架设通向万兆网速之桥 高通骁龙X65再助力5G新基建升级

每一次无线网络通信技术的换代,都会燃起人们对更快传输速度的期待,而这种期待会因过去的增长幅度呈指数型上升:从2G往3G是数千到兆级别,3G往4G实现了百兆的起步,现在到5G,人们会期望至少能得到同样级别的提速——尽管互联网时至今日,早已不再只是诞生初期阶段单纯的数据传输交换,而是构建在其上的大量高级应用形式(www.hrnp.net)。

为对人们的期待做出恰当回应,5G技术的更新升级也仍在注重最基本的传输吞吐能力。今年2月,移动通信行业基础技术领导者高通发布了旗下最新的调制解调器、射频前端以天线一体化系统平台骁龙X65,通过频谱聚合、毫米波天线换代实现了更高的传输速度,将无线通信的理论峰值速度拉到了与有线同一水平线上。

而前不久高通刚刚成功实现的毫米波与Sub-6GHz聚合完成双连接5G数据呼叫,则是对于理论速度的一次完美实证,而这一系列成功的意义则不止于此。

频谱聚合架起万兆之桥

把时钟拨回今年2月,高通发布骁龙X65之时,披露了新平台所拥有的诸多先进创新特性,如果纯粹看性能指标,所有人自然会注目于它最高的峰值传输能力——10Gbps。对网络传输速度水平略有了解的人会知道,这是目前有线网络最高规格万兆以太网所能达到的理论速度峰值,再往上就只有骨干网光纤捍卫有线传输尊严。

虽说“无线超有线”早先已经被WiGig这类超高速无线局域网所实现,但更广范围的移动网络抵达万兆大关尚属首次。此处骁龙X65实现该创举,其根基还是在支持频段上的拓宽:在基础的5G Sub-6GHz频段上,支持范围加入了n53和n70波段,从骁龙X60的200MHz增加到了300MHz;在高频率的毫米波(mmWave)区间新增n259波段支持,覆盖面从800MHz扩大至1000MHz。更广的频谱范围覆盖,也许不能反映成传输速度的直接提升,但决定了骁龙X65在频段利用上有更大的操作空间。

无线通信依赖对频段资源的占据和分配,而频段资源并非源源不尽,加上整个移动互联网在每一个发展阶段都会存在不同制式共存的情况,而使通信所使用频段广而分散,在使用不同制式频段的带宽时,仅使用单个频段难以发挥出新世代技术的全部能力。就以国内5G Sub-6GHz NR为例,四家运营商共分占了TDD和FDD制式下11个频段的资源,其中还有5个是由两家不同运营商共享,单个载波的速度潜力实在难以提升。

在没有更多旧制式无线频段被清退释放出来之前,打破速度上限和改善用户体验的手段只有多个频段并行向终端传输数据,或者开辟像毫米波这样的全新调频波段,于是发源于3G,并在4G以及LTE-Advance时期得到广泛运用的频谱聚合技术在这些时期(包括现在)挑起了大梁。

频谱聚合通常有三种情况,一种是同波段下相邻频谱聚合,一种是同波段下的非相邻频谱聚合,以及对RF端设计来说最复杂的跨波段频谱聚合。通常而言同波段的频谱聚合在3G和4G时代应用比较普遍,使同运营商下的用户能尽可能多地使用频谱资源提速。而随着运营商间网络升级而进行的资源分配调整,多运营商共享频谱,运营商之间的频谱聚合也是大势所趋。

不过时至今日,受限于低频段的固有特性,哪怕是在5G时代下,仅仅在Sub-6GHz范围内应用载波聚合已经很难继续在传输速度上取得大幅度的突破,所幸处于高频段毫米波(mmWave)在无线广域网中的应用已为追求更快传输速度的人们带来曙光。只不过,尽管能承载更快的传输速度,毫米波的高频短波长属性使它在覆盖范围和穿透力上都存在短板,加上需要部署新的硬件,铺设基建工程庞大,短时间里毫米波难以独自扛起覆盖所有适用面的重任。

而在5G环境下兼顾大带宽和广覆盖,是所有5G网络用户都期望实现的“两全其美”,高通从上一代X系列调制解调器+RF前端天线组合就开始对该课题进行攻关。仅用短短数月,高通先是在2021年3月首次实现全球首次毫米波/Sub-6GHz载波聚合数据呼叫,现在最新的骁龙X65在搭配新的QTM545毫米波天线模组已经可以在多个不同的毫米波波段,与Sub-6GHz TDD/FDD频段进行双连接数据呼叫,双向拓展了跨频段载波聚合的应用潜力。

10Gbps的峰值速度数据也正是受益于载波聚合,同一时间内集合Sub-6GHz与毫米波的带宽协同传输而得以实现。在保证Sub-6GHz和毫米波能协同工作后,5G终端将能一定程度上缓解需要高速网络传输能力,却受到各种限制难以布设有线网络场景下的通信需求,同时运营商也能更有效地利用分到自己手里的5G频谱条带,通过载波聚合为用户带来更佳的使用体验。

结束NSA/SA之争

在5G推广的初期,也就是第一版5G标准——3GPP Release 15(后略称R15)的阶段时,就连对移动通信技术不甚了解的人可能也听说过NSA和SA的争论。事实上,在制定标准时,参与者也要考虑到现有设备的汰换升级不是一夜之间完成的,所以R15里允许运营商用现有4G核心资源配上5G新基站组网,实现过渡。直到去年冻结的3GPP Release 16(后略称R16),才确立完全SA的标准要求,此时5G正式商用已经过去不少时日。

现行R15标准网络下有个遗留问题,4G核心网并不支持5G核心网所需的一个重要网元,无法选择独立组网下的网络切片结构,所以非独立组网下对网络切片支持是不完全的,只能做到照顾某一类需求。网络切片带来的好处是不同的数据传输可以走不同的切片,按照业务属性或安全需求把数据隔离开。这种基于虚拟化思想进行的网络构建管理更加高效,对资源利用更彻底,也拥有在扩展升级方面更优秀的灵活度。

作为全球首款完全符合R16规范的骁龙X65,它实现了对网络切片这一关键特性在内等众多新规范的充分支持。5G的宏观规划里,网络切片可以有很不同的分层,在目前的设想里,一种是eMBB高带宽切片,用于给需要大带宽数据传输如高清视频流播、云游戏这样的应用范例,该规划已经在R15里实现;第二种是mMTC海量连接切片,所谓“只要带电的就都能上网”图景下工业物联网生态所仰仗的网络切片,尚在仍未敲定R17的中。

最后一种uRLLC切片,即高可靠性低延迟切片就是在R16规范里被写进5G标准的,这个网络切片主要是覆盖了自动驾驶、V2X以及远程医疗,智能制造控制等,和普通人日常生活尚没有太大关系,但又是对推动社会发展极其重要的新型技术。骁龙X65对R16规范的支持意味着,向需要在这些领域中向前迈步的政企客户率先提供了可行的解决方案,在核心网实现向R16过渡时,这些行业能借助骁龙X65提前做好准备。

既然是伴随着标准过渡而诞生的通信平台,骁龙X65在设计上被赋予了灵活的可升级架构。除了能针对上文所提的特定细分行业进行定制扩展之外,骁龙X65只需要推送代码更新便可支持5G发展接下来即将加入的功能特性,当然也包括R16规范中所明确的特性在内。

这与现在5G大范围部署的步调保持一致——当今运营商的骨干网络资源已经充分借用了云计算技术实现了不同程度的虚拟化,从4G到5G的网络升级切换已经并不用像洗髓一样对基建进行破旧换新,对它们而言4G升级5G也就是一次系统软件升级,更多的工作仍然是在于不同频段的基站布设。

在拥有了充分的5G信号覆盖之后,需要骁龙X65打开这些开关发挥它的全部潜力时,同样也只用一次或数次OTA升级,而之前有关NSA和SA的争议此时就变得没有任何意义了。

智能节能战未来

回到已经成为每个人联网生活入口的智能手机上。手机也是一般人能最先观察到5G浪潮的灯塔,在更快下载速度、更流畅的高清在线视频观看以及联机游戏等方面能感受到技术换代带来的福利。

不过福利通常也是用成本换来的,比如更高功率带来的续航压力,射频芯片与基带这块也逃不了干系。压低功耗成本也有软硬手段,而骁龙X65则都用上了。首先,骁龙X65是世界首枚使用4nm工艺制程打造的调制解调器+射频前端系统,更精密的制程意味着同样的面积上能放入更多的晶体管,实现同等功能时能降低芯片面积占用,并且在能控制住漏电的前提下压低功耗,为宝贵的续航时间减负。

在软件层面上,骁龙X65拥有大量节电特色技术,并将一些在X60上就已经搭载的技术进行升级。这里面包括5G PowerSave 2.0,和上一代不同,2.0版本基于R16标准定义进行开发,支持了R16新写入的联网状态唤醒信号等新技术规范,通过更加智能的控制策略和低功耗工作状态降低对电量的消耗。在R16标准之外,还有高通独门第7代功率追踪解决方案,不光能帮助节能,而且也可在传输速度和天线信号收发的优化上起到一定帮助。

而论及天线,则不得不提骁龙X65全球首创的AI天线调谐技术。由于毫米波的加入,手机机身天线需要额外增加2×2的布局,在握持时难免会造成阻挡,可能造成射频上的功率浪费。而在骁龙X65加入AI天线调谐后,能够通过侦测识别手部握持姿态,并据此调节不同天线的输出功率,让数据传输更快更流畅,信号收发更良好,同时也可以节省出额外电池使用时间。

迈向万兆就在当下

根据高通的说法,搭载骁龙X65的商用终端能在今年晚些时候上市。另根据如今集成骁龙X60(2020年2月发布)的骁龙888从发布到大批新机上市所经历的时间,再结合全球受疫情影响的供应链恢复情况,我们可以猜测,集成骁龙X65的新一代移动平台应该能来得更早一些,搭载它的顶级手机及接入设备也将更早与消费者和行业见面。

而从这批终端进入市场的那刻起,5G发展便正式进入了万兆时代。为拓宽10Gbps的道路,高通迈出第一步为全行业打下基础,用完整的调制解调器到天线解决方案,为终端制造商和通信运营商提供了最便利的垫脚石,加速人们进入更丰富的5G视听世界,并推动新标准5G向全行业拓展渗透,融入新基建,赋能产业生活,并最终实现万物互联图景

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