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从X50到X60,高通三代5G调制解调器持续推进全球5G部署

时间:2020-02-18 作者:邵乐峰 阅读:
Qualcomm第三代5G调制解调器到天线的解决方案骁龙X60,旨在支持全球运营商提升5G性能和容量,同时提升移动终端的平均5G速率。骁龙X60通过支持所有主要频段、部署模式、频段组合,以及5G VoNR能力,将加速5G网络部署向独立组网(SA)的演进。

Qualcomm今日宣布推出第三代5G调制解调器到天线的解决方案——骁龙X60 5G调制解调器及射频系统(以下简称“骁龙X60”)。骁龙X60采用全球首个5纳米5G基带,是全球首个支持聚合全部主要频段及其组合的5G调制解调器及射频系统,包括毫米波和6GHz以下的FDD和TDD频段,为运营商利用碎片化频谱资源,提升5G性能提供了最高灵活性。gLXEETC-电子工程专辑

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三代5G毫米波解决方案

在X60之前,高通已经先后推出了第一代/第二代5G调制解调器及射频系统骁龙X50/骁龙X55。其中,2017年推出的X50采用10纳米制程工艺,支持6GHz以下及毫米波、NSA、TDD和多SIM卡;而X55采用7纳米工艺制造,支持5G PowerSave、Smart Transmit、宽带包络追踪以及Signal Boost等诸多先进技术,具备高达7.5 Gbp的峰值速率。gLXEETC-电子工程专辑

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在X50和X55的基础之上,骁龙X60成为全球首款支持毫米波- 6GHz以下聚合的5G调制解调器及射频系统,它能够帮助运营商最大程度地利用频谱资源,以提升网络容量及覆盖。gLXEETC-电子工程专辑

此外,除了支持5G FDD-FDD和TDD-TDD载波聚合以及动态频谱共享(DSS)之外,骁龙X60还包含全球首个6GHz以下频段5G FDD-TDD载波聚合解决方案,从而为运营商提供了包括重新规划LTE频谱在内的广泛5G部署选项和能力,帮助运营商有效提高平均网络速率,加速5G扩展。gLXEETC-电子工程专辑

X60能够实现最高达7.5Gbps的下载速度和最高达3Gbps的上传速度。与不支持载波聚合的解决方案相比,独立组网模式下的6GHz以下频段的载波聚合能够实现5G独立组网峰值速率翻倍。gLXEETC-电子工程专辑

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载波聚合仍然是高通产品市场高级总监沈磊介绍的核心概念。他认为如果能够把5G频谱中6GHz以下以及毫米波的不同频段有机地组合在一块,将会在以下几方面带来优势:gLXEETC-电子工程专辑

第一,由于每个国家和地区的频谱和频段划分不一致,所以全球频谱和频段复杂性非常高,只有载波聚合能够把6GHz以下毫米波离散的、各有特性的频谱聚合在一起,提供更好的用户体验、识别率、覆盖率和网络容量。gLXEETC-电子工程专辑

第二,毫米波和6GHz以下频段随着频谱的升高或降低,频宽、速率、覆盖性都会发生变化,各具特性,载波聚合可以灵活地根据实际可用的频谱来优化网络的特性。比如毫米波的一个载波大概是100MHz,在毫米波内部进行载波聚合可以做到4个/8个载波的聚合甚至更高;6GHz以下频段TDD一个载波是100MHz,FDD一个载波是20MHz或更高,可以使用1个/2个载波,随着时间的演进今后将支持更多的聚合。除此之外,如果能够支持FDD内部的载波聚合,就可以在6GHz以下TDD和FDD之间进行载波聚合,并支持6GHz以下和毫米波聚合。gLXEETC-电子工程专辑

在沈磊看来,虽然不同国家5G演进路径不太一样,但是未来5G网络的架构将呈现出比较统一的情况,就是借助高频段毫米波支持重点地区的高速率传输,利用5G中低频段、尤其是低频段和FDD频段进行全国范围的覆盖。由于5G网络对低频段、中频段、高频段有分层支持,所以毫米波和6GHz以下的TDD、FDD是处于共存的状态,很多国家和地区的频谱实际上要通过拍卖或许可才能获得,有些是需要时间从2G、3G、4G重新把频谱释放到5G,所以在一个相对比较长的时间里,5G的这些频谱资源并不是很优质,也并没有很宽松的频谱,所以在这个过程当中,通过6GHz以下、毫米波的各种载波聚合的组合,我们可以完善用户的体验。gLXEETC-电子工程专辑

值得一提的是,骁龙X60支持Voice-over-NR(VoNR)。手机不仅要传输数据,也要能接听电话、拨打电话,目前全球所有5G手机的语音通话功能都是依靠4G VoLTE。随着5G部署的扩展和技术的成熟,从2020年开始5G网络架构将从NSA向SA演进。SA部署完成后,整个网络里的各个网元基本上都是支持5G的,没有网络结构可以支撑4G业务,所以必须采用5G来支撑语音通话,支持VoNR就成了5G手机必备的特性。gLXEETC-电子工程专辑

与骁龙X60进行搭配的,是QTM535毫米波天线模组。在此之前,上一代毫米波模组QTM525就已经集成了毫米波射频链路上的所有元器件,包括收发、射频前端器件一直到天线阵列,只需要2-4个这样的模组,就可以很容易做出一部厚度仅为8毫米的支持5G毫米波的商用手机。gLXEETC-电子工程专辑

Qualcomm计划于2020年第一季度对骁龙X60和QTM535进行出样,采用全新调制解调器及射频系统的商用旗舰智能手机预计于2021年初推出。gLXEETC-电子工程专辑

5G部署方兴未艾

沈磊表示,2020年初全球5G发展势头强劲,有45+运营商部署了5G网络,40+终端厂商宣布发布5G终端,超过115个国家的340多家运营商对5G进行了投资。与10年前4G刚开始部署的情况相比有着巨大的数量级差别:2011年左右,首个4G网络开始部署。在4G部署的第一年中,全球只有4家运营商、3家终端厂商推出了相关的商用产品及服务,因此5G的部署和发展速度要远远超过4G。gLXEETC-电子工程专辑

从频谱角度来看,5G主要有两大可部署的频谱,一个是6GHz以下频段,频率范围大约是600MHz到6GHz范围;另一个是毫米波频段,它的频率覆盖范围大约是26GHz-39GHz甚至更高。整体而言,频谱越高,频宽越宽,频谱资源越多,能承载的数据量也就越大,这是高频谱优势。但是,随着频谱增高,它的传输性能及覆盖能力会有所下降;相反,频谱越低,频宽降低,数据率也有所降低。但其传输性和覆盖能力会有所提升,因此高低频谱各有优劣。gLXEETC-电子工程专辑

目前6GHz以下频段范围内频谱的多工方式主要分为两种:频分多址(FDD)和时分多址(TDD)。FDD指的是手机信号的收发通过两个子频段完成。由于两个频段是错开的,因此可以同时接收和发射信号;TDD指的是手机信号的收发通过一个频段完成,因此信号的接收和发射不能同时进行,收发时间相互错开。FDD和TDD使用情况的不同缘于各个国家和地区的不同历史背景和频段部署状况。总体而言,6GHz以下频段范围内的频段越低,FDD的频段越多,例如6GHz以下频率范围内的600MHz、700MHz、1.8GHz等低频段,大部分都是FDD;而6GHz以下频率范围内的2.6GHz、3.5GHz、4.9GHz等高频段中TDD比较多。gLXEETC-电子工程专辑

从TDD和FDD的部署时间来看,TDD是优先部署的,因为TDD频段基本已经就绪,而FDD大部分频段已经被现有的4G占用,4G向5G频段的释放和重耕的过程需要时间,因此TDD的部署时间要相对早一些,后续会有FDD的相关部署。上述都是在6GHz以下频率范围内的频谱多工方式,如果在毫米波频率范围内则基本上就都是TDD。gLXEETC-电子工程专辑

另外一个概念在2019年讨论得比较多,即非独立组网(NSA)和独立组网(SA),这是网络组网的概念。4G和5G部署的初期,网络的核心采取同一架构,既包含接入网(Radio Access Network),也包含核心网(Core Network)。5G部署初期,我们把接入网部分换成5G设备,核心网还使用4G,这样的组网方式叫NSA,在NSA模式中需要依靠一定的4G核心网能力。随着时间的发展和技术的成熟,核心网也将从4G换成5G,即核心网和接入网都是5G的组网方式,我们称之为SA,在SA模式中5G可以独立工作。从部署的时间上来看,整体趋势是先启动NSA,随着5G核心网的成熟,将开始部署SA。gLXEETC-电子工程专辑

从下图可以看到,截至2020年初目前的5G部署都是围绕着都是6GHz以下频段的NSA模式,这种模式在美国、中国、欧洲、韩国和澳大利亚已经部署;同时,美国已开始部署毫米波。沈磊解释说,毫米波和6GHz以下的部署从长远来看是殊途同归的,很有可能经过一段时间的发展之后绝大部分的国家和地区会同时部署6GHz以下和毫米波频段。毫米波的优势在于数据率非常高,可以对一些热点地区做重点覆盖;而6GHz以下频段覆盖性较好,可以在更大范围内比如全部国土范围进行大面积的覆盖。gLXEETC-电子工程专辑

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频段的使用需要国家来划分,频段就绪也需要一定的时间,所以在5G部署初期不同国家频谱的使用不同,毫米波和6GHz以下频段部署的时间也不同,例如目前美国已经率先部署毫米波。2020年还会有更多的5G的频谱组合和技术将在全球范围内部署,NSA的6GHz以下TDD会在包括日本、拉丁美洲、东南亚等地区部署,毫米波也会在欧洲一些国家(俄罗斯、意大利的一部分)以及日本和韩国部署。由于6GHz以下FDD频段目前绝大部分被4G占用,2020年之后将逐步释放并部署5G,所以在2020年绝大部分国家都将进行FDD的实验和部署。gLXEETC-电子工程专辑

在6GHz以下FDD、TDD频谱都得以部署以后,为了追求更好的性能、更好的体验,各个国家和地区还会开始6GHz以下内部TDD+TDD, FDD+FDD, TDD+FDD各种各样载波聚合的部署。gLXEETC-电子工程专辑

另外,在2020年,在一些领先的国家,比如中国、日本、美国、韩国,会进行SA的初期商业部署。再展望稍微远一点,到2021年以及后续的一些年份,其他的技术也都会进行部署。这两年或者在更长的一个时间维度下,基本上不同的频谱组网方式、多工方式在全球基本上都会有比较大的部署。2021年,毫米波在剩余的一些国家也都会有测试和部署的动作。另外我们可以看到SA模式也会在全球慢慢完成部署,成为一个比较主流的组网模式。6GHz以下和毫米波的聚合,也会在更多的同时有这两个频段的国家进行部署。所以,随着时间的推移,不同的技术会逐渐部署完成。gLXEETC-电子工程专辑

如何支持超过1万个频段组合

5G带来了巨大的射频复杂性,5G发展早期就有超过10000个频段组合,终端侧,比如手机、CPE、模组、联网PC等如何能处理海量频段组合的复杂性,成为一个很重要、难度极大但又必须要解决的问题,如果能解决得比较好将成为一个重大的竞争优势。因此,与X60同步推出的,还有全新的ultraSAW滤波器技术,该技术能够实现将插入损耗提升整整1分贝(dB),在2.7GHz以下频段范围内可以提供比与之竞争的体声波(BAW)滤波器更高的性能。gLXEETC-电子工程专辑

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众所周知,射频(RF)滤波器是将手机发射和接收的无线电信号从不同频段中分离出来的器件,射频性能的提升可支持OEM厂商为消费者带来具有出色连接性能和持久续航的5G终端。与具有相似性能指标的其它商用解决方案相比,高通方面认为Qualcomm ultraSAW技术可在600MHz至2.7GHz频率范围内提供高性能支持,并具备出色的发射、接收和交叉隔离能力;高频率选择性;品质因数高达5000(明显高于与之竞争的BAW滤波器的品质因数);极低插入损耗;出色的温度稳定性,维持在个位数的ppm/开尔文范围内的极低温度漂移等众多优势,可支持OEM厂商在5G和4G多模移动终端中以更低成本实现更高能效的射频路径。gLXEETC-电子工程专辑

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ultraSAW对于进一步提升Qualcomm先进的射频前端(RFFE)产品组合和Qualcomm 骁龙 5G调制解调器及射频系统的性能至关重要。沈磊称,高通正在多条产品线中集成ultraSAW技术,包括功率放大器模组(PAMiD)、前端模组(FEMiD)、分集模组(DRx)、Wi-Fi分离器、GNSS分离器和射频多工器,采用该技术的一系列分立式和集成式产品于2020年第一季度开始量产,OEM厂商采用该技术推出的商用旗舰终端预计于2020年下半年推出。 gLXEETC-电子工程专辑

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邵乐峰
ASPENCORE 中国区首席分析师。
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