中興通訊5G創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室將破解5G基站功耗的難題

今年是5G商用元年。自6月6日獲得5G牌照后，運(yùn)營商開啟了5G商用網(wǎng)絡(luò)建設(shè)步伐，一些進(jìn)度快的大城市已部署了數(shù)千座5G基站。運(yùn)營商還向公眾提供了5G試用套餐，嘗鮮5G高速網(wǎng)絡(luò)，例如近日在山西舉辦的全國青年運(yùn)動會，用戶可以用5G手機(jī)觀看“5G直播”，感受非凡的5G體驗(yàn)。

5G已經(jīng)商用，但多數(shù)用戶對5G的創(chuàng)新技術(shù)并不熟悉。作為全球主流5G網(wǎng)絡(luò)供應(yīng)商之一，中興通訊近期向媒體開放了位于上海研究所的“5G創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室”，揭開了5G商用背后部分“黑科技”產(chǎn)品的面紗。

中興通訊5G創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室內(nèi)景

天線和器件的創(chuàng)新

5G是移動通信行業(yè)一次重大的技術(shù)革新，部署在5G基站的天饋線系統(tǒng)和5G設(shè)備，包括里面的器件和芯片，都是滿滿的核心技術(shù)。早在4G時代，中興通訊針對性研發(fā)了射頻和天線一體化融合的天饋系統(tǒng)，采用PCB直插式架構(gòu)，無饋線、無電調(diào)、插損更小，且可以進(jìn)行靈活的數(shù)字波束賦形。

天線和射頻模塊從分離架構(gòu)走向了一體化架構(gòu)，原來的架構(gòu)是BBU+RRU+天線，變成了BBU+AAU。這一突破性的架構(gòu)創(chuàng)新，已經(jīng)成為了目前全行業(yè)5G宏站天饋前端的通行做法。C114從5G創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室了解到，中興通訊正在研發(fā)下一代Massive?MIMO天線，將實(shí)現(xiàn)天線和濾波器的一體化融合，進(jìn)一步降低5G基站整機(jī)體積和成本。

在這個過程中，中興通訊也讓濾波器越來越微型化。濾波器是基站信號發(fā)射非常關(guān)鍵的器件，以前4G Massive MIMO采用和傳統(tǒng)宏站一樣的金屬腔體濾波器，進(jìn)入5G時代，中興通訊采用一體化成型、自動化調(diào)試工藝，在同等性能要求下，使用小腔體濾波器實(shí)現(xiàn)了體積縮小70%，重量縮小50%的成果，為整機(jī)瘦身。

在5G創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，中興通訊還展示了新一代陶瓷濾波器，使整機(jī)更輕更薄。據(jù)了解，陶瓷濾波器具有高抑制、插入損耗小、溫度漂移特性好的特點(diǎn)，二是功率容量和和無源互調(diào)性能都得到了很大改善，代表著高端射頻器件的發(fā)展方向，將成為5G時代的主流。

此外，對于另一個不可或缺的器件——功率放大器，中興通訊將其“芯片化”。2017年，中興通訊結(jié)合GaN（氮化鎵）材料，實(shí)現(xiàn)功放器件小型化飛躍，面積縮小1/2，機(jī)頂功率可以達(dá)到200W，功放效率達(dá)到47%。5G創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室展出的5G第二代功率放大器，將在第一代基礎(chǔ)上繼續(xù)集成化，面積持續(xù)縮小，效率達(dá)到50%，帶寬達(dá)到200MHz，機(jī)頂功率達(dá)到320W。

自主研發(fā)芯片亮點(diǎn)頻出

如果將一臺5G 整機(jī)設(shè)備比做汽車的話，芯片和算法便類似于發(fā)動機(jī)與控制系統(tǒng)。

在基站的核心芯片領(lǐng)域，中興通訊采取自研的方式，實(shí)現(xiàn)了基帶芯片從28nm到7nm設(shè)計能力的飛躍，7nm芯片將在今年商用，并預(yù)計在2021年實(shí)現(xiàn)基帶芯片5nm。數(shù)字中頻芯片也實(shí)現(xiàn)了從40nm到7nm的三代自主研發(fā)，7nm芯片將在今年商用，并計劃下一代芯片將實(shí)現(xiàn)5nm。

同時，搭載中興通訊的自研算法，為Massive MIMO整機(jī)性能保駕護(hù)航。通過Massive MIMO 系統(tǒng)仿真平臺和鏈路仿真平臺進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)級性能的提升，通過性能優(yōu)化平臺和智能節(jié)電平臺進(jìn)行設(shè)備級的性能提升。

破解5G功耗難題

5G基站引入大規(guī)模天線技術(shù)，AAU的體積、重量、散熱都受到挑戰(zhàn)。5G原型機(jī)給人的印象，就是一個高耗電的“大家伙”。據(jù)悉，5G剛部署時，運(yùn)營商以及行業(yè)客戶，都十分關(guān)注5G設(shè)備的重量和功耗問題，這些問題給安裝和供電帶來了不小的挑戰(zhàn)。

在5G創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室可以看到，中興通訊對這塊難啃的硬骨頭下了大工夫，開發(fā)了很多新材料、新工藝。例如傳統(tǒng)設(shè)計的散熱齒，下部熱量上部擴(kuò)散，造成散熱齒結(jié)構(gòu)上部溫度高，降低散熱效率，成為散熱瓶頸。中興通訊獨(dú)特的V齒結(jié)構(gòu)設(shè)計，改進(jìn)散熱氣流，使冷空氣正面進(jìn)兩側(cè)出，避免熱級聯(lián)，散熱提升20%，成為業(yè)界首創(chuàng)。

中興通訊預(yù)計，5G第一代Massive MIMO基站體積減少1/3，重量減少1/3。到下一代基站，陣子數(shù)不變的情況下，AAU厚度會進(jìn)一步降低，變薄30%。

后記

據(jù)介紹，能夠開發(fā)出大量創(chuàng)新型5G產(chǎn)品技術(shù)，與中興通訊自主構(gòu)建的DevOps研發(fā)管理平臺分不開。這一平臺能夠同時管理全球范圍內(nèi)3萬多名研發(fā)人員，支持全球15個研發(fā)中心、超過600個項(xiàng)目的研發(fā)需求，保障軟硬件產(chǎn)品質(zhì)量、人均效率提升50%，大大加快了研發(fā)整體進(jìn)度。

5G將對國民經(jīng)濟(jì)百行百業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型起到關(guān)鍵作用，其戰(zhàn)略價值無需多談。從全球范圍內(nèi)看，5G正在快速走向商用，中興通訊作為全球四大供應(yīng)商之一，持續(xù)聚焦5G研發(fā)投資，并已形成和正在開發(fā)一批高精尖技術(shù)成果，將為5G商用進(jìn)程起到重要的推動作用。