达 2Gbps 下载速度的 Category20 LTE 调制解调器,骁龙 X24 提供了 2 倍于第一代千兆级 LTE 调制解调器的速度。而在上行链路方面,骁龙 X24 可支持 Category 20 上传速度、3x20 MHz 载波聚合和高达 256-QAM 的调制方式。此外,骁龙 X24 还实现了两个移动行业业界首创—最高可支持下行链路七载波聚合(7Xca),并在最多 5 路聚合的 LTE 载波上支持 4x4 MIMO,从而使其能够同时支持最多达 20 路的 LTE 空间数据流。
 
极致下载速度并非 X24 的全部意义所在。由于能够同时支持许可频谱、许可辅助接入(LAA)和全维度多输入多输出(FD-MIMO),X24 的真正意义在于能够帮助移动运营商充分调动其频谱资源,提高其千兆级 LTE 网络的容量。同时将千兆级 LTE 的各项功能扩展为多模式 5G 设备和网络的基础。
 
射频前端:手机中的无名英雄
过去的十年间,手机行业经历了从 2G/2.5G 到 3G,再到 4G 两次重大产业升级。在 4G 普及过程中,“五模十三频”、“五模十七频”等概念成为手机厂商重要的宣传热点。它不但体现了智能手机兼容不同通信制式的能力,也是手机通信性能的核心竞争力指标。这其中,射频前端模块(RFFEM)作为核心组件,扮演着极为重要的“幕后英雄”角色。
 
射频前端模块主要包括功率放大器(PA)、天线开关(Switch)、滤波器(Filter)、双工器(Duplexer 和 Diplexer)和低噪声放大器(LNA)等。让我们用一种更为直观的叙述,来表明市场对射频前端模块的巨大需求。2015 年,一款顶级智能手机中大概需要 50 个滤波器,用以支持 15 个频段。而到 2020 年,一款顶级智能手机中将包含约 100 个滤波器,以支持 30-40 个频段。根据 Mobile Expert 的预测,2015 年至 2020 年,全球用于移动通信终端的射频前端市场年复合增长率(CAGR)将达到 13%,到 2020 年,市场规模可达 180 亿美元。
 
正是提前预判到了这一趋势,2016 年 1 月,高通宣布与 TDK 成立 RF360 控股新加坡有限公司(“RF360 控股公司”)。新公司将拥有包括表面声波(SAW)、温度补偿表面声波(TC-SAW)和体声波(BAW)在内的一系列全面的滤波器和滤波技术。此外,RF360 控股公司还将提供包括 CMOS、SOI 与 GaAs 功率放大器、广泛的开关产品组合、天线调谐、低噪声放大器(LNA)以及业界领先的包络追踪解决方案。
 
之所以选择与 TDK 进行合作,高通方面此前曾表示,一是看中了 TDK 所拥有的全线滤波器和功率放大器产品。另一方面,随着射频前端解决方案的复杂度越来越高,封装技术的重要性越发被工业界认可。
 
 

 

以手机射频前端为例,随着整体架构复杂度不断上升,为满足小型化的要求,需要将功率放大器、滤波器和 Switch 开关电路集成为一颗芯片。然而,它们各自通常采用不同工艺制造,多种工艺技术的应用使得它们的集成严重依赖以 SiP 模块(PAMiD)为代表的先进封装技术,而 TDK 在该领域具有极强的竞争优势。目前,PAMiD 已经集成了天线开关、功率放大器、多工器与滤波器,而最新的趋势是再将低噪放大器也集成进去。
 
在 RF360 控股公司成立后的数个月内,高通就在全球领先的智能手机关键设计领域中取得了一系列重大成就。除了包络线跟踪和天线调谐等传统强项外,高通还为 LG V30,索尼 Xperia XZ Premium 等高端智能手机提供了 PAMiD 模块(功率放大器模块,包括双工器);三星 Galaxy S8 等设备则采用了包络跟踪器、阻抗调谐器、分集接收模块、孔径调谐器、低噪声放大器、提取器和 BAW 滤波器;一些中端智能手机则采用了 FEMiD 模块(包括双工器的前端模块)。
 
而在今年 1 月举办的 2018 高通中国技术与合作峰会上,联想、OPPO、vivo 和小米分别与高通签署射频前端解决方案跨年度采购谅解备忘录,四家公司表示有意向在三年内向高通采购价值总计不低于 20 亿美元的射频前端部件。
 
随着智能手机达到千兆级 LTE 速率,手机中蜂窝频段的数量也在迅速增加以提供支持。为了在广泛的频率频段上支持载波聚合、同时管理干扰问题并提供卓越的无线电性能,先进的滤波技术是必需的。在今年的 MWC 2018 上,RF360 控股公司就宣布推出全新的六工器解决方案。该方案可集成在包括双工器模组在内的功率放大器模组(PAMiD)中,并为下一代 PAMiD 模组提供关键的声学构建模块。基于 BAW 和 SAW 的六工器是前代四工器的升级,通过在千兆级 LTE 和未来的 5G 多模终端中支持面向载波聚合的、极具竞争力的射频性能,它们将成为设计具备轻薄外形的单天线终端的关键。
 
5G 技术拥有更高的设计复杂度,因此要求调制解调器、收发器、RFFE、天线和网络之间的结合更紧密。显然,仅仅光靠功率放大器或滤波器来构建 5G 解决方案无异于杯水车薪,设备制造商真正需要的,是包含从“调制解调器到天线”系统解决方案所需的全部软、硬件产品。
 
拥有自己的调制解调器(modem),这是高通与第三方射频元器件厂商相比所拥有的非常重要的差异化优势。在此前的采访中,高通方面认为,“第三方仅仅拥有一个或几个简单的射频元器件,只能独立地工作实现一些硬件上的功能。但有些技术,比如包络追踪(Envelope Tracking)、TruSignal 天线信号增强等,必须要与高通的 Modem 平台紧密配合才能实现最好的性能。”
 
也就是说,当高通的 modem 与这些器件一起配合,以实现一个自适应的调谐系统时,它能够帮助优化不同场景下的天线性能。这并不是一个简单的切换频率,在不同频段下进行调谐的处理,而是要能够识别不同的场景,并在不同的场景下去优化天线性能。要做到这一点,这些技术就必须和 modem 配合,否则是无法实现的。
 
作为半导体行业首家能够为顶级智能手机带来一套完整的从调制解调器到天线端口解决方案的公司,高通 Technologies 的解决方案由一套射频前端组件构成,包括含双工器的功率放大器模组(PAMiD)、QET4100 包络追踪器(ET)、先进天线调谐、以及 QDM3620、QDM3630、QDM3640 分集接收模块。在今年的 MWC 2018 上,索尼移动(Sony Mobile)和华硕就分别宣布将在全新 Xperia XZ2 智能手机和始终连接的 PC 中首次完整采用高通射频前端所有套件、以及集成 X20 千兆级 LTE 调制解调器的高通骁龙 845 移动平台。