工程師們正競(jìng)相推出首批支援5G網(wǎng)路的智慧型手機(jī)，主要針對(duì)6GHz以下(sub 6GHz)頻段。然而，針對(duì)第一批裝置中是否可能會(huì)有一些支援毫米波(millimeter-wave；mmWave)頻段的手機(jī)到位，業(yè)界射頻(RF)專家們的看法分歧。
各方都同意這些5G手機(jī)面對(duì)的是一個(gè)頻段零散化的市場(chǎng)——各家營(yíng)運(yùn)商支持的頻段范圍從600MHz至28GHz都有，其中還有些保留了其頻譜計(jì)劃細(xì)節(jié)。因此，要為5G領(lǐng)域的新手機(jī)實(shí)現(xiàn)最佳化，可能還需要幾年的時(shí)間。
5G手機(jī)頻段零散化
相較于去年的LTE手機(jī)機(jī)型，第一代的5G手機(jī)可能是針對(duì)特定區(qū)域推出的尺寸較大或是電池壽命較短的裝置。其價(jià)格也可能僅微幅增加，但維持與估計(jì)將僅為RF前端元件增加10-30%的物料清單(BoM)幅度一致。
雖然過(guò)渡至LTE時(shí)也面臨類似的問(wèn)題，但并未達(dá)到像5G這樣的規(guī)模，因?yàn)檫@是第一個(gè)支援28GHz及其以上頻段的蜂巢式標(biāo)準(zhǔn)。此外，雖然許多國(guó)家規(guī)劃5G將在3.5GHz頻段內(nèi)支援100MHz頻寬，但美國(guó)的3.5GHz頻段最快要到明年才可行，而且美國(guó)的頻譜預(yù)計(jì)采用更小的頻寬。
在美國(guó)，由于缺乏可用于5G的新頻譜，T-Mobile將推出600MHz頻段的網(wǎng)路，而Sprint將使用2.5GHz。Verizon的一位代表則證實(shí)該公司將在明年為智慧型手機(jī)導(dǎo)入mmWave頻段。
這些變化的速度和廣度正將設(shè)計(jì)智慧型手機(jī)的技術(shù)提升到新的高度。
博通(Broadcom)無(wú)線半導(dǎo)體部門首席技術(shù)策略師William Mueller說(shuō)："每個(gè)人都希望在5G中領(lǐng)先，所以爭(zhēng)相在標(biāo)準(zhǔn)的『數(shù)字』底定之前設(shè)計(jì)硬體，這真的讓人感到頭痛……整體而言，2019年可能會(huì)先看到一些采取權(quán)宜之計(jì)的低整合度手機(jī)。"
Qorvo技術(shù)營(yíng)銷總監(jiān)Ben Thomas指出，問(wèn)題就在于營(yíng)運(yùn)商急于從5G標(biāo)準(zhǔn)中回收頻譜效率。他說(shuō)，"OEM面臨比采用LTE時(shí)更巨大的壓力，"他回想起三星(Samsung)如何為其首款LTE手機(jī)推出額外的電池。
對(duì)mmWave手機(jī)進(jìn)展看法紛歧
美國(guó)紐約大學(xué)(New York University)教授兼資深無(wú)線研究員Ted Rappaport最看好毫米波手機(jī)。"我預(yù)期在今年圣誕節(jié)期間就可以看到多家供應(yīng)商推出的手機(jī)，"他并指出英特爾(Intel)和高通(Qualcomm)在今年4月舉辦的活動(dòng)中即已報(bào)告了該技術(shù)的進(jìn)展。
Rappaport介紹他和同事在他創(chuàng)立的紐約大學(xué)無(wú)線中心(NYU Wireless Center)在多年來(lái)所進(jìn)行的研究。他補(bǔ)充說(shuō)，在限制空間中使用更多天線可提供更大的增益，從而補(bǔ)償路徑損耗；而它所帶來(lái)的更高資料速率可以彌補(bǔ)更高的功耗。
他說(shuō)，毫米波技術(shù)"面臨很多挑戰(zhàn)，而且需要大量的專業(yè)知識(shí)。目前它正迎頭趕上，但還需要幾年的時(shí)間才能實(shí)現(xiàn)……過(guò)去10年來(lái)我們一直在使用WiGig，但很少有人同樣使用。
挑戰(zhàn)包括為毫米波打造適合的新型濾波器、功率放大器與移相器，以及組合來(lái)自多個(gè)天線的訊號(hào)，以形成和指向定向波束。此外，無(wú)線模組設(shè)計(jì)公司Insight SiP技術(shù)長(zhǎng)Chris Barratt說(shuō)，手機(jī)需要將天線放置在遠(yuǎn)離金屬電路板的位置，并處理阻礙訊號(hào)。
相較于sub 6GHz的類似手機(jī)頻段，Barratt表示，"高頻段則是另一種不同的競(jìng)賽…我認(rèn)為它最終會(huì)實(shí)現(xiàn)，但至少要再過(guò)幾年的時(shí)間。"Barratt曾經(jīng)參與多項(xiàng)60GHz設(shè)計(jì)。
高通在今年7月宣布解決了手機(jī)模組中的問(wèn)題，目前正針對(duì)20～40GHz網(wǎng)路出樣。一位分析師預(yù)測(cè)，這些模組有助于中國(guó)新興的手機(jī)制造商搶在蘋果(Apple)、三星(Samsung)和華為(Huawei)等公司之前推出產(chǎn)品。
RF競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手博通、Qorvo和Skyworks也對(duì)此表達(dá)了懷疑態(tài)度。但這三家sub 6GHz RF晶片供應(yīng)商目前都還沒有規(guī)劃mmWave產(chǎn)品藍(lán)圖。同時(shí)，新創(chuàng)公司Movandi則表示該公司正試圖將其用于基地臺(tái)的mmWave技術(shù)發(fā)展到手機(jī)領(lǐng)域。
營(yíng)運(yùn)商及其供應(yīng)商貿(mào)易集團(tuán)5G Americas總裁Chris Pearson則采取了中間立場(chǎng)。他說(shuō)："新的頻率始終存在挑戰(zhàn)，但這些都是創(chuàng)新的公司，而且以前都增加了新的頻段。"
漫長(zhǎng)而曲折的發(fā)展藍(lán)圖
鑒于技術(shù)、商業(yè)和上市時(shí)間的挑戰(zhàn)，Qorvo的Thomas說(shuō)："我們要到2021年以后才會(huì)看到真正最佳化的5G旗艦手機(jī)，而中階的5G手機(jī)也將會(huì)在那之后出現(xiàn)…… RF設(shè)計(jì)方面的復(fù)雜度還需要多年的時(shí)間才能克服。"
針對(duì)各不同區(qū)域的零散頻段量身打造的設(shè)計(jì)"意味著手機(jī)中的元件利用率降低"，他說(shuō)："當(dāng)設(shè)計(jì)者為了因應(yīng)增加的晶片內(nèi)容而進(jìn)行基本調(diào)整時(shí)，"將會(huì)引發(fā)一些問(wèn)題。
最終，"我們將會(huì)看在RF前端看到相當(dāng)劇烈的轉(zhuǎn)變。"他并預(yù)測(cè)在幾乎倍增的頻率范圍內(nèi)出現(xiàn)更多的天線調(diào)諧。
Thomas還預(yù)期會(huì)出現(xiàn)更多級(jí)的更高品質(zhì)濾波器。此外，多工器將取代更簡(jiǎn)單的交換機(jī)，以支援更復(fù)雜的載波聚合(CA)方案。他說(shuō)："我們已經(jīng)看到多達(dá)6個(gè)頻段的組合以及同步使用。"
預(yù)計(jì)當(dāng)2021年塵埃落定時(shí)，新的標(biāo)準(zhǔn)RF模組可能會(huì)出現(xiàn)在3.5GHz頻段等區(qū)域。Qorvo已經(jīng)與合作伙伴和競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手(包括Skyworks)針對(duì)該模組交換意見了。
Broadcom的Mueller表示，5G設(shè)計(jì)可能演變?yōu)閮蓚€(gè)模組。他表示，這種模組的分離設(shè)計(jì)將支援天線的多樣性，并減輕非獨(dú)立(non-SA)架構(gòu)下來(lái)自LTE和5G同步傳輸?shù)母蓴_。
"最棘手的部份是功率效率，"紐約大學(xué)的Rappaport說(shuō)。"它還需要幾代的設(shè)計(jì)演進(jìn)，才能找到我們?cè)趍mWave頻段時(shí)所需的技巧。"
最后，毫無(wú)疑問(wèn)地，5G手機(jī)將在未來(lái)幾個(gè)月內(nèi)開始出現(xiàn)。例如，Sprint已宣布LG電子(LG Electronics)將在明年6月之前為其提供5G智慧型手機(jī)。但是，這些手機(jī)是否可以使用mmWave頻率以及它們?nèi)绾紊?jí)其RF設(shè)計(jì)仍有待觀察。
2018-09-20