5G時(shí)代下的射頻存在哪一些挑戰(zhàn)

5G 始于載波網(wǎng)絡(luò)，需要載波網(wǎng)絡(luò)為這些新一代技術(shù)提供支撐。在向5G過(guò)渡的過(guò)程中，有源天線系統(tǒng)、波束成形、波束控制、固定無(wú)線接入 （FWA）等新技術(shù)出現(xiàn)了。5G 網(wǎng)絡(luò)必須處理許多需要不同有源天線系統(tǒng) （AAS） 的功能，以應(yīng)對(duì)增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶 （eMBB）、大規(guī)模機(jī)器類(lèi)型通信 （mMTC） 和超可靠低延遲通信 （uRLLC） 的挑戰(zhàn)。

4G 與 5G 系統(tǒng)要求對(duì)比

5G并不是4G基礎(chǔ)上的一次增量式改進(jìn)，而是移動(dòng)通信技術(shù)的下一次重大演進(jìn)，其性能相比當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)將提升幾個(gè)數(shù)量級(jí)。5G并不會(huì)取代4G，它只是促成4G所無(wú)法完成的各種任務(wù)。4G網(wǎng)絡(luò)將繼續(xù)與5G網(wǎng)絡(luò)同步發(fā)展，以支持更多的日常任務(wù)。

增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶、高效地處理數(shù)據(jù)流、固定無(wú)線接入、無(wú)線基礎(chǔ)設(shè)施，低延遲以及物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)和應(yīng)用，在5G時(shí)代備受關(guān)注。目前，5G的使用案例正處于定義階段，新的無(wú)線電接入技術(shù)正在開(kāi)發(fā)中，載波現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)也正在進(jìn)行。第三代合作伙伴計(jì)劃 （3GPP） 標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)正在協(xié)調(diào)這些新創(chuàng)意并使其全球化，成為統(tǒng)一的規(guī)范。

（4G 與 5G 技術(shù)之間的主要差異）

FWA在5G時(shí)代下的五大挑戰(zhàn)

5G 最早的用途之一會(huì)是固定無(wú)線接入 （FWA）。FWA主要是為固定位置的用戶(hù)或僅在小范圍區(qū)域內(nèi)移動(dòng)的用戶(hù)提供無(wú)線通信接入服務(wù)的方式，也是在毫米波頻段中實(shí)現(xiàn)5G的基礎(chǔ)。

FWA在5G時(shí)代中的地位越來(lái)越重要，并已經(jīng)吸引了很多廠商的注意。據(jù)GSA最新發(fā)布的全球5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展報(bào)告中顯示，目前全球35個(gè)國(guó)家的63家運(yùn)營(yíng)商已經(jīng)推出了一項(xiàng)或多項(xiàng)支持3GPP標(biāo)準(zhǔn)的5G服務(wù)，其中就包括了34個(gè)FWA服務(wù)。由此可以看出，F(xiàn)WA已經(jīng)開(kāi)始實(shí)施，很快就能實(shí)現(xiàn)完全商業(yè)化。但就像任何其他技術(shù)進(jìn)步一樣，F(xiàn)WA也帶來(lái)了新的設(shè)計(jì)難題，讓人們需要做出新的技術(shù)決策。

第一個(gè)要做出的決策是FWA使用毫米波還是6 GHz以下頻率。其次，F(xiàn)WA 系統(tǒng)還需要在有源天線系統(tǒng) （AAS） 和大規(guī)模 MIMO （多路輸入/多路輸出）中做出選擇，以便提供千兆級(jí)服務(wù)。第三個(gè)考慮因素是采用什么類(lèi)型的波束成形——全數(shù)字還是混合型。第四是要在PA技術(shù)中做出選擇——采用SiGe 還是GaN。最后一個(gè)考慮因素是選擇實(shí)際應(yīng)用中正在使用的產(chǎn)品解決方案。多家 RF 公司已經(jīng)有意支持研發(fā)6 GHz以下和厘米波/毫米波FWA 基礎(chǔ)設(shè)施。

對(duì)此，Qorvo認(rèn)為混合波束成形是目前最佳的解決方法。此外，GaN與SiGe核心波束成形可以滿(mǎn)足75dBm的 FCC EIRP目標(biāo)和100MHz 的基站目標(biāo)。這種方法還可以最大限度地降低成本、復(fù)雜度、尺寸和功耗。

如何實(shí)現(xiàn)6 GHz以下的5G大規(guī)模MIMO

每一代無(wú)線技術(shù)都利用天線技術(shù)的進(jìn)步來(lái)提高網(wǎng)絡(luò)速度。3G 使用單用戶(hù) MIMO，后者利用多個(gè)同步數(shù)據(jù)流將數(shù)據(jù)從基站傳輸 給單個(gè)用戶(hù)。4G 系統(tǒng)中主要采用多用戶(hù) MIMO 技術(shù)，它為不同的用戶(hù)分配不同的數(shù)據(jù)流，提供遠(yuǎn)優(yōu)于 3G 的容量和性能。5G 將引入大規(guī)模 MIMO，進(jìn)一步提高容量，并提供高達(dá) 20Gb/s 的數(shù)據(jù)速率。

很明顯，要實(shí)現(xiàn)5G 所需要的20Gb/s 的數(shù)據(jù)速率目標(biāo)，就需要使用毫米波 （mmWave） 頻譜。然而，在真正將毫米波用于移動(dòng)通信之前，必須先解決幾個(gè)關(guān)鍵挑戰(zhàn)。雖然運(yùn)營(yíng)商和原始設(shè)備制造商 （OEM） 還在繼續(xù)努力完善毫米波技術(shù)，但在短期內(nèi)，6GHz 以下頻率將會(huì)是 5G 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的首選。

6GHz 以下大規(guī)模MIMO波束成形技術(shù)將會(huì)推動(dòng)在大規(guī)模MIMO陣列中運(yùn)用小尺寸、高性能、經(jīng)濟(jì)高效的功率放大器（PA） 的需求。此外，因?yàn)?5G 調(diào)制機(jī)制日漸復(fù)雜（例如 256 QAM），這就需要無(wú)線基礎(chǔ)設(shè)施PA在深度功率輸出回退條件（高達(dá)或超過(guò) 8dB）下要十分高效，才能達(dá)到所需的線性度。

在這當(dāng)中氮化鎵技術(shù)就起到了非常重要的作用。高輸出功率、線性度和功耗要求正促使基站和網(wǎng)絡(luò)OEM從使用PA LDMOS技術(shù)轉(zhuǎn)向氮化鎵技術(shù)。GaN可為6GHz以下5G大規(guī)模MIMO基站應(yīng)用提供諸多優(yōu)勢(shì)。

（Qorvo所提供的6GHz以下產(chǎn)品）

作為致力于發(fā)展射頻技術(shù)的一員，Qorvo在5G領(lǐng)域也進(jìn)行了多年的投入。去年2月，Qorvo 曾宣布，自2018 年 1 月以來(lái)，Qorvo已提供了超過(guò)1億件5G無(wú)線基礎(chǔ)設(shè)施元器件。此外，Qorvo的氮化鎵 （GaN） 技術(shù)也成為了5G時(shí)代的新寵兒。在其2020Q3財(cái)季財(cái)報(bào)會(huì)議上還消息顯示，為滿(mǎn)足5G高頻率需求，Qorvo也正在協(xié)助基站制造商向氮化鎵（GaN）功率放大器轉(zhuǎn)變，積極部署宏基站和大規(guī)模MIMO網(wǎng)絡(luò)，助推全球5G基礎(chǔ)設(shè)施部署。同時(shí)，公司預(yù)計(jì)未來(lái)功率放大器的大半市場(chǎng)將轉(zhuǎn)向氮化鎵（GaN），并且這一趨勢(shì)也會(huì)加速推進(jìn)。