骁龙X60来了！对比X55，除了世界首款5nm 5G基带还有哪些提升？
2月18日，高通正式对外发布其骁龙X60 5G调制解调器及射频系统解决方案。这一解决方案采用了业内第一款5纳米制程的基带芯片，也是民用领域发布的第一颗5纳米芯片，意义非凡。此外，支持VoNR，加速5G向SA演进；全球首个支持聚合所有5G主要频段及其组合；以及能效更高、体积更小、功耗更低等关键特性，吸引了业内人士的广泛关注。
图1 高通第三代5G调制解调器及射频系统骁龙X60（包括SDX60基带、射频收发器、射频前端及毫米波天线模组）
据高通介绍，5G的部署及增长有望在2020年加速，骁龙X60 重点是面向智能手机。按照现在整体产品规划以及与客户的沟通，计划在2020年第一季度对骁龙X60进行出样，且预计搭载骁龙X60的手机将在2021年年初出货。
在此之前，高通已经先后于2016年10月、2019年2月分别推出了其第一代5G解决方案骁龙X50和第二代骁龙X55，尤其与一年前发布的骁龙X55相比，它的性能、功耗和工艺等有多大提升？5G智能手机市场有何趋势导向？高通缘何进一步发力毫米波、载波聚合技术？对5G未来部署模式，高通有什么预测？
骁龙X50、X55、X60，高通的5G之路
第一代：骁龙X50，于2016年10月推出，作为全球首颗5G基带芯片，支持基于毫米波和 6GHz 以下频段的 5G 服务，最重要的作用之一是帮助推动整个行业的5G测试和认证。根据高通官方信息，骁龙X50支持了包括中国三大运营商在内的超过20家全球运营商展开5G NR现场OTA移动试验。OPPO、vivo、小米、中兴、一加、努比亚、联想、Motorola、三星、LG等厂商发布的首批5G终端采用的是骁龙855+X50。
第二代：骁龙X55，于2019年2月，在2019世界移动通信大会（2019MWC）开幕前推出的。这款当时全球速度最快的芯片，基于7nm制程工艺打造，支持2G、3G、4G、5G多模，并支持毫米波以及6GHz以下频段，支持TDD与FDD制式，支持独立、非独立组网模式和动态频谱共享等关键特性，将峰值速率推向前所未有的7.5 Gbps的下载速度和3 Gbps的上传速度，加速 5G 的扩展。
第三代：骁龙X60，于2020年2月18日推出。这次高通特别强调的是一个端到端的解决方案，据高通介绍，骁龙X60是一个系统级的完整解决方案，包括SDX60基带、射频收发器、射频前端、毫米波天线模组，旨在为运营商提供极大的灵活性，最大化其可用的频谱资源。它的设计初衷是要进一步地提升5G性能，支持5G在更多的国家得以部署，进一步提升终端整体性能和网络所提供的用户体验，以及解决随着时间而不断增加的频段组合的复杂性。
骁龙X60是系统级的全面优化，支持调制解调器及射频系统级优化的一系列技术：
· 采用领先的5纳米工艺制程，使5G基带芯片能效更高，占板面积更小。
· 业界首次支持毫米波-6GHz以下聚合（聚合能力的部分本文稍后作详细解析）
· 业界首次支持6GHz 以下频段5G FDD-TDD的载波聚合
· 支持5G TDD-TDD的载波聚合，以及5G FDD-FDD的载波聚合
· 搭配骁龙 X60 的全新QTM535毫米波天线模组，较上一代产品具有更小巧紧凑的设计，支持打造全新、纤薄的毫米波智能手机设计，实现更为出色的毫米波性能。
图2 骁龙X50、X55、X60 性能对比
下面，我们来详细看看这些提升的表现如何。
从调制解调器到天线的5G解决方案
调制解调器是无线终端的核心。不过，为了打造更高性能、更高能效的5G终端，在调制解调器之外，还必须做大量的系统级创新。高通从调制解调器到天线的5G解决方案包含了基带、射频收发器以及面向毫米波及6GHz以下频段的完整射频前端、毫米波天线模组。
对比高通三代5G调制解调器及射频系统的特性，每一代都是在上一代的基础上做一个扩展和提升。在 骁龙X55的基础上，X60采用了全新工艺，支持毫米波和 6GHz 以下聚合、6GHz 以下 5G TDD 和 FDD 载波聚合、VoNR 以及新的毫米波天线模组，同时也进一步提升Qualcomm 5G PowerSave（实现出色接收能效）、 Qualcomm Smart Transmit（支持最优上行链路吞吐量同时满足传输上限）、Qualcomm Signal Boost（支持更高吞吐量、更高通话可靠性、更广网络覆盖范围）等先进技术，带来系统级的性能、速率和覆盖优化等方面的提升。
骁龙X60所使用的5G基带是全球首个基于5纳米工艺制程的基带芯片，在制程工艺上有了很大的升级。众所周知，工艺的提升、线宽的降低对成本、尺寸、功耗、性能的提升是有很大的推动的。骁龙X55采用的是7纳米制程，与骁龙865是一样的。面对骁龙X60是否将集成到SoC的询问，高通发言人表示，高通所有的调制解调器芯片都非常灵活，既可以支持作为独立的调制解调器芯片，也可以是集成在骁龙移动平台中。值得一提的是，骁龙865+X55是作为组合一起设计的，整个系统的优化也是一起完成的。不过，据了解，高通并没有计划将骁龙X60搭配骁龙865来使用。
射频全新技术：Qualcomm ultraSAW 滤波器技术
5G演进对射频器件提出了全新需求，带来了不止是数量的增加，更是复杂度和集成度的双重“提升”。图3呈现了在全球不同的地区频段的差异化。这些射频的组合数量还在快速的上升，各种各样的组合现在看起来很轻松地已经超过了1万个。对于终端侧，比如手机、CPE、模组、联网PC等等，它如何能处理这么大的频段组合的复杂性，这是一个很重要、很大难度的课题，但也是一个必须要解决的问题，如果能解决得比较好将是一个重大的优势。
图3 全球不同地区频段的差异化和频段组合的复杂性
骁龙X60在射频前端滤波器中采用了一项新技术 —— Qualcomm ultraSAW 滤波器技术。Qualcomm ultraSAW 薄膜式声表面滤波器技术是一项基础科技创新，能够提升滤波器的核心性能。射频滤波器将手机发射和接收的无线电信号从不同频段中分离出来。
手机中滤波器数量增加是必然趋势。从手机信号的收发角度来说，接收信号一般都是有分级的，可以一路收，但一般至少是两路收。从 LTE 开始至少是两路收，到了 5G 可以达到四路收，每一个频段每收一路基本上就需要一个滤波器。另外，发射链路也需要滤波器，数量根据发的路数而定，目前一般是发一路，SA 模式下能够实现发两路。从频段角度而言，采用滤波器的具体数量也受具体频段的影响。此外，现在手机可能要同时支持 10 个或者30个不同的 5G 频段，因此还需要根据频段的类型和组合选择滤波器。
高通 ultraSAW 射频滤波器能够提供更高的性能，更广的覆盖范围，支持更多的应用场景，能够实现将插入损耗提升整整 1分贝（dB），可在 600MHz 至 2.7GHz频率范围内提供高性能支持，并带来一系列优势：
· 出色的发射、接收和交叉隔离能力
· 高频率选择性
· 品质因数高达 5000
· 极低插入损耗
· 出色的温度稳定性，维持在个位数的 ppm/开尔文范围内的极低温度漂移
第三代毫米波天线模组
为了配合骁龙X60调制解调器及射频系统，高通还推出了面向智能手机的第三代毫米波天线模组。这个模组集成了毫米波射频链路上的所有元器件，包括收发器件、射频前端器件，还有毫米波天线阵列。
在骁龙X55中搭配的是高通第二代毫米波模组 QTM525。使用 QTM525，高通已经能支持客户做出厚度仅为8毫米的支持 5G 毫米波的商用手机。
与QTM525相比，QTM535 毫米波天线模组尺寸更小、性能更优，能够支持所有全球更大范围的毫米波部署。随着手机外形越来越轻薄，以及全面屏、可折叠等新的手机设计出现，对手机的ID 和结构设计提出了更高的要求。要求支持毫米波的手机外形更加轻薄，QTM535能很好地支持这样的手机设计。
骁龙X60的两个全新的关键特性
支持VoNR将是5G手机的必备特性
骁龙X60调制解调器及射频系统支持Voice-over-NR（VoNR），加速向 SA 模式的演进。骁龙X60在实现业界首次支持聚合全部主要5G频段及其组合的同时，还能够支持非常高的速率，下行速率最高达7.5Gbps，上行速率最高达3Gbps。
骁龙X60调制解调器及射频系统支持Voice-over-NR（VoNR），加速向 SA 模式的演进。首先来说说非独立组网（NSA）和独立组网（SA），这是2019年讨论的比较多的5G网络组网的概念，4G和5G部署的初期，网络的核心采取同一架构，既包含接入网 （RadioAccessNetwork），也包含核心网（Core Network）。5G部署初期，接入网部分换成5G设备，核心网还使用4G，这样的组网方式叫NSA，在NSA模式中需要依靠一定的4G核心网能力。随着时间的发展和技术的成熟，核心网和接入网都必将是5G的组网方式，这便称之为SA。在SA 模式中5G可以独立工作，SA 模式下的网络连接为 5G NR 专有链路，而无需 LTE 锚点频段来支持 5G 数据链路。全球几乎所有 5G 网络最初都是以非独立组网（NSA）模式部署起步的。据高通预测，全球运营商将在 2020-2021年间加快 5G 部署，扩大覆盖范围，持续增加网络容量，并平滑地过渡到 5G SA 模式。
接下来，我们再具体看看智能手机的应用。手机不仅要传输数据也要能接听电话、拨打电话，目前全球所有5G手机的语音通话功能都是依靠4G VoLTE。随着5G网络架构将从NSA向SA演进，待SA部署完成后，整个网络里的各个网元基本上都是支持5G的，没有网络结构可以支撑4G业务，所以必须采用5G来支撑语音通话，支持VoNR就成了5G手机必备的特性。骁龙 X60 所支持的关键功能， 例如毫米波-6GHz 以下聚合、6GHz 以下频段 FDD-TDD 聚合、新空口承载语音 （VoNR）以及动态频谱共享（DSS），都将帮助运营商加速向 5G SA 模式的演进。
载波聚合是5G发展的重要技术
高通认为，从现在开始到后续几年，5G全球部署和用户体验提升的一个重要支撑技术，就是载波聚合，这包含了6GHz 以下内部、6GHz以下和毫米波之间的聚合。其实，高通在骁龙X55上就已经提供了一些支持，骁龙X60将这种支持提升到了另外一个高度。
骁龙X60做了非常完整的、各种组合的载波聚合的支持，它能支持全球所有主要频段5G的载波聚合的要求，给5G的部署提供巨大的灵活度。
· 首次支持5G毫米波-6GHz以下聚合
· 首次支持6GHz以下频段的5G TDD-FDD载波聚合
· 支持5G FDD-FDD载波聚合
· 支持5G TDD-TDD载波聚合
如果能够把5G频谱中6GHz以下以及毫米波的不同频段有机地组合在一块，就能提供更好的用户体验，更好的识别率、覆盖率、网络容量等。毫米波和6GHz以下频段随着频谱的升高或降低，它的频宽、速率还有覆盖性都会发生变化，各具特性，载波聚合可以灵活地根据实际可用的频谱来优化网络的特性。比如毫米波的一个载波大概是100MHz，在毫米波内部进行载波聚合可以做到4个载波、8个载波的聚合甚至更高，随着时间的演进将支持更多的聚合。而6GHz以下频段TDD一个载波是100MHz，FDD一个载波是20MHz或者更高一点。目前，高通不仅能够支持6GHz以下TDD、FDD内部的载波聚合，也可以在TDD和FDD之间进行载波聚合，还支持6GHz以下和毫米波聚合。
截至2020年初，目前的5G部署围绕着6GHz以下频段的NSA模式，这种模式在美国、中国、欧洲、韩国和澳大利亚已经部署；同时，美国在2019年开始部署毫米波，欧洲、日本、韩国也将在2020年开始。频段的使用需要国家来划分，频段就绪也需要一定的时间，所以在5G部署初期不同国家频谱的使用不同，毫米波和6GHz以下频段部署的时间也不同。在6GHz以下FDD、TDD频谱都得以部署以后，为了追求更好的性能、更好的体验，各个国家和地区还会开始6GHz以下内部TDD+TDD， FDD+FDD， TDD+FDD各种各样载波聚合的部署。在这种情况下，5G要大发展，终端的调制解调器和射频的灵活度、对不同频段组合的适应性就变的特别重要。
高通是全球5G部署中的重要角色之一，备受业界认可。尤其在毫米波领域，一直引领着毫米波技术的发展，不仅率先实现了移动毫米波的商用，而且率先推出了能够支持目前全球所有商用毫米波频段的 5G 解决方案。最新发布的骁龙X60，带来了毫米波与6GHz 以下聚合的全新特性，再次提升5G网络和终端的性能，加速5G全球部署。据高通分享，今后每年在调制解调器及射频系统上，都会有一个大的宣布。
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