“4300万模拟手机用户，这个市场不会错的。”在从1G到2G的过渡时期，摩托罗拉的一位高管对数字化的威胁漠不关心。“我们没有做错任何事，只是不知道为什么，我们输了。”在3G到4G的过渡时期，诺基亚手机没能抓住智能手机时代的机遇而走向没落。这位前诺基亚CEO在发布会上表示，公司被并入微软时说了这句话。大家还记得《手机里的格斗家》吗？广告太好了，让赵本山上了春晚。波导曾多次获得国产手机销量冠军。遗憾的是，在联发科推出著名的Turn-Key解决方案后，“拉平”了手机行业的门槛，而一贯坚持做“手机界的斗士”的波导选择坚持与德州仪器合作，以期保持技术优势。联发科的解决方案被拒绝了。随后，“战斗机”被淹没在“山寨机”的浪潮中。2018年6月，3GPP5GNR独立组网标准完成，标志着移动行业进入新时代——5G时代。5G来了！5G手机也来了！前不久，《2018年爱立信移动报告》发布，报告中“5G设备展望”部分引人关注……报告指出，首批支持5G中频的商用智能手机有望在2019年初上市，支持5G高频段（毫米波频段）的商用智能手机预计将于2019年年中推出。众所周知，现有的4G手机支持GSM/WCDMA/LTE等制式的20多个频段，而5GNR支持的频段范围更广，从450MHz到52.6GHz。5G手机不仅要支持现有的LTE频段，还要支持频段。更高更宽的5G频段对5G手机的设计提出了新的挑战。5G频段分为6GHz以下和毫米波两个频段，面临不同的挑战。首先，对于低于6GHz的频段，射频前端是一个棘手的难题。对于6GHz以下的频段，5G手机有望沿用4G的基本设计框架，但射频前端是一个不小的挑战。所谓射频前端（RFFE：RadioFrequencyFrontEnd）位于收发器和天线之间，包括滤波器、功率放大器、低噪声放大器、双工器、射频开关等，其性能直接影响信号手机强度，通话质量，连接可靠性，连接速度和功耗等。最早的手机射频前端非常简单。天线连接到双工器、功率放大器和低噪声放大器。然而，随着手机支持的频段越来越多，每个频段都需要独立的双工器、功率放大器和低噪声放大器，导致射频前端越来越复杂，集成难度、成本、和性能。更大的挑战即将来临。例如，如果一部手机支持20个频段，则需要20个双工器（40个滤波器）。如果手机支持4*4MIMO，即配置4根天线，滤波器数量可达160个。总之，进入5G时代，早期5G部署采用与4G混合组网。全新引入的5G频段、载波聚合、MIMO、双连接等技术，意味着在智能手机的狭小空间内也能实现高性能和低成本。射频功能对射频元器件、新材料工艺和集成设计提出了更高的要求，射频前端的整体设计将面临更加严峻的挑战。其次，对于毫米波频段，5G手机的设计面临新的挑战。先说说为什么5G手机要支持毫米波频段？从技术上讲，提高手机上网速率主要有四大技术：无线频率带宽、QAM调制方式、载波聚合和MIMO技术。对于4G手机，理论上如果支持最高5CC载波聚合（LTE最大信道带宽为20MHz，5CC载波聚合即100MHz带宽）、256QAM调制方式和4×4MIMO技术，最大下载速率可达实现了。接近2Gbps。不过，这只是4G手机速率的理论极限。在实际设计中，支持更高阶的调制方式和更多的载波聚合意味着更大的功耗，需要更复杂和更高性能的射频和基带电路；更多高阶MIMO技术，即支持更多的天线，意味着面临天线物理尺寸、隔离度和辐射效率的限制。5G的KPI是支持10-20Gbps的峰值速率，这显然是4G手机无法完成的任务。因此，5G手机需要支持毫米波频段，原因有二：一是毫米波频段支持更宽的带宽。5GNR在毫米波频段的最大单路带宽为400MHz，远大于4GLTE的20MHz。更宽、连续的频率带宽可以大大提高5G速率。其次，毫米波频段意味着天线尺寸大幅缩小，可以实现波束赋形（beamforming）和多天线空间复用技术，有利于智能手机的小型化和更薄的外观设计。与6GHz以下频段相比，高频毫米波的传播损耗更高，覆盖距离更短，信号穿透能力弱，同时还受氧气、湿度、雾雨等影响。鉴于此，为了提高信号覆盖率，基站和手机都需要采用多天线和波束赋形技术。问题来了，毫米波波束赋形面临的最大问题是人体阻挡的衰减。简单来说，用手拿着手机，用耳朵打电话，会阻挡毫米波波束信号。为此，根据一份IEEE技术报告，为了支持毫米波波束赋形，5G手机需要引入多个波束赋形模块（5GBeamformingModule），并将这些波束赋形模块分布到手机后壳。▲5G手机系统基本架构图（新引入波束赋形模块，波束赋形模块包含多个天线单元组成的相控阵）▲多个波束赋形模块分布在5G手机后壳周围。为什么要这样设计？是为了避免人体阻挡衰减。研究表明，我们手持手机的姿势主要有四种：每种姿势都可能遮挡毫米波波束。但是，如果手机周围分布着多个波束赋形模块，那就意味着无论我们用什么姿势拿手机，总会有两束不会被遮挡。例如，在第一握持位置，波束形成模块1和2不会被遮挡。这是一种以“量”换“质”，克服人体阻隔衰减的设计方案。同时，这种设计方法还具有获得更高的空间复用增益和利于散热的优点。值得一提的是，这种设计方式可能意味着传统的SIM卡槽消失，取而代之的是直接焊接在电路板上的eSIM卡。由于手机背面安装了多个波束成形模块，这种设计方法还可能导致早期支持5G毫米波的手机（或原型）体积更大、更丑陋。日前，有媒体爆料称，摩托罗拉将为其MotoPlayZ3智能手机配备5G通信模块。如上图所示，这款5G通讯模块就像一个手机壳，背面印有5G标志。网友普遍吐槽“封面”太丑。由于没有更多关于5G通信模块的信息，目前尚不清楚5G通信模块是否支持毫米波，但有业内人士猜测，这个“罩子”可能设计有分布式波束成形模块。所以它看起来有点笨重而且有点丑陋。回顾历史，移动行业的每一次更新，都会引发终端领域的设计变革和行业洗牌。过去讲的是摩托罗拉、诺基亚、黑莓，今天台上是苹果、华为、三星。5G手机来了，首先会面临前所未有的挑战和设计变革。竞争异常激烈的手机行业的领导者是否会再次换旗帜？谁会是下一个摩托罗拉？谁会是下一个诺基亚？
