“4300萬個模擬手機用戶，這個市場錯不了。”在1G向2G過渡時期，摩托羅拉一位高管在面對數字化威脅時毫不在意。
“我們并沒有做錯什么，但不知道為什么，我們輸了。”在3G向4G過渡時期，諾基亞手機未能把握智能機時代機遇而衰落，前諾基亞CEO在公司并入微軟的記者會上說了這句話。
你還記得“手機中的戰斗機”嗎?當年這廣告詞牛逼到趙本山拿到春晚。
波導曾多次榮登國產手機銷售冠軍。可惜，隨著聯發科推出其著名的Turn-Key解決方案后，“踏平”了手機行業的門檻，而堅持做“手機中的戰斗機”的波導為保持其技術優勢，選擇堅持與德州儀器合作，拒絕了聯發科的解決方案。
隨后，“戰斗機”在“山寨機”的浪潮中被淹沒。
2018年6月，3GPP 5G NR獨立組網標準完成，標志著移動產業進入一個全新的時代——5G時代。
5G來了!5G手機也要來了!
不久前，《2018年愛立信移動報告》發布，報告里“5G設備展望”部分引入注目…
報告指出，首批支持5G中頻段的商用智能手機預計將于2019年初推出，而支持5G高頻段(毫米波頻段)的商用智能手機預計于2019年中期推出。
眾所周知，現有的4G手機支持GSM/WCDMA/LTE等制式共計20多個頻段，而5G NR支持從450MHz到52.6GHz更廣泛的頻段范圍，5G手機不但要支持現有LTE頻段，還要支持頻率更高、范圍更廣的5G頻段，這為5G手機設計提出了新的挑戰。
5G頻段分為小于6GHz和毫米波兩大頻段范圍，兩大頻段范圍面對不同的挑戰。
一，對于小于6GHz頻段，射頻前端是塊難啃的骨頭。
對于6GHz以下頻段，5G手機估計會沿用4G基本設計構架，但射頻前端是一大挑戰。
所謂射頻前端(RFFE：Radio Frequency Front End)，位于Transceiver和天線之間，包括濾波器、功率放大器、低噪聲放大器、雙工器、射頻開關等，其性能直接影響手機信號強度、通話質量、連接可靠性、連接速度和功耗等。
最早的手機射頻前端非常簡單，一根天線連接一個雙工器、功率放大器和低噪聲放大器就搞定。但隨著手機支持的頻段越來越多，每一個頻段都需要獨立的雙工器、功率放大器和低噪聲放大器，導致了射頻前端越來越復雜，在集成難度、成本和性能上均面臨越來越大的挑戰。
比如，一部手機若支持20個頻段，就需要20個雙工器(40個濾波器)，如果這部手機支持4*4MIMO，也就是配置4根天線，濾波器的數量可達160個。
總之，進入5G時代，早期5G部署采用與4G混合組網的方式，新引入的5G頻段、載波聚合、MIMO、雙連接等技術意味著要想在智能手機狹小的空間里實現高性能、低成本射頻功能，對射頻元器件、新材料工藝和集成設計提出了更高的要求，射頻前端整體設計將面臨更加嚴峻的挑戰。
二，對于毫米波頻段，5G手機設計面臨新挑戰。
先說為什么5G手機需支持毫米波頻段?
從技術上講，提升手機上網速率無非四大技術：無線頻率帶寬、QAM調制方式、載波聚合和MIMO技術。
對于4G手機，理論上講，若支持最大5CC載波聚合(LTE最大信道帶寬為20MHz，5CC載波聚合即100MHz帶寬)、256QAM調制方式和4×4 MIMO技術，最大下載速率可接近2Gbps。
不過，這只是4G手機速率的理論極限，在實際設計中，支持更高階的調制方式和更多的載波聚合，意味著更耗電，需要更復雜、更高性能的射頻和基帶電路;更高階的MIMO技術，即支持更多的天線，則意味著面臨天線的物理尺寸、隔離度和輻射效率的限制。
可5G的KPI是支持10-20Gbps的峰值速率，顯然這是4G手機無法完成的任務。
因此，5G手機需要支持毫米波頻段，原因主要有兩點：
首先，毫米波頻段支持更寬的帶寬，5G NR在毫米波頻段的最大單信道帶寬為400MHz，遠大于4G LTE的20MHz，更寬的、連續的頻率帶寬可大幅提升5G速率。
其次，毫米波頻段意味著天線尺寸大幅減小，可實現波束賦形(beamforming)和多天線空間復用技術，利于智能手機小型化、輕薄化的外觀設計。
相較于小于6GHz頻段，高頻段毫米波的傳播損耗更高，覆蓋距離更近，信號穿墻能力弱，還受氧氣、濕度、霧和雨的影響，鑒于此，為提升信號覆蓋，需在基站和手機兩端采用多天線和波束賦形技術。
問題來了，毫米波波束賦形面臨的最大問題是——人體阻擋衰減。
簡單的說，我們的手握住手機，放在耳邊打電話，都會阻擋毫米波波束信號。
為此，根據一份IEEE的技術報告，為了支持毫米波波束賦形，5G手機需引入多個波束賦形模塊(5G Beamforming Module)，并將這些波束賦形模塊分布式設計于手機后殼。
▲5G手機系統基本構架圖(新引入波束賦形模塊，波束賦形模塊內包含多天線單元組成的相控陣)
▲多個波束賦形模塊分布于5G手機后殼周圍
為何要這樣設計呢?
就是為了避免人體阻擋衰減。
研究表明，我們握手機的姿勢主要有以下四種：
每一種姿勢都可能對毫米波波束造成阻擋，但是，如果手機周圍分布多個波束賦形模塊，那就意味著，我們不管采用怎樣的姿勢握手機，總會有兩個波束不會被阻擋。比如，第①種握姿，波束賦形模塊1和2不會受阻擋。
這是一種以“數量”換“質量”的設計方案，以克服人體阻擋衰減。
同時，這種設計方式還有可獲得更高的空間復用增益、利于散熱等優點。
值得一提的是，這種設計方式可能意味著傳統SIM卡卡槽消失，取而代之的直接焊接入電路板的eSIM卡。
因為要在手機后殼周圍安裝多個波束賦形模塊，這種設計方式也可能導致早期支持5G毫米波的手機(或原型機)較為笨重，樣子較丑。
前幾天，有媒體爆料稱摩托羅拉將為其Moto Play Z3智能手機配了一個5G通信模塊。
如上圖，這個5G通信模塊就像是一個手機蓋子，背后印有5G logo，網友普遍吐槽這“蓋子”太丑。
由于沒有更多的關于該5G通信模塊的信息，不知道該5G通信模塊是否支持毫米波，但有業內人士猜測，這個“蓋子”可能就是采用分布式波束賦形模塊設計。
所以看起來有點笨重，有點丑。
回顧歷史，移動產業每次更新換代，都會引發終端領域的設計變革，也會引發行業重新洗牌。
過去，我們談論的是摩托羅拉、諾基亞和黑莓，今天登上舞臺的是蘋果、華為和三星等，正所謂你方唱罷我登場，各領風騷三兩年。
5G手機要來了，首先在設計上將面臨前所未有的挑戰和變革，競爭異常激烈的手機行業的城頭是否會再次變換大王旗?誰會是下一個摩托羅拉?誰會是下一個諾基亞?
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