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    为啥旧手机不能兼容5G?5G对手机设计的影响

      [  中关村在线 原创  ]   作者:黄显东   |  责编:周博林

    5G是近两年讨论比较火热的话题,也有很多朋友问我:我现在的手机能不能支持5G网络。我总会笑笑说:5G时代还没来呢,就这么着急关心这个问题。很遗憾,不能。


        至于为什么不能,我在这篇文章中为大家解答。

    为啥旧手机不能兼容5G?5G对手机设计的影响

    5G对终端射频器件影响:需求增加、技术升级、集成度提升

        要知道,5G启用后,我们势必加入新的无线频段,更高的频率除了承载更高的数据吞吐量之外,还会对手机天线的设计造成影响,主要分为以下几个部分:

    新频段→→→滤波器需求倍增、频谱重新划分增加射频前端复杂性

    高频率→→→BAW将成为滤波器主流、终端天线将发生重大变革

    大带宽→→→PA设计复杂度提升、滤波器、天线开关/调谐设计难度加大

    4x4 MIMO→→→射频前端用量翻倍、终端天线数量增加

    双连接→→→射频器件数量增加、器件性能要求提升

    新频段:5G终端支持频段数翻倍,带来射频前端用量和复杂度提升

        关于历代手机对频段的支持,这里我们以iPhone为例:2007年第一代iPhone(2G)仅支持4个频段,到2016年iPhone 6(4G LTE)已经增加到40个频段,预计2020年iPhone(5G)所支持的频段数将翻番,将支持80个以上频段 。

    5G时代什么时候来?啥时候换机最合适

        5G手机支持频段数翻番:4G LTE频谱由文档 36.101中定义的 52个3GPP 频段组成,其中35个用于FDD/SDL,17个用于TDD,预计到2020年,5G应用支持的频段数量将实现翻番,新增50个以上通信频段,全球2G/3G/4G/5G网络合计支持的频段将达到91个以上。

    因此,我们可以推测出5G对于终端射频系统的影响:

    1)滤波器需求倍增:理论上智能手机一个频段对应2个滤波器(Filters),5G手机频段数倍增将带来单机滤波器用量的大幅增加;

    2)频谱重新划分增加RFFE复杂性:部分3G/4G的频谱将逐步重新分配至5G NR频段,如中国移动采用的n41频段,导致同一频率范围内需同时支持4G LTE和5G,带来射频前端设计复杂性的大幅提升;

    高频率:5G采用更高频率,BAW、LCP/MPI将成为主流

        5G频谱包括了两个频率范围,即Sub 6GHz(FR1)和毫米波(FR2)频率,其中2.5GHz(B41)和3.5GHz(B42/B43)将是5G增强型移动宽带( eMBB )首要建设目标,国内三大运营商均采用该频段,5G所采用的频率远高于4G,甚至可以支持毫米波波段,给终端射频带来了巨大改变:

    5G时代什么时候来?啥时候换机最合适

    在5G来临后,将会有以下几个趋势:

        1)体声波滤波器(BAW)将成为主流:相较于声表面波滤波器(SAW),BAW更适合于2GHz以上的高频段,5G新增频段包括Sub 6G和毫米波等超高频频段,BAW将成为5G滤波器主流。

        2)终端天线将发生重大变革:目前智能手机主要采用LDS和FPC天线,由于5G频率的大幅提升,在Sub 6G范围内,LCP和MPI凭借更低的高频损耗将成为主流,在毫米波范围内,天线尺寸急剧缩小,将采用芯片化的天线阵列模组。

        3)基站功放(PA)将采用高频性能更好的GaN材料,但是终端功放预计仍会采用性价比更高的GaAs材料。

    大带宽:5G支持100MHz的超大带宽,对于射频器件提出更高要求

    5G单载波带宽达到了100MHz,是4G LTE最高带宽20MHz的5倍,在Sub 6G范围内可存在2个上行链路和4个下行链路载波,意味着可实现200MHz上行和400MHz下行的总带宽,前所未有的大带宽也给终端射频设计带来了巨大挑战:

    5G时代什么时候来?啥时候换机最合适

    1)PA设计复杂度提升:目前旗舰LTE手机通常采用包络跟踪(ET)和PA最小化功耗,但是包络跟踪器最多只支持60MHz带宽,因此PA必须在ET和APT(平均功率追踪)模式下切换运行,PA设计难度增大;

    2)滤波器、天线开关/调谐设计难度加大:大带宽意味着滤波器、天线开关、天线调谐支持更大的频率范围,设计难度加大;

    3)5G R15中定义了600多个新的载波聚合组合,也增加了射频前端设计的复杂性。

    4x4 MIMO:5G强制性采用4x4 MIMO,带来终端射频用量翻倍

        5G终端标准为支持下行链路4x4 MIMO,上行链路2x2 MIMO,而目前仅部分高端4GLTE手机支持4x4 MIMO,大部分仅支持2x2MIMO,因此5G将带来:

    5G时代什么时候来?啥时候换机最合适

    1)射频前端用量翻倍:4x4 MIMO需要4根天线和4个独立的RF通道,4x4 MIMO普及意味PA、LNA、滤波器、射频开关等射频前端器件用量翻倍增加;

    2)终端天线数量增加: 4x4 MIMO需要4根天线和4个独立的RF通道,也会带动终端天线数量的进一步增加;

    3)从64QAM升级为256QAM(正交幅度调制),传输速率提升1.33倍,对于射频前端的线性度提出更高要求。

    双连接:5G NSA双连接带来射频前端数量和难度的增加

        5G NSA是运营商早期加快5G部署的方案,通过利用LTE锚频段进行控制以及5GNR频段提高数据速率,但是5G NSA要求实现4G LTE和5G同时连接,大大增加了射频前端的复杂度:

    5G时代什么时候来?啥时候换机最合适

    1)射频内容增加:双连接意味着手机将需要两套主天线,对应射频组件的数量也要大幅增加;

    2)器件性能要求提升:LTE锚频段传输生成的谐波有可能落在5G频段,导致接收器灵敏度劣化,因此需要灵敏度更高的滤波器,以及功率更大的PA;

    3)集成化成为趋势:射频内容增加的同时,手机内部射频所占空间却在不断缩小,射频前端集成化成为趋势;

        因此,想要给手机多加几个频段支持都很难,更别说给旧手机增加5G支持了。支持5G,对于手机的基带、射频、内部结构都势必会造成极大的影响,想让旧手机支持5G?对不起,恐怕不行。

        好了,本篇文章的技术解析就到这里了,关于“5G”方面的知识,你了解多少?你又有哪些疑惑?欢迎在下方评论留言。

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    mobile.zol.com.cn true http://mobile.zol.com.cn/715/7156925.html report 4261 5G是近两年讨论比较火热的话题,也有很多朋友问我:我现在的手机能不能支持5G网络。我总会笑笑说:5G时代还没来呢,就这么着急关心这个问题。很遗憾,不能。至于为什么不能,我在这篇文章中为大家解答。5G对终端射频器件影响:需求增加、技术升级、集成度提升  &nb...
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