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全球首款5G Modem领衔，高通这波玩大了

2016-11-30 10:34:00 来源: 互联网

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过去十年移动互联网的兴起，除了给苹果等一众终端设备厂商带来丰厚的利润以外，站在背后的无线设备供应商高通也声名日盛。自1985 年成立以来，在无线领域深耕的高通积累了深厚的技术和专利，这让其在移动网络从GSM 向4G 演进的过程中迎来了大爆发。可以说无线技术发展到今天的这个形态，高通功不可没。

到了2106 年，由于无人驾驶、物联网等新应用的兴起，社会对无线网络的要求又提升了一个等级，无线先行者高通也开足马力，向下一个目标出发。

X16 ：首款商用的千兆级LTE 调制解调器

先说个概述。

X16 LTE 调制解调器是高通推出的第六代分离式LTE 多模芯片组，该款调制解调器采用了最先进的14nmFinFET 制程工艺及其射频收发器WTR 5975 。

作为首款推出的商用千兆级LTE 芯片，X16 通过支持跨FDD 和TDD 频谱最高达4 ×20MHz 的下行链路载波聚合（CA ）和256-QAM ，带来最高达1Gbps 的LTE Category 16 下载速度；同时它还通过支持最高达2 ×20MHz 的上行链路以及64-QAM ，带来高达150Mbps 的上行速度。

高通表示，X16 能够提供的最高下载速度，能够让用户有“像光纤一样”的体验，与高通的第一代LTE 设备相比，X16 在速度上有了10 倍的提升。

可以说，在高通之前，没有任何友商能够到达这个高度。

高通基带的峰值下载速度进化史（ source ：高通）

从上图我们可以看到，相对于上一代基带X12 ，X16 的速度几乎快了一倍，这个是如何实现的呢？究竟高通在当中做了哪些提升呢？我们不妨和将X12 和X16 的参数做一个详细对比，探求一下提升的奥秘。

高通 X16 和 X12 的参数对照表（ source ：半导体行业观察制图）

对比得知，X16 较之X12 ，主要做了以下方面的提升：

首先是下行的LTE Cat 的支持从CAT12 提升到CAT 16 ，从3GPP 的标准我们可以看到，随着LTE Cat 的演进，上下行速度有了明显的改变。

3GPP 对 LTE Cat 的相关定义（ source ：维基百科）

这样，X16 在4G 的下一个重要阶段LTE Advanced Pro 中提前布局，能够满足未来汽车、无人机和VR 设备的广泛连接需求。

其次，载波聚合从前一代的3X20MHz 提升到现在的4X20MHz 。

从高通以前的介绍我们知道，载波聚合可以将多个载波聚合成一个更宽的频谱，同时也可以把一些不连续的频谱碎片聚合到一起，能很好地满足LTE 、LTE-Advanced 系统频谱兼容性的要求，不仅能加速标准化进程，还能最大限度地利用现有LTE 设备和频谱资源。

换句话说，载波聚合就是将零散的频谱“粘”在一起，提供更快速率。最直观的好处就是大幅度地提升了传输速度、降低延迟，另外还能有效改善网络质量，提升吞吐量，使网络负载更加均衡。

形象的说明载波聚合（ source ：高通）

现在的4X20MHz 载波聚合，加上高通的256QAM 加持，所以让高通的下行速度高达1Gbps ，相较于上代的600Mbps 有了大幅度的提升。

另外和上一代一样，X16 的 4 ×4 MIMO 支持四天线同时接受数据，较之两天线的传统LTE 设备，四天线设备可以同时接收10 个不同的LTE 数据流，而当中每个数据流能提供100Mbps 的峰值吞吐量，无疑在速度上有了很大的提升。

四天线接收数据模拟图（ source ：高通）

当然，要达到Cat 16 1Gbps 的下载速度，则需要运营商支持4 ×20 频宽和256QAM ，另外2 个载波聚合、4 ×4 MIMO 以及10 个空间流也是必不可少的。从现在的状况看来，全球没有多少个运营商能够完全满足这个条件。

但高通表示，他们目前已经和澳洲运营商telstra 、爱立信和NETGEAR 联手合作，让X16 在NETGEAR 的MR1100 路由器上实现了千兆级LTE 性能。

根据高通一贯的做法，相信X16 将会被搭载在早先发布的骁龙835 处理器上，高性能的基带和AP 搭载一起，骁龙835 将会称霸明年上半年的移动SoC 市场，是毫无疑问的了，从目前看来，很长一段时间也将见不到后来者。

为物联网做好了准备

物联网成为半导体厂商抢夺的下一个市场，这俨然是不争的事实，但涉及到万物互联的最关键——无线网络的连接方式，产业界却一直也在各种方案上角力。

发展到现在，连接标准基本上是NB-IoT 和Lora 的分庭抗礼，Sigfox 似乎已败下阵来。而当中尤以NB-IoT 最被看好，这种借助于运营商网络建立低速连接的通信标准在未来胜出的机会很大。作为无线网络市场领先专家的高通怎么可能错过这个万亿市场。在3GPP 今年六月完成NB-IoT 标准后，高通就迫不及待的推出了支持Cat-M1 和 Cat-NB1 的调制解调器MDM9206 ，加紧布局物联网。

3GPP 对奔跑在 5G 上的 IoT 标准定义的进化（ source ：罗德与施瓦茨）

从市场观察得知，因为LTE 主要是针对广泛的移动市场做优化的，加上LTE Modem 比较贵，所以IoT 对4G 网络并没有强烈的需求，这就导致目前60% 的物联网设备用的是类似GPRS 这样的第二代移动通信技术。

但业界也意识到庞大的IoT 市场对专门优化的网络有迫切的需求。因此3GPP 对MTC （machine type communications ）有了几次的修改敲定。到了Rel.13 ，3GPP 终于就放出了eMTC （Cat-M

）和Cat-NB1 。从发射功率、上下行速度和数据速率方面做了新的标准定义。

3GPP 对 Cat M1 和 Cat NB-1 的参数定义

这些基于运营商蜂窝网络部署的IoT 网络标准，无疑会成为IoT 设备厂商紧盯的方向。高通的MDM9206 就是当中的先行者。

据高通产品市场总监沈磊表示，MDM9206 作为继MDM9x07 之后的又一力作，在设计上有了不少的增长，作为一款面向类似电池供电性传感器应用的全球性连接解决方案，MDM9206 采用了专门的设计，提供了比公司前几代LTE 产品更低的功耗和更长的距离连接。能实现物联网的低成本、低功耗、低带宽和更广泛的支持。

高通两款面向物联网的 4G LTE 调制解调器

需要指出的是，这款产品推出的时候是可支持LTE Cat M1 的，但是通过即将推出的软件更新，MDM9206 会升级支持到Cat M1/NB-1 双模。这样就可以使物联网产品能在全球一系列的运营商网络中运行，实现产品全球覆盖的最大化和规模化。

沈磊还表示，高通未来会在物联网领域持续提供广泛的技术组合。

高通的物联网无线技术支持

5GModem ，高通又走在所有人前头

大家都知道移动网络会往5G 走去，但关于5G 的标准，5G 的实现方式，产业界还没盖棺定论，但高通已抢先所有人一步，发布了全球首款商用的5G 调制解调器芯片组解决方案X50 ，走在了所有人的前头。

我们来看一下无线大拿对于5G Modem 有什么见解。

高通 5G Modem

据连线报道，在过去几年，移动数据量火箭般飙升，单在2015 年，移动数据量就较上年增长了74% ，每个月全球的数据量达到了3.7 艾字节（1 艾约为2 的60 次方）。庞大的数据量让现在运行的4G 标准似乎有点扛不住，下一代标准5G 于是在加紧谋划。

但由于无线设备占用频段越来越密集，现在常用的300MHz 到30GHz 波段非常稀缺，产业人士便把目光瞄向了毫米波频段（30Ghz 到300Ghz ），因为这个频段的资源尚未被开发利用，非常丰富，且能满足大数据量、低延迟的需求，这就让毫米波在5G 成为行业主攻的方向。

高通对毫米波的定义

高通这次推出的骁龙X50 是支持28GHz 频段毫米波频谱的运行，通过支持800MHz 带宽，X50 5G 调制解调器能支持最高达美妙5 千兆比特的峰值下载速度。

对毫米波有了解的人都知道，在这么高的频率下，穿透力会是一个问题，高通是怎样解决这个问题，保证通信不被阻隔和终端呢？

沈磊表示，高通通过波束成形波束追踪技术的多输入输出（MIMO ）天线技术，在非视距环境中实现稳定、持续的移动宽带通信。在这里补充一下，为什么这样可以提升通信质量。

其实简单的说，波束成形就是把信号聚成一个类似光束那样的“波束”，波束追踪就是说在你使用移动终端，并移动的过程中，信号会始终“追”着你走，保证你的连接不中断。哪怕是看不见的情况下，高通的毫米波技术还能利用周围环境硬件的反射，维持终端与基站之间的链接。

高通波束成形和波束跟踪

据高通方面介绍，由于毫米波运行的频率较高，小波长使大量天线阵元能在相对较小的形状因子中运行。而我们可以利用毫米波的这种特性，形成狭窄的定向波束，发送和接收更多能量，从而克服传播/ 路径损耗的问题。这些窄波束也可用于空间复用。这是将毫米波用于移动宽带服务的关键要素之一。

此外，在视距路径受阻时，非视距（NLOS ）路径（如附近建筑的反射）能有大量能量以提供替代路径。

然而，使毫米波“移动化”的挑战还不止如此。想要通过毫米波获得良好的移动宽带用户体验，需要不断的智能波束搜索和跟踪算法，来发现并切换到主导波束路径上。该路径会根据环境、移动性以及其他因素的改变而不断变化。

另外，在天线上的布置，也是高通解决信号覆盖问题的另一个方法。

由于毫米波具有更短的工作波长, 可以有效减小器件及系统的尺寸，这样的话天线就可以做的很小，因此高通方面表示，以后在这种方式下，可以把更多的天线集成到设备中，灵活使用，提高信号强度。

比如高通在其原型中运用了大量的天线技术，在基站侧，高通用了128 根天线，而在终端侧则用了16 根天线。这么多天线阵列的MIMO （多进多出）对于信号来说也是一个保证。

虽然高通方面是本身做了很多技术改进，但毫米波的一些天生属性是无法改变的，这个超高频率对基站部署来说也是一个挑战，对手机的天线设计是一个挑战，对穿透能力也依然是一个巨大挑战，高通沈磊表示，高通正在加紧投入，各个击破，相信很快会给到大家一个不错的答案，高通的未来也是希望能够加速5G 全球标准，——5GNR 的制定。