在移動通信領(lǐng)域，高通一直走在業(yè)界的前列。在日前于深圳高通創(chuàng)新中心舉行的媒體沙龍上，高通無線半導體技術(shù)有限公司上海分公司產(chǎn)品市場總監(jiān)沈磊不僅詳細介紹了其在上個月公布的全球首款5G調(diào)制解調(diào)器驍龍X50和今年2月份推出的千兆級LTE調(diào)制解調(diào)器驍龍X16，還透露了其面向物聯(lián)網(wǎng)的LTE布局。從千兆級LTE技術(shù)到5G再到面向物聯(lián)網(wǎng)的LTE布局，高通究竟在下一盤怎樣的棋？

千兆級 LTE調(diào)制解調(diào)器驍龍X16是怎樣煉成的？

前不久，NETGEAR推出的全球首款千兆級LTE移動終端——移動路由器MR1100，以及由愛立信支持的Telstra全新千兆級LTE網(wǎng)絡，就是基于驍龍X16調(diào)制解調(diào)器和Qualcomm® Wi-Fi解決方案。“千兆級速率是光纖級別的速率，這在無線領(lǐng)域可以說是一個很高的標桿。”高通無線半導體技術(shù)有限公司上海分公司產(chǎn)品市場總監(jiān)沈磊表示，千兆級速率實際上是多種技術(shù)相互融合而達到的，這其中應用到的幾個主要技術(shù)包括載波聚合、高階調(diào)制和更高階的MIMO。千兆級LTE的基礎，首先是載波聚合，載波至少要20MHz的帶寬。“以前GSM是200KHz，WCDMA和HSPA+是5MHz，而到了LTE最少是一個載波20MHz。”沈磊稱，在這個基礎上，LTE的調(diào)制方式也比2G和3G有了一個升級。下行初始的調(diào)制方式是64-QAM，一個無線信號可以傳輸6個bit。另外LTE從最初的Cat.4往上的標準，都需要MIMO。門檻是2x2MIMO，這指的是在接收端要有兩個天線，有兩個接收的射頻通路。簡言之，相當于有兩個數(shù)據(jù)流。

相對高階調(diào)制和更高階的MIMO，載波聚合是最容易實現(xiàn)，也是最早被采用的。沈磊以Telstra的場景為例稱， Telstra有三個授權(quán)頻段，每個頻段都是20MHz，它可以通過射頻和基帶技術(shù)，把這三個載波或這三個頻段聚合起來，即把三個射頻信道變成一個更寬的信道，就是3×20MHz，實際上就是60MHz。每個載波就有2個數(shù)據(jù)流，三載波條件下一共有6個數(shù)據(jù)流。一個數(shù)據(jù)流就是64-QAM，速度是75Mbps。75Mbps×6=450Mbps，所以三載波聚合可以得到450Mbps的帶寬。這是實現(xiàn)千兆級的技術(shù)之一，通過三個載波聚合將速度可提升到450Mbps。

其次是增強調(diào)制方式，下行鏈路256-QAM。通過提高收發(fā)器的復雜度，一個信號可以搬運更多的比特（bit）。256-QAM是一個信號可以承載8個bit，比以前64-QAM的一個信號承載6個bit提升了33%。“一個數(shù)據(jù)流就從原來的75Mbps提升33%，就變成了100Mbps。三載波聚合有6個流，通過256-QAM一個數(shù)據(jù)流上有100Mbps，所以變成是100Mbps×6，可以達到600Mbps。”沈磊解釋稱，這是通過三載波聚合，加上256-QAM之后，可以到達這樣一個水平。三是部署4x4MIMO。這意味著在終端上部署更高階的MIMO，更多的天線，更多的收發(fā)鏈路，更多的數(shù)據(jù)流。沈磊依然以Telstra的部署為例解釋稱，它是在兩個載波上部署了4×4MIMIO，剩下的一個載波還是2×2MIMIO。使用4x4MIMIO技術(shù)之后，一個載波上的數(shù)據(jù)流數(shù)量從2個變成4個，這種部署下的三載波，就是4+4+2，10個數(shù)據(jù)流。在256-QAM的條件下，一個數(shù)據(jù)流是100Mbps，所以100Mbps×10就到1Gbps。“通過以上這三個主要的技術(shù)，我們可以達到1Gbps。”沈磊說，之所以三個載波不全部用4x4MIMIO，這是一個系統(tǒng)復雜程度的權(quán)衡結(jié)果?，F(xiàn)階段，業(yè)界能支持最好的技術(shù)，最多能夠做到10個數(shù)據(jù)流。雖然后面還會演進，但是到X16這個modem，做到10個數(shù)據(jù)流已經(jīng)是它的極限了。“不過，Qualcomm已經(jīng)在計劃后續(xù)的產(chǎn)品。數(shù)據(jù)流肯定會不斷增加，未來會做到12個數(shù)據(jù)流，甚至15個數(shù)據(jù)流。”

實際上，現(xiàn)在做4x4MIMO技術(shù)，還有幾個難關(guān)需要攻克。沈磊舉例稱，LTE的基準點是需要兩個天線，也就是最少2x2MIMO。而現(xiàn)在手機越來越薄，但電池、應用處理器、相機模組等越來越大，留給天線的空間已越來越小，而且手機的技術(shù)外殼會妨礙天線性能，天線的性能實際在下降，2x2MIMO在研發(fā)上已經(jīng)有一定的挑戰(zhàn)。如果做4x4MIMO，要四個鏈路，四套天線，難度更大。不過，沈磊同時也指出，一些全球領(lǐng)先的廠家現(xiàn)在已經(jīng)攻克了輕薄的手機里面做四個天線的技術(shù)，如面向北美T-Mobile的三星Galaxy S7/S7 EDGE就是4x4MIMO，還有Sony Xperia XZ，它們都是基于驍龍820處理器。中國也有很多廠家在這方面發(fā)力，相信未來不久，大量的廠家都可以爬過這個難關(guān)。

“Qualcomm的驍龍X16調(diào)制解調(diào)器非常靈活，不過它的能力最多就是做四載波聚合，最多是10個數(shù)據(jù)流，這在業(yè)界已是最高的能力，也是目前速度最快的無線連接。”沈磊稱，事實上，做到1Gbps之后，每個運營商可根據(jù)自己頻段的資產(chǎn)情況，對載波靈活部署。可以700MHz一個，900MHz一個，1.8GHz一個?？梢杂幸徊糠州d波是TDD的，有一部分載波是FDD，可以混合地聚合在一起。此外，得益于對LAA和LTE-U的支持，減少了所需授權(quán)頻譜的數(shù)量——可減少至40 MHz或更少——將顯著增加全球可部署千兆級LTE速率網(wǎng)絡的運營商數(shù)量。

據(jù)介紹，在Qualcomm剛剛發(fā)布的驍龍835處理器中就集成了驍龍X16 LTE調(diào)制解調(diào)器。

沈磊表示，得益于驍龍X16 LTE調(diào)制解調(diào)器千兆級的LTE速度，用戶將能夠享受到其突破性功能帶來的優(yōu)勢，如360度虛擬現(xiàn)實內(nèi)容的實時傳送、全新的影音娛樂體驗（快速緩存超高保真音樂和電影）、即時APP應用（無需下載安裝即可享用）、更快更無縫的云端應用與服務的訪問。同時也將使得云存儲或?qū)碛墟敲辣镜亻W存的讀取速度。“從2G到3G到4G的發(fā)展過程當中，每一次無線通訊帶寬速率上去之后，很快后面的應用和服務都會跟上，相信數(shù)據(jù)速率達到1G之上，運營商各方面的部署和服務完成，應用和服務開發(fā)者會有非常多的創(chuàng)意，讓大家體會到全新移動寬帶的體驗。”

首款5G調(diào)制解調(diào)器X50面世 意在加速5G全球標準5G- NR制定

除了千兆級LTE調(diào)制解調(diào)器，沈磊也詳細介紹了Qualcomm在香港的4G/5G峰會上發(fā)布了5G調(diào)制解調(diào)器——X50 。這也是是業(yè)界首款5G modem產(chǎn)品。驍龍™X50旨在支持OEM廠商打造下一代蜂窩終端，并協(xié)助運營商開展早期5G試驗和部署。沈磊指出，5G的頻段現(xiàn)在還在探討中，3GPP組織對于整個5G的各個層級，如終端接入網(wǎng)、核心網(wǎng)，還有如從物理層到鏈路層到應用層的規(guī)范，還在制定當中。因此還需要一段時間才能看到一個全球標準出現(xiàn)。“那么，X50 5G調(diào)制解調(diào)器的出現(xiàn)，主要是針對在3GPP標準出現(xiàn)之前運營商的前期部署，比如Verizon的5G TF和Korea Telecom的5G-SIG規(guī)范，它們都是28GHz的毫米波。”驍龍X50 5G調(diào)制解調(diào)器最初將支持在28GHz頻段毫米波（mmWave）頻譜的運行。它采用支持自適應波束成形和波束追蹤技術(shù)的多輸入多輸出（MIMO）天線技術(shù)，在非視距（NLOS）環(huán)境中實現(xiàn)穩(wěn)定、持續(xù)的移動寬帶通信。通過支持800MHz帶寬，驍龍X50 5G調(diào)制解調(diào)器旨在支持最高達每秒5千兆比特的峰值下載速度。這比1Gbps的千兆級LTE提升了5倍。

此外，X50支持雙連接的多模4G/5G。“驍龍X50 5G調(diào)制解調(diào)器能夠與集成千兆級LTE調(diào)制解調(diào)器的Qualcomm®驍龍™處理器搭配，并通過雙連接（dual-connectivity）緊密協(xié)調(diào)配合，可用于4G/5G多模移動寬帶和固定無線寬帶終端。”沈磊進一步解釋稱，實現(xiàn)千兆級LTE的其中一個很重要的技術(shù)就是載波聚合，這在5G上體現(xiàn)的更明顯。5G支持的6GHz以下低頻段，授權(quán)頻段最多到3.5G，非授權(quán)頻段大概到5GHz，這些頻段都比較低，所以帶寬相對比較受限，且比較離散。每個運營商、每個國家和地區(qū)使用的頻段也各不相同。這是因為在從2G到3G的發(fā)展過程中，很多頻段都被占用了，還有很多拿出來做一些其他的應用，因此，在能夠找到的頻段中，各個國家使用的各不相同，同時也比較離散。

在6GHz以下頻段，驍龍X16 LTE調(diào)制解調(diào)器可以根據(jù)不同情況靈活地將四個載波聚合在一起，不管載波是在授權(quán)頻段還是在非授權(quán)頻段，它都可以聚合在一起。在4G 時代，它最多聚合四個載波，最多10個數(shù)據(jù)流。到5G時代，以驍龍X50調(diào)制解調(diào)器為例，它支持28GHz的高頻段，頻段高了之后，帶寬也會明顯增加。那么到毫米波這個頻段，它將會是幾百兆、甚至千兆級的帶寬。“帶寬越寬，單位時間可以搬運的數(shù)據(jù)就越多。驍龍X50 5G調(diào)制解調(diào)器在28GHz頻段上運行，它可以在這個頻段上聚合八個載波，每個載波支持100MHz帶寬，那就是800MHz帶寬，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸能力的明顯提升，數(shù)據(jù)傳輸速率從千兆級一直到5Gbps，這是最主要的因素。”

為什么要從2G、3G時代的6GHz頻段，去探索毫米波的部署？沈磊稱這是因為還有更高的頻譜可以使用。隨著頻段的提升，帶寬也變得越來越寬，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)就越來越多，從而提升傳輸速率。“毫米波是波長在毫米數(shù)量級的電磁波，現(xiàn)在寬泛定義頻率在24GHz以上就可以叫毫米波。5G現(xiàn)在有意向在24GHz到100GHz頻段中的好幾個點實現(xiàn)部署，比如24GHz附近、60GHz附近、75GHz附近，當然這還需要國際電信聯(lián)盟和3GPP進行大量協(xié)商和準備的工作，但是在毫米波上部署5G是很大的可能之一。”沈磊認為，“5G可以使用毫米波，但并不一定非要使用毫米波。5G是追求增強型移動寬帶、海量物聯(lián)網(wǎng)部署和關(guān)鍵業(yè)務型服務的低時延。”沈磊表示，增強型移動寬帶需要更高帶寬、更高數(shù)據(jù)傳輸速率，因此它使用毫米波的可能性是比較大的。他指出，5G也可以在6GHz以下頻段運行，傳統(tǒng)的2G/3G的頻譜用來做5G也是完全有可能的。“以前2G/3G沒有使用毫米波的原因是毫米波的傳輸性能劣于低頻段。在開放空間傳輸數(shù)據(jù)時，氧分子對它的吸收會比低頻譜明顯，所以毫米波頻譜衰減的比較快。另外，這個頻譜穿過/繞過障礙物的能力比較差。為了得到更高的數(shù)據(jù)傳輸速率，我們必須要有更高的帶寬，為了得到更高的帶寬，我們選擇使用毫米波，因此對于如何抵消掉毫米波的劣勢，答案恰恰也是在毫米波更高的頻率上。”沈磊說，通過使用自適應波束成形和波束追蹤技術(shù)便可以很好地補償、甚至抵消掉它的劣勢。實際上，毫米波波長意味著更小的天線，但需要集成更多天線共同工作。“多個天線的優(yōu)勢就是它可以形成一個天線陣列，每個天線會發(fā)出自己的振幅和相位。如果我們能比較聰明地控制這些天線，讓它發(fā)出的每個電磁波的空間互相抵消或者增強，就可以形成一個波束，而不再是全向發(fā)射。”通過對5G毫米波的研發(fā)測試得出的結(jié)果來看，UE可智能地選擇接收和發(fā)送的最佳子天線陣；選定的子天線陣利用波束追蹤和波束控制，跟蹤來自eNodeB（eNB）的關(guān)聯(lián)波束；即使在非視距射頻信道和UE移動的場景下，也同樣可實現(xiàn)穩(wěn)定的移動寬帶通信。“通過實驗，我們發(fā)現(xiàn)通過波束成形技術(shù)、利用反射和折射，毫米波也仍然可以很好的穿越障礙物，擁有很好的非視距傳輸效果，因此整個行業(yè)的信心現(xiàn)在都明顯增強。”驍龍X50 5G平臺包括調(diào)制解調(diào)器、SDR051毫米波收發(fā)器和支持性的PMX50電源管理芯片。驍龍X50 5G調(diào)制解調(diào)器預計將于2017年下半年開始出樣，首批商用終端預計在2018年上半年推出。“這個基本上還會配合Verizon 5G TF和Korea Telecom這兩個運營商的試驗和部署，由他們來決定具體的時間段。”沈磊說，“我們的目標是加速5G全球標準——5G新空口（NR，New Radio）的制定。”

4G LTE與5G將長期共存

“5G并不是憑空產(chǎn)生的，是4G LTE以及其他通信技術(shù)的累積，水到渠成非常平滑地發(fā)展到了5G。”沈磊表示，千兆級LTE是向5G發(fā)展中非常重要的一步，其使用的很多技術(shù)都是在為5G鋪路。5G使用頻譜的可能性、毫米波以及多天線陣列等，很多是4G或其他技術(shù)如802.11ad線路的發(fā)展演化。

沈磊認為，從目前來看，4G仍然還有10到15年甚至更長的演進期，高通會積極推動LTE和5G的并行發(fā)展。“在5G開始部署的這些年里，5G不可能一夜之間就部署的非常完整，一定是從熱點地區(qū)開始部署，慢慢擴展。在開始的很多年里面，4G和5G一定會重疊，還是多模雙連接的工作模式。”沈磊說，千兆級LTE的部署，它和5G是相互補充、協(xié)同工作，給大家提供一個無縫的用戶體驗。“現(xiàn)在是LTE、LTE-A、LTE-A Pro，它會和5G長期共存和互補。這是未來5G全球標準商業(yè)化的步驟。”

“實際上，從3G過渡到4G，經(jīng)過這些年的發(fā)展還是互補的關(guān)系，甚至現(xiàn)在2G還在用。這也是為什么大家看到手機都是多模的手機。2G、3G、4G包括各種頻段都在協(xié)同工作。”沈磊進一步說，4G的覆蓋現(xiàn)在慢慢在地理范圍上相對比較完整，在過去的6-7年里，4G是慢慢擴大的，3G給它提供了很大的補充和承載的基礎，5G的發(fā)展過程也會是這樣。

面向物聯(lián)網(wǎng)的LTE技術(shù)：Cat-M1和Cat-NB1是未來主流通訊方式

根據(jù)市場研究機構(gòu)預測，到2025年會有超過50億的基于蜂窩技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)連接。瞄準這個巨大的市場，Qualcomm也在著力發(fā)展面向物聯(lián)網(wǎng)的LTE技術(shù)。“LTE在向更快速率、更廣覆蓋、以及更先進的方向發(fā)展，同時也在向價格更低廉、更小巧、更海量裝機的方向發(fā)展，催生未來面向物聯(lián)網(wǎng)的LTE技術(shù)。”沈磊說。

LTE支持萬物互聯(lián)，最需要解決的幾大個問題是：降低復雜度、降低成本、降低功耗、提高電池壽命，并增加網(wǎng)絡覆蓋。目前，智慧城市、移動健康、可穿戴設備、移動醫(yī)療等很多行業(yè)都在等待有一個價格更低廉、更低功耗、更高節(jié)點密度的LTE技術(shù)，為行業(yè)帶來革命性的改變。應對這樣的要求，國際標準化組織3GPP在今年6月份的Release 13發(fā)布了兩個全新LTE規(guī)格，一個是Cat-M1（eMTC），另外是Cat-NB1。雖然很多IoT都在使用LTE Cat-4或LTE Cat-1，但全新窄帶技術(shù)Cat-M1和Cat-NB1將更高效地支持物聯(lián)網(wǎng)用例，降低系統(tǒng)的復雜程度，降低Modem或模塊的成本，向GSM成本靠近，甚至突破它的成本。另外，還可提升電池的續(xù)航能力，實現(xiàn)更高的節(jié)點密度。隨著3GGP對LTE的增強，LTE的優(yōu)勢得到很大提升。“LTE的網(wǎng)絡覆蓋是非常大的優(yōu)勢，基本上到處都有LTE覆蓋，而Cat-M1、Cat-NB1的部署，完全可以在現(xiàn)有LTE網(wǎng)絡上做很小的改動。LTE擁有很大的擴展性，即提供的服務帶寬是可以調(diào)整的。現(xiàn)在的已經(jīng)存量的基站、終端、核心網(wǎng)都可以滿足。”沈磊認為，未來IoT領(lǐng)域主流的通信方式是采用Cat-M1和Cat-NB1，但技術(shù)還會演進，向5G發(fā)展。而其他的那些私有的規(guī)范會成為相對比較小的存在。

Cat-M1和Cat-NB1規(guī)格各有優(yōu)劣，Cat-M1依然保留了移動性，一定的帶寬和數(shù)據(jù)速率和一定語音能力，而Cat-NB1就更強調(diào)成本和功耗，覆蓋率更遠。“目前全球運營商在20多個不同的頻段上計劃部署這兩個規(guī)格，如果一個模塊支持所有頻段，并支持這兩種規(guī)格，那么成本優(yōu)化就更加明顯，不管成本、功耗、移動性、數(shù)據(jù)率以及靈活部署將都很均衡，并且可把各種應用場景都覆蓋。”沈磊說，基于此，Qualcomm充分利用這兩種技術(shù)，在不久前已宣布將推出支持Cat-M1和Cat-NB1雙模芯片MDM9206，一顆芯片有兩種模式，支持所有頻段。“目前MDM9206已經(jīng)獲得大多數(shù)業(yè)界領(lǐng)先的OEM廠商和模塊廠商的終端設計，而基于MDM9206的模塊預計將在2017年初發(fā)布。”實際上，今年年初，高通就曾推出了MDM9x07系列調(diào)制解調(diào)器（基于Cat4/Cat1），目前已經(jīng)被60多個廠商所采用，100多款產(chǎn)品在設計和上市過程中。沈磊直言，Release 13現(xiàn)已完成，Qualcomm通過單一解決方案可滿足全球生態(tài)系統(tǒng)的需求。無疑，在3GPP全球標準豐富的5G路線圖支持下，LTE 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將在3GPP Release 13的基礎上持續(xù)演進，并增加全新特性，例如通過對多播和定位的支持，為窄帶5G物聯(lián)網(wǎng)奠定基礎。