02.28 高通發佈 5G 基帶芯片 X60:5nm 製程,2021 年上市

【編者按】2020年2月18日,高通發佈驍龍X60 5G調制解調器,這也是目前全球首個5nm 5G基帶,並且首次支持5G毫米波和6GHz以下的FDD和TDD頻段。那麼,這款基帶相較於X50和X55有什麼區別?它的發佈有哪些意義?來聽聽北郵通信博士、芬蘭阿爾託大學聯合培養博士、知乎通信領域優秀回答者崔原豪(知乎暱稱“甜草莓”)如何看待吧!

高通发布 5G 基带芯片 X60:5nm 制程,2021 年上市

作者 | 崔原豪

高通的X60 5G調製解調-射頻系統是擴展版的基帶+射頻器件解決方案,它不只包含X60調制解調器,也包括相應配套的射頻系統:新的毫米波天線模組(QTM535)、新的Sub 6G射頻收發機和射頻前端(濾波器組,包絡跟蹤,功放等)。

具體結構能從PPT裡看出一些端倪:

高通发布 5G 基带芯片 X60:5nm 制程,2021 年上市

X60基帶、毫米波天線模組、Sub 6G射頻模組和射頻前端模組

上圖裡X60的射頻前端解決方案依然採用了毫米波和Sub 6G分離的兩路射頻,這其實在意料之中。因為考慮到毫米波頻段過高的頻率動態範圍,所以單獨採用一條RF鏈路處理毫米波是現行最經濟的方案。

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X60基帶的重要信息

我們先放下射頻部分談談X60調制解調器。相信大家最關心的是高通官方公佈的5G相關特性:

  • 毫米波部分,支持800MHz@240kHz單載波帶寬,8載波聚合(R15目前上限16)和2x2 MIMO(R15目前上限8x8),關於括號裡的數據相信R16,2020年定稿之後會有提升。

  • Sub 6G部分,支持200 MHz@60kHz單載波帶寬和4x4 MIMO。

  • 5G峰值下行速率7.5Gbps,峰值上行速率3Gbps。

  • 支持5G雙SIM卡 。

根據高通官網,Snapdragon X60 5G解決方案的亮點有四個: 更全的頻譜支持(Ultimate Operator Flexibility),更寬的覆蓋(Superior Coverage),更好的電池管理(Better Power Efficiency)和更快的5G速度(Blazing Fast 5G Speeds)。

這其中頻譜、電池管理相信大家都可以理解,需要解釋的是為什麼新基帶可以做到覆蓋增強?

在PPT裡,高通解釋了它來自兩種方案,一種是5G裡包含的低頻頻譜(大家可以回想廣電之前獲得的700MHz頻段),第二種是4G頻譜的動態頻譜共享(Dynamic Spectrum Sharing,DSS)。

這裡需要解釋一下,說白了DSS就是動態偵測4G頻段有沒有用戶正在使用,如果沒有的話,動態接入這些頻譜,用4G頻段來傳輸5G信號。

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不過高通對“更快的5G速度”的解釋卻很讓人奇怪。

首先對比一下X60和已經商用的另外兩個5G調制解調器X55、華為Balong 5000(以下簡稱“Balong 5000”)之間的理論峰值速率區別。Balong 5000支持Sub 6G 100MHz@30kHz,毫米波部分只公佈了峰值下行6.5Gbps,總下行峰值7.5Gbps(It also achieves 6.5 Gbps in the mmWave frequency bands and 7.5Gbps if plus LTE dual connection)。

Sub 6G部分的載波聚合參數Balong 5000不如X55和X60高,但如果我們對比X55/X60/Balong 5000的峰值速率,有意思的事情出現了。

X60,X55和Balong 5000關於峰值速率部分描述是完全一致的,包括上行和下行峰值速率。

高通发布 5G 基带芯片 X60:5nm 制程,2021 年上市

這就很奇怪了同志們。

高通聲明X60可以達到更快的5G速度,官網說這種特性來自於毫米波和Sub 6G頻段的載波聚合,而公佈的峰值速率卻和上一代5G解決方案相同,所以7.5Gbps峰值下行數據就顯得有些奇怪。

這裡解釋一下,對於7.5Gbps這個峰值速率,Balong 5000官網描述的實現方式是NR+LTE雙連接,也就是同時連接4G和5G基站來傳輸數據。

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個人猜測,一種可能是因為目前5G標準中下行速率理論峰值就是7.5Gbps,以前的實現方式是NR+LTE雙連接,現在的實現方式是毫米波+Sub 6G的載波聚合,相當於多了一種峰值速率的可能實現方案,但是如果這麼想的話,「更快的5G速度」可能就無法從數值上直觀體現和驗證了;

另外一種可能是,高通這裡提到的峰值下行速率(Peak Downlink Speeds)不是在指這裡的7.5Gbps(理論峰值下行速率),而是在暗示某種實際場景下的測試值會更高,這個暫時無法定論只能猜測。當然我們也不能排除官方數據寫錯了的可能。

高通提到的另外兩個問題,Sub 6G FDD/TDD載波聚合和Voice Over NR需要特別解釋一下,我們雖然一直叫6GHz以下頻譜為Sub-6G,但是實際上每個頻段都有劃分更小的子帶,每個子帶有特定的標號(n1,...,nXXX) 。

在這些子帶中,標準規定了各個子帶應該使用什麼模式,是FDD還是TDD。如下圖。

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FDD限制的頻段大部分存在於Sub 6G中的較低頻,TDD頻段大部分存在於Sub 6G中的較高頻。而為了支持大規模天線配置,毫米波都是TDD頻段。

通常來說,我們說的載波聚合是指同時使用多個子載波傳輸數據。高通聲明的Sub-6G FDD/TDD載波聚合實際含義是,可以聚合使用這些頻段(Sub-6G FDD/TDD)中的載波,從而達到更快的傳輸速率(頻段更多了)和更大的覆蓋範圍(來自於低頻段電磁波高覆蓋特性)。這裡高通是實現了帶外、不連續、不同複用制式(FDD/TDD)的載波聚合。

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至於Voice Over NR,就是說語音可以通過5G網絡傳輸,這個和Voice Over LTE類似,正常情況下大家可能以為,手機在什麼網就會通過什麼網絡傳輸語音,其實並不是。

大部分新建網絡(比如4G網絡建設初期),手機打電話是會切換到3G或者2G網絡的,我們稱為回落,所以有段時間移動用戶打電話就會斷掉蜂窩數據網。

就這個Voice Over NR,如果我們強行解釋好處的話,意味著如果5G網絡支持,那麼在5G網絡中的手機打電話不必回落到4G網絡,可以直接通過5G網絡傳輸語音數據,同時因為5G網絡速率更快,所以能支持更高清的數據格式和通話延遲(當然我其實不覺得電話需要那麼高的無線速率)。

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毫米波天線模組

X60調制解調器-射頻解決方案中,另外一個需要注意的部分是第三代毫米波天線模組QTM535,相比之前的QTM525,主要特點是更加輕薄了,這對移動終端(比如手機)來說,是巨大的好處。

不過我從目前的發佈新聞看到的,只能得到以下結論:

QTM535 確定會更薄,但是不知道會到什麼程度,可以支持26GHz,28GHz和39GHz這幾種已經其他國家已經批准的毫米波頻譜。但是具體是哪些依然不知道。順便一提,我國目前還沒批准毫米波頻譜。

總之,QTM535是一個存在於PPT上的東西,可能現在還沒有最終完全確定。再結合高通對峰值速率的解釋和臺積電5nm的時間表考慮,雖然目前的X60特性看起來都不錯,但是我們要用上X60可能還需要一段不短的時間。

高通发布 5G 基带芯片 X60:5nm 制程,2021 年上市
高通发布 5G 基带芯片 X60:5nm 制程,2021 年上市

X60是外掛的嗎?

另外一個大家關心的地方,X60是不是外掛的?

這個問題目前不太清楚,也下不了結論。X60是否能外掛的核心問題是調制解調器中的毫米波部分可以做到多小,能不能足夠小到目前商用SoC的芯片大小極限?說不定明年芯片樣品出現的時候,真的可能全塞進去也未知。

如果工藝依然做不到的話,驍龍875發佈的時候高通出品一箇中國特供版875,移除X60裡的毫米波模塊,強行把Sub 6G集成進SoC也可行,就像驍龍765G那樣。

當然,華為未來為了歐洲和其它國家的毫米波市場,考慮在某個機型下不集成基帶,而是外掛一個新Balong也有可能。

未來可能性還是很多的,相信我們下次見到高通提及X60,產品會被完善很多。到時候就是完全不同的樣子了。

作者簡介:崔原豪,北京郵電大學通信博士,芬蘭阿爾託大學聯合培養博士,知乎通信領域優秀回答者(知乎暱稱“甜草莓”),知乎2018年度榮譽知友。通信很大,想和大家一起去看看。


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