5G毫米波手機準備好了嗎？
5G手機將在未來幾個月陸續出現。但目前5G手機支援的頻段十分零散，從600MHz至28GHz都有;此外，在即將上市的第一批裝置中，支援毫米波(mmWave)頻段的5G手機是否已經到位?
工程師們正競相推出首批支援5G網路的智慧型手機，主要針對6GHz以下(sub 6GHz)頻段。然而，針對第一批裝置中是否可能會有一些支援毫米波(millimeter-wave;mmWave)頻段的手機到位，業界射頻(RF)專家們的看法分歧。
各方都同意這些5G手機面對的是一個頻段零散化的市場——各家營運商支援的頻段範圍從600MHz至28GHz都有，其中還有些保留了其頻譜計劃細節。因此，要為5G領域的新手機實現最佳化，可能還需要幾年的時間。
5G手機頻段零散化
相較於去年的LTE手機機型，第一代的5G手機可能是針對特定區域推出的尺寸較大或是電池壽命較短的裝置。其價格也可能僅微幅增加，但維持與估計將僅為RF前端元件增加10-30%的物料清單(BoM)幅度一致。
雖然過渡至LTE時也面臨類似的問題，但並未達到像5G這樣的規模，因為這是第一個支援28GHz及其以上頻段的蜂巢式標準。此外，雖然許多國家規劃5G將在3.5GHz頻段內支援100MHz頻寬，但美國的3.5GHz頻段最快要到明年才可行，而且美國的頻譜預計採用更小的頻寬。
在美國，由於缺乏可用於5G的新頻譜，T-Mobile將推出600MHz頻段的網路，而Sprint將使用2.5GHz。Verizon的一位代表則證實該公司將在明年為智慧型手機匯入mmWave頻段。
這些變化的速度和廣度正將設計智慧型手機的技術提升到新的高度。
博通(Broadcom)無線半導體部門首席技術策略師William Mueller說："每個人都希望在5G中領先，所以爭相在標準的『數字』底定之前設計硬體，這真的讓人感到頭痛……整體而言，2019年可能會先看到一些採取權宜之計的低整合度手機。"
Qorvo技術營銷總監Ben Thomas指出，問題就在於營運商急於從5G標準中回收頻譜效率。他說，"OEM面臨比採用LTE時更巨大的壓力，"他回想起三星(Samsung)如何為其首款LTE手機推出額外的電池。
對mmWave手機進展看法紛歧
美國紐約大學(New York University)教授兼資深無線研究員Ted Rappaport最看好毫米波手機。"我預期在今年聖誕節期間就可以看到多家供應商推出的手機，"他並指出英特爾(Intel)和高通(Qualcomm)在今年4月舉辦的活動中即已報告了該技術的進展。
Rappaport介紹他和同事在他創立的紐約大學無線中心(NYU Wireless Center)在多年來所進行的研究。他補充說，在限制空間中使用更多天線可提供更大的增益，從而補償路徑損耗;而它所帶來的更高資料速率可以彌補更高的功耗。
他說，毫米波技術"面臨很多挑戰，而且需要大量的專業知識。目前它正迎頭趕上，但還需要幾年的時間才能實現……過去10年來我們一直在使用WiGig，但很少有人同樣使用。
挑戰包括為毫米波打造適合的新型濾波器、功率放大器與移相器，以及組合來自多個天線的訊號，以形成和指向定向波束。此外，無線模組設計公司Insight SiP技術長Chris Barratt說，手機需要將天線放置在遠離金屬電路板的位置，並處理阻礙訊號。
相較於sub 6GHz的類似手機頻段，Barratt表示，"高頻段則是另一種不同的競賽…我認為它最終會實現，但至少要再過幾年的時間。"Barratt曾經參與多項60GHz設計。
高通在今年7月宣佈解決了手機模組中的問題，目前正針對20～40GHz網路出樣。一位分析師預測，這些模組有助於中國新興的手機制造商搶在蘋果(Apple)、三星(Samsung)和華為(Huawei)等公司之前推出產品。
RF競爭對手博通、Qorvo和Skyworks也對此表達了懷疑態度。但這三家sub 6GHz RF晶片供應商目前都還沒有規劃mmWave產品藍圖。同時，新創公司Movandi則表示該公司正試圖將其用於基地臺的mmWave技術發展到手機領域。
營運商及其供應商貿易集團5G Americas總裁Chris Pearson則採取了中間立場。他說："新的頻率始終存在挑戰，但這些都是創新的公司，而且以前都增加了新的頻段。"
漫長而曲折的發展藍圖
鑑於技術、商業和上市時間的挑戰，Qorvo的Thomas說："我們要到2021年以後才會看到真正最佳化的5G旗艦手機，而中階的5G手機也將會在那之後出現…… RF設計方面的複雜度還需要多年的時間才能克服。"
針對各不同區域的零散頻段量身打造的設計"意味著手機中的元件利用率降低"，他說："當設計者為了因應增加的晶片內容而進行基本調整時，"將會引發一些問題。
最終，"我們將會看在RF前端看到相當劇烈的轉變。"他並預測在幾乎倍增的頻率範圍內出現更多的天線調諧。
Thomas還預期會出現更多級的更高品質濾波器。此外，多工器將取代更簡單的交換機，以支援更復雜的載波聚合(CA)方案。他說："我們已經看到多達6個頻段的組合以及同步使用。"
預計當2021年塵埃落定時，新的標準RF模組可能會出現在3.5GHz頻段等區域。Qorvo已經與合作伙伴和競爭對手(包括Skyworks)針對該模組交換意見了。
Broadcom的Mueller表示，5G設計可能演變為兩個模組。他表示，這種模組的分離設計將支援天線的多樣性，並減輕非獨立(non-SA)架構下來自LTE和5G同步傳輸的干擾。
"最棘手的部份是功率效率，"紐約大學的Rappaport說。"它還需要幾代的設計演進，才能找到我們在mmWave頻段時所需的技巧。"
最後，毫無疑問地，5G手機將在未來幾個月內開始出現。例如，Sprint已宣佈LG電子(LG Electronics)將在明年6月之前為其提供5G智慧型手機。但是，這些手機是否可以使用mmWave頻率以及它們如何升級其RF設計仍有待觀察。