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高通怎样炼成5G毫米波天线模组的“小身材 大智慧”?

2018-07-30 09:35
来源: 科技行者

当行业发展的脚步向5G迈进时,毫米波就成为了热门词汇。在各国运营商和设备厂商的推动下,26GHz和39GHz毫米波频段首先被纳入了3GPP标准。高频段的毫米波带来的大带宽,为5G需求的高速率提供了想象空间,然而毫米波在大气中传播衰弱严重的弱点也成为其商用道路上的致命伤。不过,这一现状有望改观,近日高通在毫米波的攻坚中率先破题。

7月23日,高通宣布推出全球首款面向智能手机和其他移动终端的全集成5G新空口(5G NR)毫米波及6GHz以下射频模组。高通QTM052毫米波天线模组系列和高通QPM56xx 6GHz以下射频模组系列可与高通骁龙?X50 5G调制解调器配合,共同提供从调制解调器到天线(modem-to-antenna)且跨频段的多项功能,并支持紧凑封装尺寸以适合于移动终端集成。上述两个系列的产品正在向用户出样。配置QTM052毫米波天线模组的终端将最早于2019年上半年推向市场。

高通怎样炼成5G毫米波天线模组的“小身材 大智慧”?

高通 QTM052天线模组及高通骁龙X50 5G调制解调器

无论哪一代通信技术,频谱都是最先要解决的问题。5G到来后,2G/3G/4G频谱还需重耕,必然要引入新的频谱资源。由于面临诸多技术和设计挑战,5G之前毫米波均未被应用于移动通信中。甚至移动行业中很多人都认为毫米波在移动终端和网络中的应用是不切实际且不可实现的。而高通QTM052毫米波天线模组的推出会不会成为推倒多米诺骨牌的关键一步呢?

高通毫米波天线模组如何炼就?

想要在毫米波频段实现通信到底有多难,我们可以先来看看毫米波的特性。首先,毫米波频谱的传输距离有限,毫米波在全向发射时,能量发散比较快,容易衰弱,无法传播到很远;其次,毫米波频谱容易被楼宇、人体等阻挡、反射和折射;第三,毫米波受限于很多空间因素,其中一个主要因素就是水分子,毫米波频谱在下雨时、穿过树叶、穿过人体时,它们衰减非常快。相对于无线通信对语音、数据传输的高要求,上述物理特性使得毫米波即便再有魅力也很难被应用到实际通信中。

高通怎样炼成5G毫米波天线模组的“小身材 大智慧”?

而高通此次推出的QTM052毫米波天线模组,可与骁龙X50 5G调制解调器协同工作并形成完整系统,以应对毫米波带来的巨大挑战。作为完整系统,其可支持先进的波束成形、波束导向和波束追踪技术,以显著改善毫米波信号的覆盖范围及可靠性。

波束成形是不可或缺的“幕后功臣”,高通的毫米波天线模组不再使用全向发射,而是选择定向发射。把能量聚集在一个波束,从而使得能量能够传输得更远,以提高覆盖。高通利用多个天线形成相控天线阵列,天线之间的信号经过互相干涉影响,能把信号能量集中在一个方向发射出去。

高通怎样炼成5G毫米波天线模组的“小身材 大智慧”?

“天线的尺寸和波长是呈正比关系的,毫米波的频率高,波长短,因而可以显著降低天线尺寸。高通充分利用了毫米波这一特性,在手机上设计多个天线并形成阵列,让信号互相影响,从而形成波束。模组化就是基于这个思路衍生出来的。” 高通产品市场高级总监沈磊表示,“如果每个OEM厂商都自己开发和优化天线设计方案,要想做到不同天线之间的协同工作,对于他们的难度系数会非常高。所以一个比较简单的办法就是高通把天线以及射频前端包括收发器和放大器等都整合在一个模组里面,在这个模组内把天线预先整合好,提前做好天线的调整工作,让它们可以相互协同,从而很容易形成波束。”

形成波束后又出现了其它问题,如果只有一个波束,波束的方向又不变,一旦手机的位置有变动,信号就无法传到基站。因此,波束必须要通过波束导向技术不断调整,指向传输对象的方向。同时,手机持有者的位置不断移动,基站相对于人的位置也在变,这就需要波束追踪技术来时刻追踪天线移动的位置,并让波束做出相应的调整。

因此,我们需要毫米波天线产品既能支持形成波束,又能控制波束的方向,还能追踪接收方位置的变化,让波束一直保持在最佳的传输位置上。这更要求整个射频链路上从调制解调器到收发器、放大器再到天线的所有器件都能更智能地协同工作。基于此次推出的QTM052天线模组,高通在连接技术上的整体领先优势,正是应对这一挑战的最佳解决方案。

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