5G手機將在未來幾個月陸續(xù)出現(xiàn)。但目前5G手機支持的頻段十分零散，從600MHz至28GHz都有；此外，在即將上市的第一批設(shè)備中，支持毫米波(mmWave)頻段的5G手機是否已經(jīng)到位？

工程師們正競相推出首批支持5G網(wǎng)絡(luò)的智能手機，主要針對6GHz以下(sub 6GHz)頻段。然而，針對第一批設(shè)備中是否可能會有一些支持毫米波(millimeter-wave；mmWave)頻段的手機到位，業(yè)界射頻(RF)專家們的看法分歧。

各方都同意這些5G手機面對的是一個頻段零散化的市場——各家營運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劃細節(jié)。因此，要為5G領(lǐng)域的新手機實現(xiàn)優(yōu)化，可能還需要幾年的時間。

5G手機頻段零散化

相較于去年的LTE手機機型，第一代的5G手機可能是針對特定區(qū)域推出的尺寸較大或是電池壽命較短的設(shè)備。其價格也可能僅微幅增加，但維持與估計將僅為RF前端組件增加10-30%的物料列表(BoM)幅度一致。

雖然過渡至LTE時也面臨類似的問題，但并未達到像5G這樣的規(guī)模，因為這是第一個支持28GHz及其以上頻段的蜂窩標準。此外，雖然許多國家規(guī)劃5G將在3.5GHz頻段內(nèi)支持100MHz帶寬，但美國的3.5GHz頻段最快要到明年才可行，而且美國的頻譜預(yù)計采用更小的帶寬。

在美國，由于缺乏可用于5G的新頻譜，T-Mobile將推出600MHz頻段的網(wǎng)絡(luò)，而Sprint將使用2.5GHz。Verizon的一位代表則證實該公司將在明年為智能手機導(dǎo)入mmWave頻段。

這些變化的速度和廣度正將設(shè)計智能手機的技術(shù)提升到新的高度。

博通(Broadcom)無線半導(dǎo)體部門首席技術(shù)策略師William Mueller說：“每個人都希望在5G中領(lǐng)先，所以爭相在標準的‘?dāng)?shù)字’底定之前設(shè)計硬件，這真的讓人感到頭痛……整體而言，2019年可能會先看到一些采取權(quán)宜之計的低整合度手機?！?/p>

Qorvo技術(shù)營銷總監(jiān)Ben Thomas指出，問題就在于營運商急于從5G標準中回收頻譜效率。他說，“OEM面臨比采用LTE時更巨大的壓力，”他回想起三星(Samsung)如何為其首款LTE手機推出額外的電池。

對mmWave手機進展看法分歧
美國紐約大學(xué)(New York University)教授兼資深無線研究員Ted Rappaport最看好毫米波手機。“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，”他并指出英特爾(Intel)和高通(Qualcomm)在今年4月舉辦的活動中即已報告了該技術(shù)的進展。

Rappaport介紹他和同事在他創(chuàng)立的紐約大學(xué)無線中心(NYU Wireless Center)在多年來所進行的研究。他補充說，在限制空間中使用更多天線可提供更大的增益，從而補償路徑損耗；而它所帶來的更高數(shù)據(jù)速率可以彌補更高的功耗。

他說，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。目前它正迎頭趕上，但還需要幾年的時間才能實現(xiàn)……過去10年來我們一直在使用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，以及組合來自多個天線的訊號，以形成和指向定向波束。此外，無線模塊設(shè)計公司Insight SiP首席技術(shù)官Chris Barratt說，手機需要將天線放置在遠離金屬電路板的位置，并處理阻礙訊號。

相較于sub 6GHz的類似手機頻段，Barratt表示，“高頻段則是另一種不同的競賽…我認為它最終會實現(xiàn)，但至少要再過幾年的時間?！盉arratt曾經(jīng)參與多項60GHz設(shè)計。

高通在今年7月宣布解決了手機模塊中的問題，目前正針對20～40GHz網(wǎng)絡(luò)出樣。一位分析師預(yù)測，這些模塊有助于中國新興的手機制造商搶在蘋果(Apple)、三星(Samsung)和華為(Huawei)等公司之前推出產(chǎn)品。

RF競爭對手博通、Qorvo和Skyworks也對此表達了懷疑態(tài)度。但這三家sub 6GHz RF芯片供貨商目前都還沒有規(guī)劃mmWave產(chǎn)品藍圖。同時，新創(chuàng)公司Movandi則表示該公司正試圖將其用于基地臺的mmWave技術(shù)發(fā)展到手機領(lǐng)域。

營運商及其供應(yīng)商貿(mào)易集團5G Americas總裁Chris Pearson則采取了中間立場。他說：“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。”

漫長而曲折的發(fā)展藍圖
鑒于技術(shù)、商業(yè)和上市時間的挑戰(zhàn)，Qorvo的Thomas說：“我們要到2021年以后才會看到真正優(yōu)化的5G旗艦手機，而中階的5G手機也將會在那之后出現(xiàn)……RF設(shè)計方面的復(fù)雜度還需要多年的時間才能克服?！?/p>

針對各不同區(qū)域的零散頻段量身打造的設(shè)計“意味著手機中的組件利用率降低”，他說：“當(dāng)設(shè)計者為了因應(yīng)增加的芯片內(nèi)容而進行基本調(diào)整時，”將會引發(fā)一些問題。

最終，“我們將會看在RF前端看到相當(dāng)劇烈的轉(zhuǎn)變。”他并預(yù)測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)期會出現(xiàn)更多級的更高質(zhì)量濾波器。此外，多任務(wù)器將取代更簡單的交換機，以支持更復(fù)雜的載波聚合(CA)方案。他說：“我們已經(jīng)看到多達6個頻段的組合以及同步使用。”

預(yù)計當(dāng)2021年塵埃落定時，新的標準RF模塊可能會出現(xiàn)在3.5GHz頻段等區(qū)域。Qorvo已經(jīng)與合作伙伴和競爭對手(包括Skyworks)針對該模塊交換意見了。

Broadcom的Mueller表示，5G設(shè)計可能演變?yōu)閮蓚€模塊。他表示，這種模塊的分離設(shè)計將支持天線的多樣性，并減輕非獨立(non-SA)架構(gòu)下來自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?！八€需要幾代的設(shè)計演進，才能找到我們在mmWave頻段時所需的技巧。”

最后，毫無疑問地，5G手機將在未來幾個月內(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智能手機。但是，這些手機是否可以使用mmWave頻率以及它們?nèi)绾紊壠銻F設(shè)計仍有待觀察。