迎接NR毫米波面面俱到　高通5G晶片/手機奪先機

圖1 高通執行副總裁暨QCT總裁Cristiano Amon表示，迎接5G時代，高通推出5G NR毫米波原型設計與5G手機參考設計，協助廠商開拓5G市場。

5G無疑是近年通訊產業最熱門的話題。5G通訊技術從隨身攜帶的手機開始，一路擴展到家庭、汽車，甚至是智慧城市的服務範圍，預料將會為科技產業帶來革命性的典範轉移，吸引晶片商、電信商與終端裝置製造商摩拳擦掌，搶占5G山頭。 

高通執行副總裁暨QCT總裁Cristiano Amon(圖1)表示，行動手機普及覆蓋全球，現在已有75億台連接裝置，是有史以來人類最大平台，如今已難以見到任何單一產業沒有使用智慧手機做為居中連結的橋樑，5G時代無疑將更加改變人類的一切運作，包含生活型態與產業模式。 

Sony行動通訊產品開發副總裁Kazuo Murata表示，5G手機最大挑戰是毫米波技術。手機要求小型化、低功率的高效天線系統設計，需要晶片商提出相對應的解決方案；而在手機外殼部分，還需要處理材料問題，以降低毫米波干擾(圖2)。 

基於此，高通率先推出基於3GPP正在制定的5G新空中介面(NR) Release-15規範之5G NR毫米波原型系統。此原型系統能夠在24GHz以上毫米波頻段運行，展示先進5G NR毫米波技術於真實行動環境中，以每秒數Gigabit的資料傳輸率，實現穩定的行動寬頻通訊。此外，該原型系統還成功於高通第一款厚度僅有9.5毫米的5G原型手機中，實現優化毫米波射頻前端(RFFN)設計，用於測試及試驗毫米波在真實環境中面臨的諸多挑戰，例如終端裝置和手握所帶來的訊號阻塞。 

圖2 5G手機要求小型化、低功率的高效能天線設計系統，以支援高頻的毫米 波技術。

高通5G原型手機打前鋒手機外殼材料不設限 

承上述所言，手機的外殼材料將有可能對毫米波訊號傳輸產生干擾，這對手機外殼的材料將產生甚麼改變呢？Amon談到，該公司初期製作參考設計非常重要的一點，就是提供形狀因子參考，在外形基礎之上，對於相關技術進行驗證，例如射頻前端應該如何設計、天線應如何擺放，以及如何對天線進行更進一步的調協作業。待這些基本工作完成後，再與基礎設施供應商、OEM或其他相關廠商合作，施行外場測試優化無線電射頻。 

Amon指出，目前市場上，已經有一些智慧手機可以穿透金屬、陶瓷或玻璃來進行毫米波傳輸，此毫米波傳輸是建立在Wi-Fi 802.11ad的基礎框架下，因此晶片商需要盡早開始進行相關測試，以備未來OEM設計5G裝置時，能更自由選用想要採用的材料，不因5G技術挑戰，而導致廠商材料選擇上有所限制。 

Amon強調，對高通而言，手機設計更重要的挑戰就是天線擺放位置，該公司希望其天線擺放能更加智慧，藉此根據手機使用者手部擺放、手部握持的位置，以及所選擇的材料自動進行調整。也基於此，高通在射頻前端方面進行早期投資，從而開發相應的天線技術，解決當前智慧手機使用遇到的技術難題。 

圖3 高通產品行銷資深總裁Peter Carson談到，在5G領域，智慧手機將會支援多模，可以向下相容於4G以下的通訊標準。

高通產品行銷資深總裁Peter Carson(圖3)表示，從晶片組角度來說，該公司測試基頻有兩個晶片組，第一個就是5G數據連接專用的5G數據機晶片組；另外一個就是射頻模組，它是透過裡面的天線、PA和收發器，全面支援毫米波。 

搶進5G大餅　 前端射頻是機會也是挑戰 

Amon分析，5G發展使晶片設計複雜程度愈發突顯，尤其是在前端射頻方面。在晶片設計中，射頻前端使用更多天線單元與天線元件，尤其是收發器附近，設計須考慮到怎麼解決天線共享問題；再者，在晶片設計中會加入更多模組，從而讓整個終端性能和體積管理愈顯重要。 

高通產品行銷資深經理Nitin Dhiman(圖4)提到，射頻前端不只是為了支援頻段，手機內的不同元件、雲端組合與載波聚合所帶來的問題會越來越大，甚至是手的擺放位置都會改變訊號接收強度，再者，新的手機設計大多採用無邊框設計，更需RFFN加強訊號接收上的效能。所以射頻前端不僅影響手機螢幕大小，包含尺寸、厚度與電池續航力都會有其影響性。 

綜合上面所述，前端射頻上是非常大的發展機會，高通本身自有RF360產品，可以充分利用5G帶來的機會，進一步在市場開發創新產品與解決方案。 

圖4 高通產品行銷資深經理Nitin Dhiman指出，新手機的造型設計與使用者手部擺放位置將進一步提升射頻前端設計的複雜性。

以前端射頻的製程來看，Amon表示，該公司內部最新產品使用的是砷化鎵(GaAs)，不過考慮到一些相對低端的產品上須面對易普及性與產品價格問題，該公司認為採用CMOS製程仍有優勢，故高通入門產品主要是用CMOS+GaAs混合的功率放大器(PA)為主，而針對一些較高階、較新的PA則都採用GaAs。 

當被詢及與其他專注於前端射頻開發的公司，如Qorvo、Skyworks與Anokiwave等廠商的關係，Amon認為，高通與這些廠商屬於一種競合關係。因為對某些高通客戶來說，有可能希望僅使用基於Snapdragon產品的基頻。因此該公司提供給客戶兩種類型的方案，一種是全部使用高通的方案，另一種則是基於Snapdragon，由高通向其它家提供前端射頻方案的廠商採購晶片，從而確保客戶可以享有基於Snapdragon系列產品的服務，在這種模式下，以「競合」來形容與不同射頻開發商的關係最為貼切。 

Dhiman談到，射頻前端組件隨終端複雜性的提升而增加。如果要設計下一代無線終端裝置，要確保不同組件與功能整合在射頻前端上面，而高通一直以來秉持這樣的作法，將整個平台需要的組件都放在一起。 

基於這樣的理念下，高通除了在高頻毫米波密切布局之外，在低頻的射頻前端也有最新進展。 

擴充射頻前端產品陣容高通推出600MHz方案 

高通於日前推出首款針對Band 71頻段優化的功率放大器模組、調適孔徑協調器與濾波器，除了提高戶外訊號的覆蓋率與室內訊號的穿透率，更能為行動電信業者的網路帶來更大的容量。該方案預計將支援眾多類型的終端裝置，其中包括智慧型手機與物聯網產品，且在不增加裝置設計與研發的額外複雜度的情況下使用這個頻段。 

Band 71是低頻頻段，可以較低的投資成本實現廣泛的覆蓋，室外能獲得更大覆蓋與更好語音效能，事實上，該公司選用低頻主要原因，是將其視為物聯網的補充，確保物聯網裝置之間的連接，同時滿足用戶對於遙遠與偏僻地點達到高訊號覆蓋率的需求。據了解，T-Mobile現正著手布建相關網路功能，基於高通Snapdragon行動平台且支援600MHz Band 71頻段的智慧型手機目前即可提供商業使用。 

2019年5G商用手機有望現身

Verizon策略合作資深副總裁Atish Gude談到，5G為電信業者帶來一系列的創新與機會，如高速傳輸的虛擬實境(VR)/擴增實境(AR)體驗。新的5G優勢就是毫米波的低延遲特性。電信商透過可靠的網路建設，為更大範圍的環境提供物聯網服務，不僅在廣播方面提升，同時為影像傳輸應用開啟嶄新面貌。 

目前全球產業對於5G NR於2019年布建完成的關注度極為明顯可見且持續增加，包括在行動應用中使用毫米波，以滿足日益增長的行動寬頻需求並支援新興案例。對於消費者而言，5G NR所支援的增強型行動寬頻將帶來更即時的體驗，進而增加多媒體消費、提升多媒體產出、支援AR/VR並提升獲取豐富資訊的速度。 

Carson指出，在2019年上半年，將會進行X50數據機商用發布，因此從現在到2019年上半年之間的時間，還有很多工作需要完成，屆時市場上會看到第一個基於X50的智慧手機終端產品現身，而此款智慧手機會是一個多模的產品，支援2G、3G、4G，也包含Gbit/s LTE的通訊標準。當然，現階段較難猜測會由哪一家電信商搶先試運行，或者電信商選擇支援哪個頻段。不過，在如此競爭的市場上，該公司看到現已有很多電信商，希望使用支援Gbit/s傳輸速率的技術銜接5G時代。在5G領域，智慧手機將會支援多模，可以向下相容於4G以下的通訊標準。 

高通的5G NR毫米波原型系統將用於2017年下半年啟動的3GPP 5G新空中介面互通性測試和OTA試驗，上述測試和試驗將由高通與多家基礎設備廠商和網路營運商共同進行。此外，行動終端裝置廠商將有機會較早開始對產品進行優化，以因應在尺寸較小的終端裝置中整合5G NR毫米波技術的獨特挑戰。 

上述測試和試驗目的在推動行動生態系統實現5G NR毫米波技術的大規模快速驗證和商用。 

立足4G　 眺望5G未來新商機

Carson談到，4G有超過40個不同的頻譜頻段，而對電信商來講，在部署4G的時候，勢必要尋找對各自而言可用性最好的頻段，而在每個市場都有40多個頻段，在選用上自然是比較頭痛的問題；不過，5G的可用頻段數量約4~8個，故選用上挑戰較不大，但它所帶來的問題同樣也非常棘手，因為在5G時代，為了能夠獲得更高網路容量、更高網路速度與更好的頻寬，頻段將會往高頻前進，就算是6GHz以下頻段，低頻段的起步是從3.4GHz開始，這也比現在4G所用的行動網路頻率還高。既然頻段和頻率都提高了，迎面而來的就是傳輸範圍與覆蓋率受到更多限制，而這些都是制約5G快速發展的瓶頸。 

整體而言，Amon表示，5G代表著網路密度會越來越大，也意味著電信商需要建造更多基地台才可以滿足需求，不僅如此，電信商必定需要在新的頻段與頻譜上部署相關技術，綜合上述兩點，將間接增加電信商建網成本投入。不過從另一方面來看，電信商可能會採取新的商業模式，例如提供更多內容、在網路上提供影音播放等等。換言之，在5G時代，電信業者應該要把握機會，跳脫傳統電信業僅提供基本智慧手機通話的服務，主動掌握大量的物聯網商機以及新的連接方式和新的商業模式帶來的機會。 

現在市場上領先的幾家電信商，對5G投入很積極，期能加速5G基礎建設的建設，而這種技術投資肯定需要費用，但不可否認，對於這些領先的電信商來說，在大舉投入布網的同時，也可通過傳統連接技術，建立新的連接、新的業務模式與新的服務提供方式，從而穩固市場領先優勢。