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老板,5G手機(jī)要不要了解一下?

發(fā)布時間:2018-03-05 15:08

大家好,我是小棗君。


這兩天,世界移動通信大會(也就是MWC,Mobile World Congress)在西班牙巴塞羅那正式開幕,想必大家一定看到了相關(guān)的報道。

對于ICT行業(yè)(尤其是通信行業(yè))來說,這確實(shí)是一個值得關(guān)注的大事。


MWC,目前是全球最具影響力的移動通信專業(yè)展覽會,在通信圈里排名第一。


這個展會,全球所有有影響力的通信企業(yè)都會參加,而且,都會憋足了勁,展示自己的最新科研成果,以及各種酷炫黑科技產(chǎn)品。身在萬里之外的小棗君,其實(shí)是非常想去現(xiàn)場體驗(yàn)滴,可惜,最近實(shí)在太忙(qióng)。。。

所以,只能老老實(shí)實(shí)待在電腦前,看著現(xiàn)場發(fā)回的照片流口水。。。


話說回來,對通信行業(yè)來說,今年的MWC非比尋常。因?yàn)?,今年?G元年。大家翹首期盼的第五代移動通信技術(shù),將在今年爆發(fā)。

本次MWC大會,小棗君的關(guān)注重點(diǎn)之一,就是5G手機(jī)。

之前小棗君普及5G知識的時候,就有人問:


“5G來了之后,我們是不是又要換手機(jī)?”


這里小棗君可以明確地告訴大家——是的,百分之百要換。


5G是一次重大的通信技術(shù)革命,絕非在4G基礎(chǔ)上的修修補(bǔ)補(bǔ)。不管是在技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)上,還是工作原理上,5G網(wǎng)絡(luò)都有很多變化。所以,即使是現(xiàn)在最先進(jìn)的4G手機(jī),或者“4G+”手機(jī),都無法滿足5G網(wǎng)絡(luò)的要求,不能在5G網(wǎng)絡(luò)下使用。


那么,問題來了,5G手機(jī)到底會是什么樣呢?

很遺憾,截至目前,真正商用意義上的5G手機(jī)并沒有問世。也就是說,現(xiàn)在市場上買不到5G手機(jī),小棗君也拿不出5G手機(jī)的照片給大家看。


其實(shí),5G手機(jī)的芯片已經(jīng)有了,5G實(shí)驗(yàn)機(jī)也已經(jīng)有了。可以說,一旦網(wǎng)絡(luò)條件成熟,第一部5G商用手機(jī)隨時都可能問世。


今天小棗君要做的事,就是在5G手機(jī)還沒發(fā)布之前,和大家共同“暢想”一下,5G手機(jī)到底是個什么樣。同時,也順道科普一下,手機(jī)通信的那些事兒。

一部手機(jī),硬件上由很多模塊組成,例如觸屏交互模塊(液晶屏幕)、相機(jī)模塊(前置/后置攝像頭)、音頻模塊(揚(yáng)聲器/話筒/耳機(jī)插孔)等。


軟件上,也有底層驅(qū)動、操作系統(tǒng)、應(yīng)用軟件等(大家熟知的安卓系統(tǒng)和蘋果系統(tǒng),還有在此之上的各種APP)。

其實(shí),對于5G手機(jī)來說,大部分模塊和一般手機(jī)沒有什么不同。5G和非5G之間最主要的區(qū)別,只是在于通信模塊。


也就是說,硬件上,像攝像頭、液晶屏、指紋識別這樣的非通信部件,是沒有4G、5G之分的。5G能用的,4G也能用。而軟件上,目前看來,5G手機(jī)也是用的現(xiàn)有操作系統(tǒng),例如安卓。


但是,這個通信模塊,正是手機(jī)之所以能作為“通訊工具”的核心關(guān)鍵。


首先,我們先來詳細(xì)了解一下手機(jī)的通信原理。

通信目的來看,我們的智能手機(jī)通常由兩大部分電路組成。一部分是負(fù)責(zé)高層處理部分的應(yīng)用芯片AP,相當(dāng)于我們使用的電腦,另一部分就是基帶芯片BP。

注意:

基帶(Baseband)有多重意思,基帶信號、基帶電路、基帶芯片,都會簡稱為基帶。簡單理解,基帶電路基本等于基帶芯片,它處理的那個最基礎(chǔ)的信號,就是基帶信號。通常人們所說的基帶,是指基帶芯片。


基帶芯片,相當(dāng)于我們使用的Modem,手機(jī)支持什么樣的網(wǎng)絡(luò)制式(GSM、CDMA、WCDMA、LTE等)都是由它來決定的。


我們用手機(jī)打電話、上網(wǎng)、發(fā)短信等等,都是通過上層處理系統(tǒng)下發(fā)指令給基帶部分,并由基帶部分處理執(zhí)行?;鶐Р糠滞瓿商幚砗缶蜁谑謾C(jī)和無線網(wǎng)絡(luò)間建立起一條邏輯通道,我們的話音、短信或上網(wǎng)數(shù)據(jù)包都是通過這個邏輯通道傳送出去的。


再簡單一點(diǎn),打個比方,基帶芯片就相當(dāng)于一個語言翻譯器,他會把我們要發(fā)送的信息(比如:語音,視頻),根據(jù)制定好的規(guī)則(比如:WCDMA,CDMA2000),把用戶要傳送的信息轉(zhuǎn)換一下格式,然后發(fā)送出去。


這個地方又要注意啦!??!


準(zhǔn)確來說,基帶芯片并不僅僅是基帶部分,它還包括射頻部分(RF)?;鶐Р糠重?fù)責(zé)信號處理和協(xié)議處理,射頻部分負(fù)責(zé)信號的收發(fā)。而廠家通常直接把射頻芯片和基帶芯片放在一個芯片里面,物理上合一,統(tǒng)稱為基帶芯片。

然后呢,基帶芯片通常又會被整合到手機(jī)主處理芯片上,成為其中一部分。

所以,我們現(xiàn)在所使用的手機(jī),里面的芯片都是高度集成化的,通常也被稱為SoC芯片(System-on-a-Chip)。例如,高通的驍龍芯片,以及華為的海思芯片,還有聯(lián)發(fā)科的MTK芯片等,都屬于SoC芯片。


就拿業(yè)界標(biāo)桿——大名鼎鼎的高通驍龍芯片來說吧。

高通目前最頂級的驍龍845芯片,擁有堪稱強(qiáng)大的處理能力,其中就包括基帶處理。注意,高通通常直接把基帶芯片稱為“Modem(調(diào)制解調(diào)器)”。但是,前面說過,嚴(yán)格來講,基帶芯片包括調(diào)制解調(diào)器,同時也包括信道編解碼,信源編解碼,以及一些信令處理的部分。

到了5G時代,對于手機(jī)來說,最重要的就是手機(jī)芯片。雖然現(xiàn)在手機(jī)廠家很多,但是有能力造芯片的,屈指可數(shù)。

5G芯片,又牛在哪里呢?


既然是中立的通信自媒體,小棗君當(dāng)然要雨露均沾啦。這里,我們就拿華為剛剛在MWC發(fā)布的全球第一款符合3GPP標(biāo)準(zhǔn)的5G商用芯片——巴龍Balong 5G01來舉例吧。

這款芯片支持全球主流 5G 頻段,包括 Sub6GHz(低頻)、mmWave(毫米波,高頻),支持 NSA(Non Standalone,5G非獨(dú)立組網(wǎng))和SA(Standalone,5G獨(dú)立組網(wǎng))兩種組網(wǎng)方式,理論上可實(shí)現(xiàn)最高 2.3Gbps 的數(shù)據(jù)下載速率。


看到了沒?在5G芯片的加持下,5G手機(jī)的數(shù)據(jù)下載速率將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過現(xiàn)在的4G手機(jī)。


好了,芯片說完了,然而,文章并沒有結(jié)束。。。


通信模塊,我們說了基帶芯片、射頻芯片,還有一個“小東東”沒有說,那就是天線

之前,小棗君曾多次和大家科普天線,例如這篇:

關(guān)于天線,有史以來最強(qiáng)的科普文


但是我主要是介紹網(wǎng)絡(luò)側(cè)天線為主,從來沒有介紹過手機(jī)上的天線。


今天,我就和大家詳細(xì)說一下——


手機(jī)的天線,到底是什么樣的


手機(jī)必須要有天線。但是細(xì)心的各位一定發(fā)現(xiàn)了,我們現(xiàn)在用的手機(jī),早已沒有了以前的那個“小辮子”:

這是為什么呢?


隨著1G、2G、3G、4G的演進(jìn),我們手機(jī)的通信頻率逐漸在往高頻段發(fā)展。


而手機(jī)通信頻段越高,波長就越短,天線也就越短。


關(guān)于手機(jī)頻率、波長、天線的關(guān)系,請大家查看我之前的文章(一文帶你秒懂5G黑科技),本文就不再贅述了。


天線變短之后,逐漸就從以前流行的外置天線,變成了現(xiàn)在普遍的內(nèi)置天線。

天線都藏在了手機(jī)里面了,而且,還不止一根喲。


你想啊,除了主通信芯片(用于訪問運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)),手機(jī)還有Wi-Fi功能、藍(lán)牙功能、GPS功能,以及NFC功能,都需要不同的天線。甚至,現(xiàn)在逐漸流行的無線充電,用的充電線圈也是一種天線。這些天線,早已不是我們通常所知道的那副模樣,現(xiàn)在都變成了一根一根的小金屬片。不同的用途,就有不同的天線長度。

內(nèi)置天線,一般分為3種工藝:


第一種,是FPC(Flexible Printed Circuit,柔性電路板)。


簡單來說,就是用塑料膜中間夾著銅薄膜做成的導(dǎo)線。


我們就以iPhone為例,從第一代開始的早期iPhone,就是采用FPC天線設(shè)計。

第二種,是LDS(Laser-Direct-structuring,激光直接成型技術(shù))。


這種也不復(fù)雜,就是在塑料支架上用激光刻出形狀后,再電鍍上金屬形成的。


三星的S9手機(jī),就是采用的LDS方案。


第三種,也就是最后一種,就是大家喜聞樂見的“金屬中框”方案。也就是直接把手機(jī)金屬中框的一部分,當(dāng)作天線來用。

那5G對手機(jī)天線會有什么影響呢?


5G的頻段,也分為低頻頻段高頻頻段。


就拿我們國家來說,規(guī)劃的5G頻段就包括以下兩種:

5G低頻頻段,其實(shí)頻率和我們現(xiàn)在的4G頻段差不多,所以天線長度的區(qū)別并不會太大。但是,為了達(dá)到5G所要求的傳輸速率,就必須在天線數(shù)量上做文章——一根天線不夠用,我就多搞幾根嘛!


這就是目前非常火爆的MIMO多天線技術(shù)。

例如4×4MIMO,就是發(fā)射端4根天線,接收端4根天線。


其實(shí),MIMO在4G就有了,只是5G時更加發(fā)(sang)揚(yáng)(xin)光(bing)大(kuang)而已。5G的MIMO,是Massive MIMO,大規(guī)模的MIMO。

要在本來就已經(jīng)很擁擠的手機(jī)里面塞進(jìn)去這么多天線,顯然對手機(jī)設(shè)計工程師們來說,又是一項(xiàng)艱巨的挑戰(zhàn)。


再來看看5G高頻頻段。


如果說低頻頻段只是加幾根天線,還比較能容忍的話,高頻頻段的天線,只能用變態(tài)來形容了。。。


在5G高頻,通信波長變成毫米級了(毫米波),天線大小也縮減到幾個毫米。


還記得剛才那張?zhí)炀€長度對照表嗎?

這樣的電磁波,頻率非常高,在空氣中傳播衰減非常大。


為了減少衰減,采用的應(yīng)對方式,就是在剛才MIMO的基礎(chǔ)上,繼續(xù)強(qiáng)化——陣列天線。


基站就不用說了,密密麻麻的天線。。。

手機(jī)這邊,也一樣是搞成陣列(4×4,8×8...)。


天線陣列除了可以增加天線數(shù)量之外,還有一個好處,就是為了實(shí)現(xiàn)波束賦形(通過調(diào)整天線相位差,實(shí)現(xiàn)對電磁場輻射方向的控制)。


看過我之前天線文章的同學(xué),肯定還記得吧?

此外,為降低信號衰減,還需要縮短天線和芯片之間的線路長度。最好的解決方案是天線和芯片緊靠在一起,每個天線配一個小芯片,甚至不排除未來天線會集成到芯片內(nèi)部的可能性。


總而言之,在5G手機(jī)里到底怎么擺這個“陣”,就看各大廠家的想象力了。


目前來看,很可能還是天線內(nèi)置,放在手機(jī)后殼的里面(不太可能放在側(cè)邊,空間不夠)。如果是這樣,今后的5G手機(jī)肯定會越來越少金屬后蓋,取而代之的,是塑料、玻璃、陶瓷,或者其它新型材料。

好啦,這下終于是講完啦!


5G手機(jī)是非常令人期待的,但是它的研發(fā)和設(shè)計難度,也是很大的。既考驗(yàn)廠家的技術(shù)實(shí)力,也挑戰(zhàn)了想象力。隨著科技不斷創(chuàng)新,加上巨大的商業(yè)利益驅(qū)動,也許就會有像當(dāng)年iPhone橫空出世一樣的顛覆性產(chǎn)品出現(xiàn)!


不管怎么說,讓我們拭目以待吧!

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