“4300萬個(gè)模擬手機(jī)用戶，這個(gè)市場(chǎng)錯(cuò)不了。”在1G向2G過渡時(shí)期，摩托羅拉一位高管在面對(duì)數(shù)字化威脅時(shí)毫不在意。

“我們并沒有做錯(cuò)什么，但不知道為什么，我們輸了。”在3G向4G過渡時(shí)期，諾基亞手機(jī)未能把握智能機(jī)時(shí)代機(jī)遇而衰落，前諾基亞CEO在公司并入微軟的記者會(huì)上說了這句話。

你還記得“手機(jī)中的戰(zhàn)斗機(jī)”嗎?當(dāng)年這廣告詞牛逼到趙本山拿到春晚。

波導(dǎo)曾多次榮登國(guó)產(chǎn)手機(jī)銷售冠軍。可惜，隨著聯(lián)發(fā)科推出其著名的Turn-Key解決方案后，“踏平”了手機(jī)行業(yè)的門檻，而堅(jiān)持做“手機(jī)中的戰(zhàn)斗機(jī)”的波導(dǎo)為保持其技術(shù)優(yōu)勢(shì)，選擇堅(jiān)持與德州儀器合作，拒絕了聯(lián)發(fā)科的解決方案。 

隨后，“戰(zhàn)斗機(jī)”在“山寨機(jī)”的浪潮中被淹沒。

2018年6月，3GPP 5G NR獨(dú)立組網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)完成，標(biāo)志著移動(dòng)產(chǎn)業(yè)進(jìn)入一個(gè)全新的時(shí)代——5G時(shí)代。

5G來了!5G手機(jī)也要來了!

不久前，《2018年愛立信移動(dòng)報(bào)告》發(fā)布，報(bào)告里“5G設(shè)備展望”部分引入注目… 

報(bào)告指出，首批支持5G中頻段的商用智能手機(jī)預(yù)計(jì)將于2019年初推出，而支持5G高頻段(毫米波頻段)的商用智能手機(jī)預(yù)計(jì)于2019年中期推出。

眾所周知，現(xiàn)有的4G手機(jī)支持GSM/WCDMA/LTE等制式共計(jì)20多個(gè)頻段，而5G NR支持從450MHz到52.6GHz更廣泛的頻段范圍，5G手機(jī)不但要支持現(xiàn)有LTE頻段，還要支持頻率更高、范圍更廣的5G頻段，這為5G手機(jī)設(shè)計(jì)提出了新的挑戰(zhàn)。

5G頻段分為小于6GHz和毫米波兩大頻段范圍，兩大頻段范圍面對(duì)不同的挑戰(zhàn)。

一，對(duì)于小于6GHz頻段，射頻前端是塊難啃的骨頭。

對(duì)于6GHz以下頻段，5G手機(jī)估計(jì)會(huì)沿用4G基本設(shè)計(jì)構(gòu)架，但射頻前端是一大挑戰(zhàn)。

所謂射頻前端(RFFE：Radio Frequency Front End)，位于Transceiver和天線之間，包括濾波器、功率放大器、低噪聲放大器、雙工器、射頻開關(guān)等，其性能直接影響手機(jī)信號(hào)強(qiáng)度、通話質(zhì)量、連接可靠性、連接速度和功耗等。

最早的手機(jī)射頻前端非常簡(jiǎn)單，一根天線連接一個(gè)雙工器、功率放大器和低噪聲放大器就搞定。但隨著手機(jī)支持的頻段越來越多，每一個(gè)頻段都需要獨(dú)立的雙工器、功率放大器和低噪聲放大器，導(dǎo)致了射頻前端越來越復(fù)雜，在集成難度、成本和性能上均面臨越來越大的挑戰(zhàn)。

比如，一部手機(jī)若支持20個(gè)頻段，就需要20個(gè)雙工器(40個(gè)濾波器)，如果這部手機(jī)支持4*4MIMO，也就是配置4根天線，濾波器的數(shù)量可達(dá)160個(gè)。

總之，進(jìn)入5G時(shí)代，早期5G部署采用與4G混合組網(wǎng)的方式，新引入的5G頻段、載波聚合、MIMO、雙連接等技術(shù)意味著要想在智能手機(jī)狹小的空間里實(shí)現(xiàn)高性能、低成本射頻功能，對(duì)射頻元器件、新材料工藝和集成設(shè)計(jì)提出了更高的要求，射頻前端整體設(shè)計(jì)將面臨更加嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

二，對(duì)于毫米波頻段，5G手機(jī)設(shè)計(jì)面臨新挑戰(zhàn)。

先說為什么5G手機(jī)需支持毫米波頻段?

從技術(shù)上講，提升手機(jī)上網(wǎng)速率無非四大技術(shù)：無線頻率帶寬、QAM調(diào)制方式、載波聚合和MIMO技術(shù)。

對(duì)于4G手機(jī)，理論上講，若支持***5CC載波聚合(LTE***信道帶寬為20MHz，5CC載波聚合即100MHz帶寬)、256QAM調(diào)制方式和4×4 MIMO技術(shù)，***下載速率可接近2Gbps。

不過，這只是4G手機(jī)速率的理論極限，在實(shí)際設(shè)計(jì)中，支持更高階的調(diào)制方式和更多的載波聚合，意味著更耗電，需要更復(fù)雜、更高性能的射頻和基帶電路;更高階的MIMO技術(shù)，即支持更多的天線，則意味著面臨天線的物理尺寸、隔離度和輻射效率的限制。

可5G的KPI是支持10-20Gbps的峰值速率，顯然這是4G手機(jī)無法完成的任務(wù)。

因此，5G手機(jī)需要支持毫米波頻段，原因主要有兩點(diǎn)：

• 首先，毫米波頻段支持更寬的帶寬，5G NR在毫米波頻段的***單信道帶寬為400MHz，遠(yuǎn)大于4G LTE的20MHz，更寬的、連續(xù)的頻率帶寬可大幅提升5G速率。
• 其次，毫米波頻段意味著天線尺寸大幅減小，可實(shí)現(xiàn)波束賦形(beamforming)和多天線空間復(fù)用技術(shù)，利于智能手機(jī)小型化、輕薄化的外觀設(shè)計(jì)。

相較于小于6GHz頻段，高頻段毫米波的傳播損耗更高，覆蓋距離更近，信號(hào)穿墻能力弱，還受氧氣、濕度、霧和雨的影響，鑒于此，為提升信號(hào)覆蓋，需在基站和手機(jī)兩端采用多天線和波束賦形技術(shù)。

問題來了，毫米波波束賦形面臨的***問題是——人體阻擋衰減。

簡(jiǎn)單的說，我們的手握住手機(jī)，放在耳邊打電話，都會(huì)阻擋毫米波波束信號(hào)。

為此，根據(jù)一份IEEE的技術(shù)報(bào)告，為了支持毫米波波束賦形，5G手機(jī)需引入多個(gè)波束賦形模塊(5G Beamforming Module)，并將這些波束賦形模塊分布式設(shè)計(jì)于手機(jī)后殼。 

▲5G手機(jī)系統(tǒng)基本構(gòu)架圖(新引入波束賦形模塊，波束賦形模塊內(nèi)包含多天線單元組成的相控陣)

▲多個(gè)波束賦形模塊分布于5G手機(jī)后殼周圍

為何要這樣設(shè)計(jì)呢?

就是為了避免人體阻擋衰減。

研究表明，我們握手機(jī)的姿勢(shì)主要有以下四種： 

每一種姿勢(shì)都可能對(duì)毫米波波束造成阻擋，但是，如果手機(jī)周圍分布多個(gè)波束賦形模塊，那就意味著，我們不管采用怎樣的姿勢(shì)握手機(jī)，總會(huì)有兩個(gè)波束不會(huì)被阻擋。比如，第①種握姿，波束賦形模塊1和2不會(huì)受阻擋。

這是一種以“數(shù)量”換“質(zhì)量”的設(shè)計(jì)方案，以克服人體阻擋衰減。

同時(shí)，這種設(shè)計(jì)方式還有可獲得更高的空間復(fù)用增益、利于散熱等優(yōu)點(diǎn)。

值得一提的是，這種設(shè)計(jì)方式可能意味著傳統(tǒng)SIM卡卡槽消失，取而代之的直接焊接入電路板的eSIM卡。

因?yàn)橐谑謾C(jī)后殼周圍安裝多個(gè)波束賦形模塊，這種設(shè)計(jì)方式也可能導(dǎo)致早期支持5G毫米波的手機(jī)(或原型機(jī))較為笨重，樣子較丑。

前幾天，有媒體爆料稱摩托羅拉將為其Moto Play Z3智能手機(jī)配了一個(gè)5G通信模塊。 

如上圖，這個(gè)5G通信模塊就像是一個(gè)手機(jī)蓋子，背后印有5G logo，網(wǎng)友普遍吐槽這“蓋子”太丑。

由于沒有更多的關(guān)于該5G通信模塊的信息，不知道該5G通信模塊是否支持毫米波，但有業(yè)內(nèi)人士猜測(cè)，這個(gè)“蓋子”可能就是采用分布式波束賦形模塊設(shè)計(jì)。

所以看起來有點(diǎn)笨重，有點(diǎn)丑。

回顧歷史，移動(dòng)產(chǎn)業(yè)每次更新?lián)Q代，都會(huì)引發(fā)終端領(lǐng)域的設(shè)計(jì)變革，也會(huì)引發(fā)行業(yè)重新洗牌。

過去，我們談?wù)摰氖悄ν辛_拉、諾基亞和黑莓，今天登上舞臺(tái)的是蘋果、華為和三星等，正所謂你方唱罷我登場(chǎng)，各領(lǐng)風(fēng)騷三兩年。

5G手機(jī)要來了，首先在設(shè)計(jì)上將面臨***的挑戰(zhàn)和變革，競(jìng)爭(zhēng)異常激烈的手機(jī)行業(yè)的城頭是否會(huì)再次變換大王旗?誰會(huì)是下一個(gè)摩托羅拉?誰會(huì)是下一個(gè)諾基亞?