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驍龍X60來了!對比X55,除了世界首款5nm 5G基帶還有哪些提升?

2020-02-22 14:22:17 來源:EETOP
2月18日,高通正式對外發布其驍龍X60 5G調制解調器及射頻系統解決方案。這一解決方案采用了業內第一款5納米制程的基帶芯片,也是民用領域發布的第一顆5納米芯片,意義非凡。此外,支持VoNR,加速5G向SA演進;全球首個支持聚合所有5G主要頻段及其組合;以及能效更高、體積更小、功耗更低等關鍵特性,吸引了業內人士的廣泛關注。

圖1 高通第三代5G調制解調器及射頻系統驍龍X60(包括SDX60基帶、射頻收發器、射頻前端及毫米波天線模組)

據高通介紹,5G的部署及增長有望在2020年加速,驍龍X60 重點是面向智能手機。按照現在整體產品規劃以及與客戶的溝通,計劃在2020年第一季度對驍龍X60進行出樣,且預計搭載驍龍X60的手機將在2021年年初出貨。

在此之前,高通已經先后于2016年10月、2019年2月分別推出了其第一代5G解決方案驍龍X50和第二代驍龍X55,尤其與一年前發布的驍龍X55相比,它的性能、功耗和工藝等有多大提升?5G智能手機市場有何趨勢導向?高通緣何進一步發力毫米波、載波聚合技術?對5G未來部署模式,高通有什么預測?
 

驍龍X50、X55、X60,高通的5G之路

第一代:驍龍X50,于2016年10月推出,作為全球首顆5G基帶芯片,支持基于毫米波和 6GHz 以下頻段的 5G 服務,最重要的作用之一是幫助推動整個行業的5G測試和認證。根據高通官方信息,驍龍X50支持了包括中國三大運營商在內的超過20家全球運營商展開5G NR現場OTA移動試驗。OPPO、vivo、小米、中興、一加、努比亞、聯想、Motorola、三星、LG等廠商發布的首批5G終端采用的是驍龍855+X50。
 

第二代:驍龍X55,于2019年2月,在2019世界移動通信大會(2019MWC)開幕前推出的。這款當時全球速度最快的芯片,基于7nm制程工藝打造,支持2G、3G、4G、5G多模,并支持毫米波以及6GHz以下頻段,支持TDD與FDD制式,支持獨立、非獨立組網模式和動態頻譜共享等關鍵特性,將峰值速率推向前所未有的7.5 Gbps的下載速度和3 Gbps的上傳速度,加速 5G 的擴展。
 

第三代:驍龍X60,于2020年2月18日推出。這次高通特別強調的是一個端到端的解決方案,據高通介紹,驍龍X60是一個系統級的完整解決方案,包括SDX60基帶、射頻收發器、射頻前端、毫米波天線模組,旨在為運營商提供極大的靈活性,最大化其可用的頻譜資源。它的設計初衷是要進一步地提升5G性能,支持5G在更多的國家得以部署,進一步提升終端整體性能和網絡所提供的用戶體驗,以及解決隨著時間而不斷增加的頻段組合的復雜性。
 

驍龍X60是系統級的全面優化,支持調制解調器及射頻系統級優化的一系列技術:
 

• 采用領先的5納米工藝制程,使5G基帶芯片能效更高,占板面積更小。

• 業界首次支持毫米波-6GHz以下聚合(聚合能力的部分本文稍后作詳細解析)

• 業界首次支持6GHz 以下頻段5G FDD-TDD的載波聚合

• 支持5G TDD-TDD的載波聚合,以及5G FDD-FDD的載波聚合

• 搭配驍龍 X60 的全新QTM535毫米波天線模組,較上一代產品具有更小巧緊湊的設計,支持打造全新、纖薄的毫米波智能手機設計,實現更為出色的毫米波性能。

圖2 驍龍X50、X55、X60 性能對比

下面,我們來詳細看看這些提升的表現如何。
 

從調制解調器到天線的5G解決方案

調制解調器是無線終端的核心。不過,為了打造更高性能、更高能效的5G終端,在調制解調器之外,還必須做大量的系統級創新。高通從調制解調器到天線的5G解決方案包含了基帶、射頻收發器以及面向毫米波及6GHz以下頻段的完整射頻前端、毫米波天線模組。
 

對比高通三代5G調制解調器及射頻系統的特性,每一代都是在上一代的基礎上做一個擴展和提升。在 驍龍X55的基礎上,X60采用了全新工藝,支持毫米波和 6GHz 以下聚合、6GHz 以下 5G TDD 和 FDD 載波聚合、VoNR 以及新的毫米波天線模組,同時也進一步提升Qualcomm 5G PowerSave(實現出色接收能效)、 Qualcomm Smart Transmit(支持最優上行鏈路吞吐量同時滿足傳輸上限)、Qualcomm Signal Boost(支持更高吞吐量、更高通話可靠性、更廣網絡覆蓋范圍)等先進技術,帶來系統級的性能、速率和覆蓋優化等方面的提升。
 

驍龍X60所使用的5G基帶是全球首個基于5納米工藝制程的基帶芯片,在制程工藝上有了很大的升級。眾所周知,工藝的提升、線寬的降低對成本、尺寸、功耗、性能的提升是有很大的推動的。驍龍X55采用的是7納米制程,與驍龍865是一樣的。面對驍龍X60是否將集成到SoC的詢問,高通發言人表示,高通所有的調制解調器芯片都非常靈活,既可以支持作為獨立的調制解調器芯片,也可以是集成在驍龍移動平臺中。值得一提的是,驍龍865+X55是作為組合一起設計的,整個系統的優化也是一起完成的。不過,據了解,高通并沒有計劃將驍龍X60搭配驍龍865來使用。
 

射頻全新技術:Qualcomm ultraSAW 濾波器技術

5G演進對射頻器件提出了全新需求,帶來了不止是數量的增加,更是復雜度和集成度的雙重“提升”。圖3呈現了在全球不同的地區頻段的差異化。這些射頻的組合數量還在快速的上升,各種各樣的組合現在看起來很輕松地已經超過了1萬個。對于終端側,比如手機、CPE、模組、聯網PC等等,它如何能處理這么大的頻段組合的復雜性,這是一個很重要、很大難度的課題,但也是一個必須要解決的問題,如果能解決得比較好將是一個重大的優勢。

圖3 全球不同地區頻段的差異化和頻段組合的復雜性

驍龍X60在射頻前端濾波器中采用了一項新技術 —— Qualcomm ultraSAW 濾波器技術。Qualcomm ultraSAW 薄膜式聲表面濾波器技術是一項基礎科技創新,能夠提升濾波器的核心性能。射頻濾波器將手機發射和接收的無線電信號從不同頻段中分離出來。
 

手機中濾波器數量增加是必然趨勢。從手機信號的收發角度來說,接收信號一般都是有分級的,可以一路收,但一般至少是兩路收。從 LTE 開始至少是兩路收,到了 5G 可以達到四路收,每一個頻段每收一路基本上就需要一個濾波器。另外,發射鏈路也需要濾波器,數量根據發的路數而定,目前一般是發一路,SA 模式下能夠實現發兩路。從頻段角度而言,采用濾波器的具體數量也受具體頻段的影響。此外,現在手機可能要同時支持 10 個或者30個不同的 5G 頻段,因此還需要根據頻段的類型和組合選擇濾波器。
 

高通 ultraSAW 射頻濾波器能夠提供更高的性能,更廣的覆蓋范圍,支持更多的應用場景,能夠實現將插入損耗提升整整 1分貝(dB),可在 600MHz 至 2.7GHz頻率范圍內提供高性能支持,并帶來一系列優勢:
 

• 出色的發射、接收和交叉隔離能力

• 高頻率選擇性

• 品質因數高達 5000

• 極低插入損耗

• 出色的溫度穩定性,維持在個位數的 ppm/開爾文范圍內的極低溫度漂移
 

第三代毫米波天線模組
 

為了配合驍龍X60調制解調器及射頻系統,高通還推出了面向智能手機的第三代毫米波天線模組。這個模組集成了毫米波射頻鏈路上的所有元器件,包括收發器件、射頻前端器件,還有毫米波天線陣列。
 

在驍龍X55中搭配的是高通第二代毫米波模組 QTM525。使用 QTM525,高通已經能支持客戶做出厚度僅為8毫米的支持 5G 毫米波的商用手機。
 

與QTM525相比,QTM535 毫米波天線模組尺寸更小、性能更優,能夠支持所有全球更大范圍的毫米波部署。隨著手機外形越來越輕薄,以及全面屏、可折疊等新的手機設計出現,對手機的ID 和結構設計提出了更高的要求。要求支持毫米波的手機外形更加輕薄,QTM535能很好地支持這樣的手機設計。
 

驍龍X60的兩個全新的關鍵特性

支持VoNR將是5G手機的必備特性

驍龍X60調制解調器及射頻系統支持Voice-over-NR(VoNR),加速向 SA 模式的演進。驍龍X60在實現業界首次支持聚合全部主要5G頻段及其組合的同時,還能夠支持非常高的速率,下行速率最高達7.5Gbps,上行速率最高達3Gbps。
 

首先來說說非獨立組網(NSA)和獨立組網(SA),這是2019年討論的比較多的5G網絡組網的概念,4G和5G部署的初期,網絡的核心采取同一架構,既包含接入網 (RadioAccessNetwork),也包含核心網(Core Network)。5G部署初期,接入網部分換成5G設備,核心網還使用4G,這樣的組網方式叫NSA,在NSA模式中需要依靠一定的4G核心網能力。隨著時間的發展和技術的成熟,核心網和接入網都必將是5G的組網方式,這便稱之為SA。在SA 模式中5G可以獨立工作,SA 模式下的網絡連接為 5G NR 專有鏈路,而無需 LTE 錨點頻段來支持 5G 數據鏈路。全球幾乎所有 5G 網絡最初都是以非獨立組網(NSA)模式部署起步的。據高通預測,全球運營商將在 2020-2021年間加快 5G 部署,擴大覆蓋范圍,持續增加網絡容量,并平滑地過渡到 5G SA 模式。
 

接下來,我們再具體看看智能手機的應用。手機不僅要傳輸數據也要能接聽電話、撥打電話,目前全球所有5G手機的語音通話功能都是依靠4G VoLTE。隨著5G網絡架構將從NSA向SA演進,待SA部署完成后,整個網絡里的各個網元基本上都是支持5G的,沒有網絡結構可以支撐4G業務,所以必須采用5G來支撐語音通話,支持VoNR就成了5G手機必備的特性。驍龍 X60 所支持的關鍵功能, 例如毫米波-6GHz 以下聚合、6GHz 以下頻段 FDD-TDD 聚合、新空口承載語音 (VoNR)以及動態頻譜共享(DSS),都將幫助運營商加速向 5G SA 模式的演進。
 

載波聚合是5G發展的重要技術
 

高通認為,從現在開始到后續幾年,5G全球部署和用戶體驗提升的一個重要支撐技術,就是載波聚合,這包含了6GHz 以下內部、6GHz以下和毫米波之間的聚合。其實,高通在驍龍X55上就已經提供了一些支持,驍龍X60將這種支持提升到了另外一個高度。
 

驍龍X60做了非常完整的、各種組合的載波聚合的支持,它能支持全球所有主要頻段5G的載波聚合的要求,給5G的部署提供巨大的靈活度。
 

­ • 首次支持5G毫米波-6GHz以下聚合

• 首次支持6GHz以下頻段的5G TDD-FDD載波聚合

• 支持5G FDD-FDD載波聚合

• 支持5G TDD-TDD載波聚合
 

如果能夠把5G頻譜中6GHz以下以及毫米波的不同頻段有機地組合在一塊,就能提供更好的用戶體驗,更好的識別率、覆蓋率、網絡容量等。毫米波和6GHz以下頻段隨著頻譜的升高或降低,它的頻寬、速率還有覆蓋性都會發生變化,各具特性,載波聚合可以靈活地根據實際可用的頻譜來優化網絡的特性。比如毫米波的一個載波大概是100MHz,在毫米波內部進行載波聚合可以做到4個載波、8個載波的聚合甚至更高,隨著時間的演進將支持更多的聚合。而6GHz以下頻段TDD一個載波是100MHz,FDD一個載波是20MHz或者更高一點。目前,高通不僅能夠支持6GHz以下TDD、FDD內部的載波聚合,也可以在TDD和FDD之間進行載波聚合,還支持6GHz以下和毫米波聚合。

圖4 全球5G部署展望

截至2020年初,目前的5G部署圍繞著6GHz以下頻段的NSA模式,這種模式在美國、中國、歐洲、韓國和澳大利亞已經部署;同時,美國在2019年開始部署毫米波,歐洲、日本、韓國也將在2020年開始。頻段的使用需要國家來劃分,頻段就緒也需要一定的時間,所以在5G部署初期不同國家頻譜的使用不同,毫米波和6GHz以下頻段部署的時間也不同。在6GHz以下FDD、TDD頻譜都得以部署以后,為了追求更好的性能、更好的體驗,各個國家和地區還會開始6GHz以下內部TDD+TDD, FDD+FDD, TDD+FDD各種各樣載波聚合的部署。在這種情況下,5G要大發展,終端的調制解調器和射頻的靈活度、對不同頻段組合的適應性就變的特別重要。
 

通是全球5G部署中的重要角色之一,備受業界認可。尤其在毫米波領域,一直引領著毫米波技術的發展,不僅率先實現了移動毫米波的商用,而且率先推出了能夠支持目前全球所有商用毫米波頻段的 5G 解決方案。最新發布的驍龍X60,帶來了毫米波與6GHz 以下聚合的全新特性,再次提升5G網絡和終端的性能,加速5G全球部署。據高通分享,今后每年在調制解調器及射頻系統上,都會有一個大的宣布。

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