5G巨頭齊發力或將破除終端瓶頸效應

特約撰稿人|李儉偉

雖然現階段5G終端研發仍面臨著射頻前端復雜、終端芯片功耗大等挑戰，但綜合5G商用推進及終端產業鏈發展等情況，可預判5G終端非但不會產生瓶頸效應，而且可較好支持5G商用。

繼2017年完成大范圍技術驗證以及在產品形態上實現從大型驗證終端向小型預商用終端的突破后，5G終端在2018年進入了部分無線接入型終端實現小規模商用與驗證型手機研發成功的新階段，5G第一階段標準化完成、多個廠商終端芯片平臺發布及首批5G網絡商用計劃發布等成為5G終端發展的主要驅動力。

主要廠商均已發布5G芯片及終端計劃

隨著今年6月3GPP批準5G SA（獨立組網）功能凍結，加上2017年12月完成NSA（非獨立組網）標準，5G完成了第一階段全功能標準化（R15）工作，這有助于加速包括終端在內的5G產業鏈發展，并為5G真正商用沖刺做準備。

目前，主要的4G終端芯片平臺廠商都已發布5G產品和后續演進規劃，其中高通率先于2017年10月發布可支持5G NSA標準的手機商用芯片X50，X50可同時支持Sub-6GHz（600-6000MHz）和毫米波（26GHz以上）頻段，隨后華為海思發布Balong5000，MTK發布Helio M70，Intel發布XMM8060，三星發布Exynos Modem 5100，展訊發布Roc。展望2019年，5G產品也將成為這些廠商的研發重點。目前，部分廠商產品已支持某些應用場景下的小規模5G終端商用，今年10月AT&T就展示了全球首款可商用的5G終端Netgear Nighthawk移動熱點，支持5G NSA標準和28GHz毫米波頻段，并計劃今年底前在美國12個城市投入5G網絡商用。

國外部分運營商公布了2019-2020年首批5G網絡商用計劃，其中日本和韓國主要基于NSA標準，推出毫米波頻段的寬帶無線接入業務以及支持3.5GHz頻段為主的手機業務，美國則以支持毫米波頻段的寬帶無線接入業務為主，其中AT&T的5G業務基于NSA標準，Verizon的則基于SA標準，T-Mobile的5G計劃雖然比競爭對手稍晚，但會一開始就開通基于SA標準和2.6GHz頻段的手機業務。

射頻、功耗等仍是挑戰

本部分將探討現階段影響5G終端發展的若干關鍵問題，并對其未來的發展作出一定展望?？梢哉f，在目前5G尚未啟動規模商用的情況下，影響5G終端發展的主要是技術研發挑戰，包括射頻前端復雜、終端功耗大等。

射頻前端研發挑戰

5G將有更多的頻段資源被投入使用，這增加了射頻前端的芯片需求，同時Massive MIMO（多進多出）、波束成形、CA（載波聚合）、毫米波等關鍵技術，也會對射頻前端部分的元器件性能、布局設計以及成本提出新的、更高的要求。

目前已規劃出的5 G頻段主要在2.6GHz以上，相對主要在2.6GHz頻道以下的2G/3G/4G頻率更高、衰減更多，需增大射頻套件的輸出功率以支持更好的空間覆蓋，這會對射頻廠商的設計與射頻器件性能提出更高要求。

5G頻段增多使射頻前端需搭配更多射頻器件，例如一部支持3.5GHz和4.9GHz兩個頻段的5G多模智能機，其射頻功放的通路個數至少從現在的3路增加至5路，如果未來需進一步支持毫米波，還要增加到6路或以上，在移動終端越來越輕薄的趨勢下，這會對射頻前端的尺寸提出非常高的要求。另外，如果采用MIMO技術實現更高速率的信號傳輸，射頻前端還需要倍數級的器件進行支持。

由于兼容2G/3G/4G將是5G終端長期的重要發展需求，多模多頻段將使5G終端（尤其手機）內部的電磁環境更為復雜，包括移動通信頻段和WLAN及GPS的共存干擾、手機其他功能模塊如攝像頭工作時對接收頻段的干擾等，對射頻前端的設計都將是不可忽視的挑戰。

此外，增加射頻通路個數需要單獨的硬件進行支持，同時5G要求單載波的帶寬達到100MHz以上，較4G的20MHz提升了5倍，這對濾波器、數模轉換器件提了更高的性能要求，這些都將加大成本壓力。

終端芯片功耗挑戰

除多天線發射和高發射功率帶來的功耗增加外，5G上下行的速率大幅提升會使基帶芯片功耗明顯增加。另外，由于5G商用初期網絡覆蓋不足，以及有待持續優化的發展階段不可逾越，在5G網絡信號不佳的情況下，終端（尤其移動終端）容易不停地自動搜索優質網絡信號，高頻率的斷網和聯網會增加終端芯片的運行負荷和功耗。以上這些都將明顯影響到電池容量有限的5G移動終端的待機和續航能力。

其它終端技術挑戰

除了射頻前端設計與終端芯片功耗外，5G終端研發還面臨著來自其它終端技術的挑戰。

首先是5G終端上多協議共存增加了研發難度：NSA與SA兩種5G標準協議共存的問題，雖然5G終端發展成熟后主流產品普遍將同時支持NSA和SA，但在5G發展初期，出于降低研發難度并加快產品上市進度的考慮，僅支持NSA或SA需廠商根據自身研發實力、市場需求等作出選擇；多模問題，對于非純5G運營商，5G移動終端需同時支持2G/3G/4G多模，以在5G網絡覆蓋完善前提升移動業務的無縫覆蓋體驗；雙卡問題，在中國、印度等市場，雙卡手機已成為市場主流，5G手機研發也需考慮雙卡互操作問題。

其次，移動邊緣計算有望成為5G可帶給消費者更好體驗的新應用，但網絡邊緣體驗提升需5G終端深度參與，這對5G終端研發提出了新的研發要求。而SUL（5G的補充上行鏈路技術）和CA是提升5G網絡體驗的重要技術手段，但其價值實現需要終端研發支持并充分優化。

預計不會出現瓶頸效應

雖然現階段5G終端研發仍面臨著射頻前端復雜、終端芯片功耗大等挑戰，但綜合5G商用推進及終端產業鏈發展等，可預判5G終端非但不會產生瓶頸效應，而且可較好支持5G商用，其中CPE等5G固定終端有望在2019年底前初步成熟，而支持NSA標準和Sub-6GHz的5G手機和便攜型終端將在2020年下半年后開始逐漸進入主流消費者市場。

與4G發展初期高通在終端芯片平臺領域領先優勢較大不同，5G終端芯片平臺領域有望從一開始就進入多家廠商激烈競爭的格局。在4G發展初期，高通在終端芯片平臺處于壟斷地位，市場份額較小的廠商GCT和Marvell等后來都相繼退出了市場，目前4G終端芯片平臺挑戰廠商MTK、海思等則比高通晚了1-2年才推出了自家產品。目前5G已進入正式商用前的準備沖刺階段，雖然高通仍在5G終端芯片平臺領域保持一定領先，但Intel、海思、MTK、三星等不僅都發布了可支持手機的5G終端芯片，而且與高通的差距已縮小到1年以內，市場的激烈競爭將成為避免終端環節產生瓶頸效應的最有效因素。

從5G終端類型的發展維度看，CPE等5G固定終端有望率先走向成熟，隨后是僅支持Sub 6GHz頻段和NSA標準的手機和便攜型終端，最后將是能同時支持NSA/SA標準以及毫米波頻段的手機和小型可穿戴終端發展成熟。

與3G和4G發展初期相似，CPE等5G固定終端由于對終端體積和功耗要求較低，只要成本降到一定水平、產品運行穩定即可規模上市。手機等移動終端由于容易受困于體積、重量尤其功耗，走向成熟的時間更長，目前基于10～16nm制造工藝、全部為獨立基帶芯片的第一代5G終端平臺的手機已經可支持實驗室環境下NSA標準的5G業務，但體積較大、功耗也較高，主要用于業務演示與研發實力展示，市場化商用的價值則比較有限。

預計2019年下半年，基于7-10nm制造工藝、以獨立基帶芯片為主的第二代5G終端平臺有望商用，這些產品需要跟4G SoC手機芯片組合起來才能研發出5G多模手機，以滿足5G移動用戶漫游到2G/3G/4G網絡的需求，這些手機的功耗雖然可較第一代5G手機下降20%以上，但仍明顯高于同期的4G機型，需配置更大容量的電池（或者配置相同容量電池但影響待機和運行時間），在終端體積和重量上會略顯笨重，在市場上將以吸引先鋒性消費者為主。

2020年下半年，隨著5nm制造工藝規模投產，屆時以SoC多模芯片為主的第三代5G終端平臺有望商用，配合終端射頻前端持續優化，預計屆時僅支持Sub 6GHz頻段的5G手機功耗可跟目前主流4G手機接近，5G手機由此逐漸進入主流消費者市場。未來，隨著毫米波技術發展、終端研發推進尤其射頻前端新技術設計投入應用，在2022年前后小型可穿戴5G終端以及支持毫米波頻段的5G手機有望走向成熟。