爆發(fā)性應用增長催生5G，兩大關(guān)鍵技術(shù)讓夢想照進現(xiàn)實

21ic訊 把握趨勢，才能掌控未來。全球移動通信的未來，當屬5G。不久前CES 2016(美國消費電子展)上，愛立信展示了一臺5G終端原型機，實時下載速率顯示可達3Gbps，時延小于1ms。5G似乎于我們已不再是那么遙遠，然而關(guān)于5G的最重要的兩個標準即工作頻率及調(diào)制解調(diào)方式卻還沒有真正出爐，無疑5G技術(shù)發(fā)展之路依然存在很多挑戰(zhàn)。

作為全球移動、基礎(chǔ)設(shè)施和國防領(lǐng)域可擴展及動態(tài)射頻解決方案的新領(lǐng)導者，Qorvo公司一直積極參與到5G新標準的制定以及相關(guān)射頻技術(shù)的前沿開發(fā)中。近日該公司移動產(chǎn)品市場戰(zhàn)略部亞太區(qū)經(jīng)理陶鎮(zhèn)和Qorvo基礎(chǔ)設(shè)施和國防產(chǎn)品大客戶銷售經(jīng)理萬文豪分別在易維訊(EEVIA)主辦的“第五屆ICT產(chǎn)業(yè)和技術(shù)趨勢展望論壇”深圳站和北京站的活動中，就此與約百余位中國技術(shù)媒體朋友和工程師分享了專業(yè)的射頻半導體公司對5G時代的技術(shù)趨勢的觀察，以及5G應用將帶來的新挑戰(zhàn)和技術(shù)應對之道。

Qorvo移動產(chǎn)品市場戰(zhàn)略部亞太區(qū)經(jīng)理陶鎮(zhèn)在深圳站做關(guān)于Pre-5G發(fā)展趨勢的主題分享

Pre-5G時代，移動數(shù)據(jù)爆發(fā)性增長帶來挑戰(zhàn)

業(yè)界知名的庫伯定律(Cooper’ s Law)認為，頻譜效率(給定的無線電頻譜中所包含的最大信息量)每30個月就要翻一番。這一預測，與摩爾定律一樣神奇，大致吻合了無線通信技術(shù)發(fā)展的歷史和現(xiàn)狀。Cisco在2015年提供的一組預測數(shù)據(jù)也印證了類似的預測，整個移動數(shù)據(jù)的發(fā)展非常快，從2014年2.5EB到2019年24.3EB。未來5年到10年無線數(shù)據(jù)通信將是一個大爆發(fā)的過程。

移動數(shù)據(jù)增長趨勢預測圖(Source: Cisco VNI Mobile, 2015)

“按照業(yè)界的預測數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)量年度復合增長率是57%，設(shè)備增長率約99%，到2019年上網(wǎng)的設(shè)備將達到100億部左右。這么多產(chǎn)品設(shè)備的接入，高帶寬是非常重要的指標，5G將要求在每平方公里的網(wǎng)絡(luò)能夠連接100萬臺設(shè)備。”陶鎮(zhèn)指出，“從網(wǎng)絡(luò)建設(shè)規(guī)劃而言必須達到1000倍容量的增長。”事實上，帶寬只是一個方面，低時延同樣重要，特別是像前景非?？春玫能嚶?lián)網(wǎng)等應用，當前網(wǎng)絡(luò)過長的時延難以支持，低于1ms的時延標準非常重要，而這也是5G必須要完成的一個目標。

“對移動互聯(lián)網(wǎng)用戶而言，未來5G的目標是達到類似光纖網(wǎng)速的用戶體驗。而對于物聯(lián)網(wǎng)，5G系統(tǒng)則會支持更廣泛的場景應用，如交通、醫(yī)療、農(nóng)業(yè)、金融、建筑、電網(wǎng)、環(huán)境保護等。”陶鎮(zhèn)介紹道。不過，低功耗的萬物互聯(lián)，高可靠性、低延時的智能駕駛，超高速的上網(wǎng)體驗等對射頻前端技術(shù)提出更高的要求。

Qorvo國防產(chǎn)品大客戶銷售經(jīng)理萬文豪在北京站做5G前瞻主題演講

兩大核心技術(shù)，讓5G從夢想走入現(xiàn)實

眾所周知，增加調(diào)制解調(diào)制式的復雜度是加快上行和下行速率行之有效的方法。從傳統(tǒng)的2G GSM開始，到3G的BPSK和QPSK，4G的16QAM和64QAM，制式都越來越復雜。另外一種更為直接的方法就是增加系統(tǒng)傳輸帶寬其中載波聚合技術(shù)獲得普遍的采納。“今年商用的還是兩載波的載波聚合，到了明年后年可能有三載波或者四載波甚至五載波，載波數(shù)量越多可以提供更快的上行和下行速率。”萬文豪指出。

據(jù)預測，到2018年手機載波聚合份額會很大?，F(xiàn)在中國三大運營商在規(guī)劃下行三載波，可能2017年會正式商用三載波，到2018年還有四載波的計劃，目前最大值的規(guī)劃是五載波。然而，不同運營商對載波聚合的不同需求對射頻前端的要求變化相當大。據(jù)悉，目前要單獨給中國移動設(shè)計載波聚合的手機，或者單獨給中國聯(lián)通、中國電信設(shè)計載波聚合的手機，射頻前端具有很大的差別。

5G將帶來的關(guān)鍵改變：數(shù)據(jù)速率10Gbps;延時1mS;

連接密度1百萬/平方公里;容量擴大1000倍

“同時，Massive MIMO也是LTE演進和5G公認的關(guān)鍵技術(shù)之一，該技術(shù)可大幅提升頻譜效率，幫助運營商最大限度利用已有站址和頻譜資源，顯著改善無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋和容量。”萬文豪表示。Massive MIMO采用有源天線陣列技術(shù)，結(jié)合創(chuàng)新的導頻信號設(shè)計和用戶信道高精度估計算法，能夠形成極精確的用戶級超窄波束，將能量定向投放到用戶位置，可以顯著改善網(wǎng)絡(luò)的覆蓋能力，降低無線網(wǎng)絡(luò)能耗，特別是在中高頻段組網(wǎng)的情況下尤為明顯。

載波聚合與Massivie MIMO的必要性催生了對射頻前端設(shè)計更加復雜的需求。“一般情況下，2G只需非常簡單的發(fā)射模塊，3G需要有3G的功率放大器，4G要求更多濾波器和雙工器載波器，載波聚合則需要有與前端配合的多工器，上行載波器的功率放大器又必須重新設(shè)計來滿足線性化的要求。”萬文豪指出。

隨著制式的復雜程度越來越高，射頻前端集成化的解決方案愈加受人青睞。專業(yè)機構(gòu)預計未來射頻前端集成化份額將越來越高，其余的例如分立式的解決方案占比將不再明顯。“如何集成這些不同頻段和制式的射頻前端器件是業(yè)界一直在研究的重要課題。目前有兩種方案：一種架構(gòu)是沿著信號鏈路的集成，即功率放大器加頻段分割的開關(guān)，以及不同頻段的濾波器組成的主動+被動+開關(guān)的集成化模塊，主要適用于中高端手機;另外一種是融合架構(gòu)，將不同頻率的數(shù)個功率放大器集成，適用于中低端手機，目前主要的2G、3G手機均有3-5個功率放大器集成在一個模塊里。”陶鎮(zhèn)介紹道。

應對5G通信射頻挑戰(zhàn)，Qorvo有“獨門秘訣”

5G無線通信前端將用到幾十甚至上百個通道，要求網(wǎng)絡(luò)設(shè)備或者器件供應商能夠提供全集成化的解決方案，這大大增加產(chǎn)品設(shè)計的復雜度，無論對器件解決方案還是設(shè)備解決方案提供商都提出了很大技術(shù)挑戰(zhàn)。“但對Qorvo而言這種技術(shù)挑戰(zhàn)反而是機會，因為Qorvo的技術(shù)優(yōu)勢更容易實現(xiàn)集成化、小型化，而且我們生產(chǎn)工藝技術(shù)能確保在小小的器件或模塊封裝中實現(xiàn)最佳射頻性能條件下的集成。”陶鎮(zhèn)表示，“我們的解決方案能提供很高的效率，因為如果你的效率不支持，那你的設(shè)備是沒辦法成為真正的產(chǎn)品。”

針對3G、4G以及Pre-5G及5G通信技術(shù)，Qorvo的氮化鎵Roadmap

“而且，我們還有一個非常重要先進的技術(shù)——氮化鎵技術(shù)，這是我們整個Qorvo在面對未來5G包括現(xiàn)在4G以及過去的2G、3G做一些技術(shù)儲備。”萬文豪強調(diào)道。據(jù)介紹，要在一個小小的機器里面容納64個或者128個射頻通道必須要求功放具有非常高的效率，同時也要有非常好的線性，這正是氮化鎵作為功率器件的最大優(yōu)勢。

“氮化鎵技術(shù)是目前的主流方向，Qorvo在氮化鎵上發(fā)展非常早，是目前業(yè)界唯一一家提供全工藝的氮化鎵產(chǎn)品提供商。”萬文豪指出，“2016年我們將主要重點放在4G應用，更側(cè)重在大功率功放并實現(xiàn)更高的線性效率，在接下來兩年我們重點將推出針對Pre-5G的一系列產(chǎn)品。”據(jù)悉，Qorvo作為業(yè)界唯一一家具備GaN全工藝生產(chǎn)能力的廠商，能提供從QGaN50到QGaN09，從20伏、28伏、36伏、48伏到65伏所有電壓的產(chǎn)品線。