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两大关键技术让5G梦想照进现实

作者:电子信息产业网来源:中国电子报、电子信息产业网发布时间:2016-02-22 09:45我要评论

把握趋势,才能掌控未来。全球移动通信的未来,当属5G。不久前CES 2016(美国消费电子展)上,爱立信展示了一台5G终端原型机,实时下载速率显示可达3Gbps,时延小于1ms。5G似乎于我们已不再是那么遥远,然而关于5G的最重要的两个标准即工作频率及调制解调方式却还没有真正出炉,无疑5G技术发展之路依然存在很多挑战。

作为全球移动、基础设施和国防领域可扩展及动态射频解决方案的新领导者,Qorvo公司一直积极参与到5G新标准的制定以及相关射频技术的前沿开发中。近日该公司移动产品市场战略部亚太区经理陶镇和Qorvo基础设施和国防产品大客户销售经理万文豪分别在易维讯(EEVIA)主办的“第五届ICT产业和技术趋势展望论坛”深圳站和北京站的活动中,就此与约百余位中国技术媒体朋友和工程师分享了专业的射频半导体公司对5G时代的技术趋势的观察,以及5G应用将带来的新挑战和技术应对之道。

Pre-5G时代,移动数据爆发性增长带来挑战

业界知名的库伯定律(Cooper’ s Law)认为,频谱效率(给定的无线电频谱中所包含的最大信息量)每30个月就要翻一番。这一预测,与摩尔定律一样神奇,大致吻合了无线通信技术发展的历史和现状。Cisco在2015年提供的一组预测数据也印证了类似的预测,整个移动数据的发展非常快,从2014年2.5EB到2019年24.3EB。未来5年到10年无线数据通信将是一个大爆发的过程。

“按照业界的预测数据,数据量年度复合增长率是57%%,设备增长率约99%%,到2019年上网的设备将达到100亿部左右。这么多产品设备的接入,高带宽是非常重要的指标,5G将要求在每平方公里的网络能够连接100万台设备。”陶镇指出,“从网络建设规划而言必须达到1000倍容量的增长。”事实上,带宽只是一个方面,低时延同样重要,特别是像前景非常看好的车联网等应用,当前网络过长的时延难以支持,低于1ms的时延标准非常重要,而这也是5G必须要完成的一个目标。

“对移动互联网用户而言,未来5G的目标是达到类似光纤网速的用户体验。而对于物联网,5G系统则会支持更广泛的场景应用,如交通、医疗、农业、金融、建筑、电网、环境保护等。”陶镇介绍道。不过,低功耗的万物互联,高可靠性、低延时的智能驾驶,超高速的上网体验等对射频前端技术提出更高的要求。

两大核心技术,让5G从梦想走入现实

众所周知,增加调制解调制式的复杂度是加快上行和下行速率行之有效的方法。从传统的2G GSM开始,到3G的BPSK和QPSK,4G的16QAM和64QAM,制式都越来越复杂。另外一种更为直接的方法就是增加系统传输带宽其中载波聚合技术获得普遍的采纳。“今年商用的还是两载波的载波聚合,到了明年后年可能有三载波或者四载波甚至五载波,载波数量越多可以提供更快的上行和下行速率。”万文豪指出。

据预测,到2018年手机载波聚合份额会很大。现在中国三大运营商在规划下行三载波,可能2017年会正式商用三载波,到2018年还有四载波的计划,目前最大值的规划是五载波。然而,不同运营商对载波聚合的不同需求对射频前端的要求变化相当大。据悉,目前要单独给中国移动设计载波聚合的手机,或者单独给中国联通、中国电信设计载波聚合的手机,射频前端具有很大的差别。

5G将带来的关键改变:

数据速率10Gbps;

延时1mS;

连接密度1百万/平方公里;

容量扩大1000倍

“同时,Massive MIMO也是LTE演进和5G公认的关键技术之一,该技术可大幅提升频谱效率,帮助运营商最大限度利用已有站址和频谱资源,显著改善无线网络的覆盖和容量。”万文豪表示。Massive MIMO采用有源天线阵列技术,结合创新的导频信号设计和用户信道高精度估计算法,能够形成极精确的用户级超窄波束,将能量定向投放到用户位置,可以显著改善网络的覆盖能力,降低无线网络能耗,特别是在中高频段组网的情况下尤为明显。

载波聚合与Massivie MIMO的必要性催生了对射频前端设计更加复杂的需求。“一般情况下,2G只需非常简单的发射模块,3G需要有3G的功率放大器,4G要求更多滤波器和双工器载波器,载波聚合则需要有与前端配合的多工器,上行载波器的功率放大器又必须重新设计来满足线性化的要求。”万文豪指出。

随着制式的复杂程度越来越高,射频前端集成化的解决方案愈加受人青睐。专业机构预计未来射频前端集成化份额将越来越高,其余的例如分立式的解决方案占比将不再明显。“如何集成这些不同频段和制式的射频前端器件是业界一直在研究的重要课题。目前有两种方案:一种架构是沿着信号链路的集成,即功率放大器加频段分割的开关,以及不同频段的滤波器组成的主动+被动+开关的集成化模块,主要适用于中高端手机;另外一种是融合架构,将不同频率的数个功率放大器集成,适用于中低端手机,目前主要的2G、3G手机均有3-5个功率放大器集成在一个模块里。”陶镇介绍道。

应对5G通信射频挑战,Qorvo有“独门秘诀”

5G无线通信前端将用到几十甚至上百个通道,要求网络设备或者器件供应商能够提供全集成化的解决方案,这大大增加产品设计的复杂度,无论对器件解决方案还是设备解决方案提供商都提出了很大技术挑战。“但对Qorvo而言这种技术挑战反而是机会,因为Qorvo的技术优势更容易实现集成化、小型化,而且我们生产工艺技术能确保在小小的器件或模块封装中实现最佳射频性能条件下的集成。”陶镇表示,“我们的解决方案能提供很高的效率,因为如果你的效率不支持,那你的设备是没办法成为真正的产品。”

针对3G、4G以及Pre-5G及5G通信技术,Qorvo的氮化镓Roadmap

“而且,我们还有一个非常重要先进的技术——氮化镓技术,这是我们整个Qorvo在面对未来5G包括现在4G以及过去的2G、3G做一些技术储备。”万文豪强调道。据介绍,要在一个小小的机器里面容纳64个或者128个射频通道必须要求功放具有非常高的效率,同时也要有非常好的线性,这正是氮化镓作为功率器件的最大优势。

“氮化镓技术是目前的主流方向,Qorvo在氮化镓上发展非常早,是目前业界唯一一家提供全工艺的氮化镓产品提供商。”万文豪指出,“2016年我们将主要重点放在4G应用,更侧重在大功率功放并实现更高的线性效率,在接下来两年我们重点将推出针对Pre-5G的一系列产品。”据悉,Qorvo作为业界唯一一家具备GaN全工艺生产能力的厂商,能提供从QGaN50到QGaN09,从20伏、28伏、36伏、48伏到65伏所有电压的产品线。


责任编辑:刘静
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