5G三大場(chǎng)景 對射頻前端器件的挑戰

2017年12月,3GPP批準了Release 15 5G NR 非獨立組網(wǎng)標準(NSA)。獨立組網(wǎng)標準(SA)將于2018年6月完成。2018年全球運營(yíng)商將啟動(dòng)5G試商用，預計兩年后正式開(kāi)始大規模商用。

5G三大場(chǎng)景

3GPP技術(shù)規范機構為5G定義了eMBB(增強移動(dòng)寬帶)、URLLC(低時(shí)延高可靠)、mMTC(海量大連接)三大場(chǎng)景，無(wú)論是非獨立組網(wǎng)，還是獨立組網(wǎng)標準，實(shí)現5G對于射頻前端器件的要求更高。在日前舉行的第七屆EEVIA年度中國ICT媒體論壇暨2018產(chǎn)業(yè)和技術(shù)展望研討會(huì )上，Qorvo亞太區移動(dòng)事業(yè)部市場(chǎng)戰略高級經(jīng)理陶鎮對三大場(chǎng)景及智能手機射頻前端的未來(lái)改變進(jìn)行分析。

Qorvo亞太區移動(dòng)事業(yè)部市場(chǎng)戰略高級經(jīng)理陶鎮

一， 增強型移動(dòng)寬帶

智能手機以及基礎設施邁入5G面臨很多挑戰，陶鎮表示，手機若要實(shí)現對3G,4G，5G的兼容，包括濾波器、開(kāi)關(guān)、功率放大器以及整個(gè)前端模塊，都會(huì )有額外的新器件產(chǎn)生。5G頻段的需求將催生區別于傳統4G的射頻半導體器件。除了新的定義成5G的頻段以外，還有到2020年之后對4G頻譜的重耕，這就需要在現有的4G射頻半導體基礎上同時(shí)支持5G-NR的標準。從移動(dòng)寬帶的角度來(lái)說(shuō)，5G智能手機將采用更多射頻半導體器件。

基礎設施建設更多的關(guān)注點(diǎn)在毫米波領(lǐng)域，目前美國走在全球5G毫米波最前沿，美國今年將發(fā)布毫米波商用，中國可能還需3-5年的時(shí)間?；A建設的場(chǎng)景叫做固定無(wú)線(xiàn)接入設備FWA，它并不是傳統意義上移動(dòng)終端手機的應用場(chǎng)景，所以在美國基于毫米波的5G并沒(méi)有有任何移動(dòng)制式的手機或者數據類(lèi)器件，而都是一個(gè)固定接入設備，對于FWA固定接入設備產(chǎn)生了新的基礎設施需求。

例如，光纖入戶(hù)時(shí)光纜埋在地下與樓宇連接，現在毫米波FWA可以不用有線(xiàn)方式，而使用毫米波設備解決，是一個(gè)固定接入設備，且電源供電。

二，萬(wàn)物互聯(lián)

它將是基于5G新標準的IoT，不是現在基于4G標準的NB-IOT或者EMTC制式的IoT，這樣的標準無(wú)論從基礎設施還是移動(dòng)終端的角度，都會(huì )有新的射頻器件產(chǎn)生。

三，低延時(shí)高可靠性

未來(lái)的比如自動(dòng)駕駛，AR\VR應用都將在5G基礎上獲得新的發(fā)展。

2018年5G試商用，5G對智能手機射頻前端的需求

無(wú)論是走獨立組網(wǎng)還是走非獨立組網(wǎng)，2018年所有國家運營(yíng)商開(kāi)始試商用，2020年下半年或者2021年之后才開(kāi)始大規模的商用。具體時(shí)間表為：

2018年-2019年上半年 基于去年12月份完成的NSA第一版標準，以及今年6月份將完成的第一版SA標準，今年所有的運營(yíng)商都會(huì )基于以上標準試商用運行。中國移動(dòng)、中國電信是全球兩家走獨立組網(wǎng)路線(xiàn)的運營(yíng)商，其余運營(yíng)商規劃走非獨立組網(wǎng)。

2019年下半年-2020年 基于3GPP第15個(gè)版本開(kāi)始有限商用，可能在某些國家會(huì )有大規模商用，包括中國三家運營(yíng)商目標在2019年下半年、2020年初正式商用。

2020年到2021年 5G大規模商用，所有支持5G的獨立組網(wǎng)以及非獨立組網(wǎng)的終端網(wǎng)絡(luò )將于2020年完成商用。

陶鎮分析，NSA的好處在于核心網(wǎng)、接入網(wǎng)基于4G-LTE，只需要數據內容層面做5G的基站部署，SA則需要全部重新投入，包括核心網(wǎng)、接入網(wǎng)、數據鏈網(wǎng)都是基于5G-NR。

以中國、日本、韓國、美國這四個(gè)5G部署主要國家來(lái)看，中國目前在6GHz以?xún)扔袃蓚€(gè)頻段，一個(gè)是3.3GHz到3.6GHz，300MHz帶寬，另一個(gè)是4.8 GHz到5GHz，200MHz帶寬，日本和韓國使用3.5GHz和4.8GHz兩個(gè)頻段。美國則采用28GHz毫米波頻段。

5G對射頻器件的挑戰在于，一是帶寬的增加，LTE帶寬最高20兆，5G帶寬最高達到100兆，這還是針對6GHZ以?xún)鹊念l譜，毫米波將高達400兆帶寬?，F在的LTE單載波20兆，做上行載波聚合中國移動(dòng)最多為3個(gè)載波，即60兆帶寬的上行載波聚合。在LTE時(shí)代對應60兆帶寬的功率放大器設計，但是到了5G時(shí)代需要設計100兆帶寬，對PA來(lái)說(shuō)是非常大的挑戰。

第二個(gè)是波形， PA設計考慮很多線(xiàn)性指標，線(xiàn)性指標最重要的因素來(lái)自于數的波形，5G定義了CP-OFDM。這個(gè)信號波形相比較標準的LTE，它的SCDMA很高，峰均比更高?？傊甈A需要更寬、更高的線(xiàn)性設計，這也是5G相比較于4G設計射頻器件最重要的提高性能的地方。除了CP-OFDM，3GPP還有一個(gè)降規格的標準，SFT-S-OFDM，比LTE相對弱一點(diǎn)，可能應用場(chǎng)景不一樣。

5G需要更快的速率，更多的MIMO，在4G LTE時(shí)代已經(jīng)提到4個(gè)下行鏈路，叫4×4的MIMO，2019年可能中國三大運營(yíng)商都要求4×4MIMO，這是基于LTE的。在5G的4×4下行MIMO或者是上行2×10的MIMO可能會(huì )成為一個(gè)標準。

未來(lái)真正的基于支持5G手機的架構中，必須同時(shí)支持5G并向下支持4G、3G，以及額外的互聯(lián)性頻段，比如GPS、wifi等的共組性問(wèn)題，這也將需要更多的天線(xiàn)分工器以及天線(xiàn)調諧的功能。

在5G的前端架構里面，除了PA,濾波器，LNA等傳統的射頻收發(fā)器件以外，更多的是前端天線(xiàn)的分配問(wèn)題，多工器如何支持更好的載波聚合，天線(xiàn)分工器可能需要與手機廠(chǎng)家合作，他們決定手機里用哪幾根天線(xiàn)，每根天線(xiàn)支持的頻段等等。

5G智能手機中，天線(xiàn)分工器將是占比相當大的設備器件。除此以外，天線(xiàn)越來(lái)越多，若要一根天線(xiàn)覆蓋更寬的范圍，未來(lái)在5G時(shí)代天線(xiàn)調諧技術(shù)相比較4G時(shí)代會(huì )更重要。

Qorvo從2017年開(kāi)始開(kāi)發(fā)第一款基于5G NR新標準的射頻前端模塊，這個(gè)模塊包含功率放大器、開(kāi)關(guān)、帶通濾波器，低噪放等器件，陶鎮表示，這個(gè)模塊并不是真正商用化的產(chǎn)品，而是為了推動(dòng)3GPP標準化的制定，讓產(chǎn)業(yè)鏈更好的定義5G。緊密跟隨5G商用進(jìn)程，Qorvo將致力于推出同時(shí)支持非獨立組網(wǎng)以及獨立組網(wǎng)的手機射頻解決方案。