有了高通毫米波射頻模塊 設計5G手機不再是難事

為了實現更高傳輸速率，5G率先應用了毫米波傳輸技術，可毫米波對民用領域是一項全新技術，手機廠商怎麼做才能克服種種困難。不用擔心，在7月23日，高通（Qualcomm）在聖迭戈發布首款面向智能手機和其他移動終端的全集成5G新空口毫米波及6GHz以下射頻模組，幫助手機廠商解決傳輸難題。

高通5G新空口毫米波及6GHz以下射頻模組

毫米波的優勢與困局

1893年，尼古拉·特斯拉在美國密蘇里州聖路易斯首次公開展示了無線電通訊，從那時起人類使用無線電歷史已超100年。在進入4G+時代後，移動蜂窩通訊、WiFi、藍牙、NFC一系列技術普及致使6Ghz以下頻段變得非常擁擠，為了實現更高傳輸速度，5G首次在民用領域使用了毫米波。

毫米波是指波長為1～10毫米的電磁波，它頻率高達30~300GHz，可承載1、2Gbps，乃至10Gbps的傳輸帶寬。毫米波部分頻段已用於衛星通訊或是其它廣播通訊，但憑藉寬廣的頻段，依然能為5G提供豐富頻譜的資源。

不過將毫米波用於移動通訊前必須克服傳輸性能不佳的問題，毫米波波長短，沒法傳輸太遠，尤其是全向發射時，能量會因發散快速衰減；當毫米波遇到建築甚至人體時，會被吸引、反射、折射，在雨霧天氣時還會被水分子大量吸收。

毫米波在航天領域應用

要解決毫米波用於5G通訊，為消費者提供高速又穩定的體驗必須克服大量技術問題，為此高通早已開始毫米波相關試驗，在發布5G新空口毫米波及6GHz以下射頻模組前，高通在舊金山模擬了毫米波通訊，實現了超過65%戶外覆蓋率，當中50%用戶下行速率超過1Gbps，用戶瀏覽下載速率從71Mbps提升至最高1.4Gbps，提升達20倍。通過下面這個視頻，了解射頻前端對手機移動終端的重要性。

突破毫米波困局

從射頻前端、到數據機、再到 5G 連接技術等，高通可以為智能手機通訊提供一個完整的解決方案。高通此次發布的5G新空口毫米波及6GHz以下射頻模組包括了Qualcomm QTM052毫米波天線模組系列和Qualcomm QPM56xx 6GHz以下射頻模組系列，它們可與Qualcomm驍龍X50 5G數據機配合，實現毫米波通訊以及6Ghz以下通訊，為此應用了相控陣天線、波束成形一系列先進技術，以改善毫米波信號的覆蓋範圍和可靠性，突破毫米波技術的限制和挑戰。

F-22上的AN/APG-77相控陣雷達

相控陣天線在防務、航天領域不是什麼新技術，它是能通過控制陣列天線中輻射單元的饋電相位來改變方向圖形狀的天線，能在不改變天線的物理形態下改變發射/接受信號方向，在F-22戰機、福特級航母上都使用了基於相控陣天線的相控陣雷達。

但高通成功將巨大的相控陣天線陣列濃縮到指甲大小，並結合波束成形技術解決了毫米波傳輸性能不佳的問題。在使用高通的5G新空口毫米波及6GHz以下射頻模組通訊時，毫米波不再是360°全向發射，而是使用相控陣天線將信號互相干涉，將能量聚集在一個波束、向一個方向發射，使能量傳輸得更遠，克服毫米波傳輸距離短的天生弱點，又不會因全向發射浪費電量。同時利用波束成形技術不斷調整信號發射/接收方向，保證智能終端在移動時信號傳輸方向始終能指向基站，保證了信號連續穩定性。

其次QTM052毫米波天線模塊體積非常小，緊湊的封裝體積將支持OEM廠商不斷優化產品的工業設計，開發出兼具毫米波5G新空口超高速率和外形美觀的終端產品。在成本、手機內部空間允許下，手機廠商最多可手機4個邊立面上配備4個QTM052毫米波天線模組，再結合驍龍X50 5G數據機實現高速5G網路。假若受到其它條件限制，放置3個毫米波天線模組也能滿足5G通訊需求。

波束成形技術示意圖

也許有人擔心集成如此多模塊是否會帶來嚴重的電磁兼容問題呢，其實QTM052毫米波天線模塊上集成了5G新空口無線電收發器、電源管理IC、射頻前端組件和相控天線陣列多個組件，可在26.5-29.5GHz（n257）以及完整的27.5-28.35GHz（n261）和37-40GHz（n260）毫米波頻段上支持高達800MHz的帶寬。誇張地說，手機廠商只要將模塊集成在手機就能實現了毫米波通訊。

不過由於物理特性限制，毫米波天線是無法用於6Ghz以下頻段通訊的，因此高通還推出面向6Ghz以下5G通訊的射頻模組QPM56xx系列。QPM56xx包括QPM5650、QPM5651、QDM5650和QDM5652共四個模塊通訊了，QPM5650和QPM5651中包括發送的功率放大器（PA）、接收的低雜訊放大器（LNA）、射頻前端濾波器和天線開關等，適合用於智能手機、平板電腦等移動終端，QDM5650和QDM5652隻能用於接受路（下行傳輸），當中沒有發送的功率放大器。廠商可根據不同國家、地區5G政策，選用合適QPM56xx模塊，靈活設計5G通訊終端。

一個模組解決5G難題

按照計劃，5G將於2019年進行商用，在此之前必須解決毫米波難題，在高通發布全集成5G新空口毫米波及6GHz以下射頻模組後問題迎刃而解。通過模組式設計，解決了手機廠商天線設計、電磁干擾一系列難題，有效縮短5G手機研發周期，通過不同數量的QTM052毫米波天線模組以及不同的QPM56xx模組，可幫助搭載驍龍X50 5G數據機的智能手機在6GHz一下頻段支持5G新空口，這些射頻模組為移動終端製造商提供可行路徑，幫助他們在移動終端支持5G新空口大規模MIMO技術，同時可設計適合不同國家、地區以及不同定位的5G終端。

據悉，高通的QTM052毫米波天線模組系列和QPM56xx 6GHz以下射頻模組系列正在面向其客戶出樣，並支持這些移動終端最早於2019年上半年推出市場。可以期待的是，隨著5G時代的到來，消費者將在手機等終端上享受千兆級網路速率及前所未有的響應速度帶來的移動體驗。

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