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,其實是非常想去現(xiàn)場體驗滴,可惜,最近實在太忙(qióng)。。。
所以,只能老老實實待在電腦前,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。因為,今年是5G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)注重點之一,就是5G手機。
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?”
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)上的修修補補。不管是在技術(shù)標準上,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)在最先進的4G手機,或者“4G+”手機,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手機并沒有問世。也就是說,現(xiàn)在市場上買不到5G手機,小棗君也拿不出5G手機的照片給大家看。
其實,5G手機的芯片已經(jīng)有了,5G實驗機也已經(jīng)有了??梢哉f,一旦網(wǎng)絡(luò)條件成熟,第一部5G商用手機隨時都可能問世。
今天小棗君要做的事,就是在5G手機還沒發(fā)布之前,和大家共同“暢想”一下,5G手機到底是個什么樣。同時,也順道科普一下,手機通信的那些事兒。
一部手機,硬件上由很多模塊組成,例如觸屏交互模塊(液晶屏幕)、相機模塊(前置/后置攝像頭)、音頻模塊(揚聲器/話筒/耳機插孔)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,對于5G手機來說,大部分模塊和一般手機沒有什么不同。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,正是手機之所以能作為“通訊工具”的核心關(guān)鍵。
首先,我們先來詳細了解一下手機的通信原理。
通信目的來看,我們的智能手機通常由兩大部分電路組成。一部分是負責高層處理部分的應(yīng)用芯片AP,相當于我們使用的電腦,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,相當于我們使用的Modem,手機支持什么樣的網(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。基帶部分完成處理后就會在手機和無線網(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,打個比方,基帶芯片就相當于一個語言翻譯器,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糠重撠熜盘柼幚砗蛥f(xié)議處理,射頻部分負責信號的收發(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,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,對于手機來說,最重要的就是手機芯片。雖然現(xiàn)在手機廠家很多,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標準的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非獨立組網(wǎng))和SA(Standalone,5G獨立組網(wǎng))兩種組網(wǎng)方式,理論上可實現(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手機的數(shù)據(jù)下載速率將遠遠超過現(xiàn)在的4G手機。
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:
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上的天線。
今天,我就和大家詳細說一下——
手機的天線,到底是什么樣的?
手機必須要有天線。但是細心的各位一定發(fā)現(xiàn)了,我們現(xiàn)在用的手機,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,我們手機的通信頻率逐漸在往高頻段發(fā)展。
而手機通信頻段越高,波長就越短,天線也就越短。
關(guān)于手機頻率、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(用于訪問運營商網(wǎng)絡(luò)),手機還有Wi-Fi功能、藍牙功能、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,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。也就是直接把手機金屬中框的一部分,當作天線來用。
那5G對手機天線會有什么影響呢?
5G的頻段,也分為低頻頻段和高頻頻段。
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?;鸨腗IMO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,MIMO在4G就有了,只是5G時更加發(fā)(sang)揚(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)很擁擠的手機里面塞進去這么多天線,顯然對手機設(shè)計工程師們來說,又是一項艱巨的挑戰(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)強化——陣列天線。
基站就不用說了,密密麻麻的天線。。。
手機這邊,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,就是為了實現(xiàn)波束賦形(通過調(diào)整天線相位差,實現(xiàn)對電磁場輻射方向的控制)。
看過我之前天線文章的同學,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。既考驗廠家的技術(shù)實力,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!
友情鏈接:www.51carfi.com
掃一掃在手機上閱讀本文章