5G三大場景 對射頻前端器件的挑戰(zhàn)

2017年12月,3GPP批準(zhǔn)了Release 15 5G NR 非獨(dú)立組網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)(NSA)。獨(dú)立組網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)(SA)將于2018年6月完成。2018年全球運(yùn)營商將啟動5G試商用，預(yù)計(jì)兩年后正式開始大規(guī)模商用。

5G三大場景

3GPP技術(shù)規(guī)范機(jī)構(gòu)為5G定義了eMBB(增強(qiáng)移動寬帶)、URLLC(低時(shí)延高可靠)、mMTC(海量大連接)三大場景，無論是非獨(dú)立組網(wǎng)，還是獨(dú)立組網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)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)展望研討會上，Qorvo亞太區(qū)移動事業(yè)部市場戰(zhàn)略高級經(jīng)理陶鎮(zhèn)對三大場景及智能手機(jī)射頻前端的未來改變進(jìn)行分析。

Qorvo亞太區(qū)移動事業(yè)部市場戰(zhàn)略高級經(jīng)理陶鎮(zhèn)

一， 增強(qiáng)型移動寬帶

智能手機(jī)以及基礎(chǔ)設(shè)施邁入5G面臨很多挑戰(zhàn)，陶鎮(zhèn)表示，手機(jī)若要實(shí)現(xiàn)對3G,4G，5G的兼容，包括濾波器、開關(guān)、功率放大器以及整個(gè)前端模塊，都會有額外的新器件產(chǎn)生。5G頻段的需求將催生區(qū)別于傳統(tǒng)4G的射頻半導(dǎo)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(xiàn)有的4G射頻半導(dǎo)體基礎(chǔ)上同時(shí)支持5G-NR的標(biāo)準(zhǔn)。從移動寬帶的角度來說，5G智能手機(jī)將采用更多射頻半導(dǎo)體器件。

基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)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(chǔ)建設(shè)的場景叫做固定無線接入設(shè)備FWA，它并不是傳統(tǒng)意義上移動終端手機(jī)的應(yīng)用場景，所以在美國基于毫米波的5G并沒有有任何移動制式的手機(jī)或者數(shù)據(jù)類器件，而都是一個(gè)固定接入設(shè)備，對于FWA固定接入設(shè)備產(chǎn)生了新的基礎(chǔ)設(shè)施需求。

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

二，萬物互聯(lián)

它將是基于5G新標(biāo)準(zhǔn)的IoT，不是現(xiàn)在基于4G標(biāo)準(zhǔn)的NB-IOT或者EMTC制式的IoT，這樣的標(biāo)準(zhǔn)無論從基礎(chǔ)設(shè)施還是移動終端的角度，都會有新的射頻器件產(chǎn)生。

三，低延時(shí)高可靠性

未來的比如自動駕駛，AR\VR應(yīng)用都將在5G基礎(chǔ)上獲得新的發(fā)展。

2018年5G試商用，5G對智能手機(jī)射頻前端的需求

無論是走獨(dú)立組網(wǎng)還是走非獨(dú)立組網(wǎng)，2018年所有國家運(yùn)營商開始試商用，2020年下半年或者2021年之后才開始大規(guī)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(biāo)準(zhǔn)，以及今年6月份將完成的第一版SA標(biāo)準(zhǔn)，今年所有的運(yùn)營商都會基于以上標(biāo)準(zhǔn)試商用運(yùn)行。中國移動、中國電信是全球兩家走獨(dú)立組網(wǎng)路線的運(yùn)營商，其余運(yùn)營商規(guī)劃走非獨(dú)立組網(wǎng)。

2019年下半年-2020年 基于3GPP第15個(gè)版本開始有限商用，可能在某些國家會有大規(guī)模商用，包括中國三家運(yùn)營商目標(biāo)在2019年下半年、2020年初正式商用。

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

陶鎮(zhèn)分析，NSA的好處在于核心網(wǎng)、接入網(wǎng)基于4G-LTE，只需要數(shù)據(jù)內(nèi)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(shù)據(jù)鏈網(wǎng)都是基于5G-NR。

以中國、日本、韓國、美國這四個(gè)5G部署主要國家來看，中國目前在6GHz以內(nèi)有兩個(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(zhàn)在于，一是帶寬的增加，LTE帶寬最高20兆，5G帶寬最高達(dá)到100兆，這還是針對6GHZ以內(nèi)的頻譜，毫米波將高達(dá)400兆帶寬?，F(xiàn)在的LTE單載波20兆，做上行載波聚合中國移動最多為3個(gè)載波，即60兆帶寬的上行載波聚合。在LTE時(shí)代對應(yīng)60兆帶寬的功率放大器設(shè)計(jì)，但是到了5G時(shí)代需要設(shè)計(jì)100兆帶寬，對PA來說是非常大的挑戰(zhàn)。

第二個(gè)是波形， PA設(shè)計(jì)考慮很多線性指標(biāo)，線性指標(biāo)最重要的因素來自于數(shù)的波形，5G定義了CP-OFDM。這個(gè)信號波形相比較標(biāo)準(zhǔn)的LTE，它的SCDMA很高，峰均比更高?？傊甈A需要更寬、更高的線性設(shè)計(jì)，這也是5G相比較于4G設(shè)計(jì)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(guī)格的標(biāo)準(zhǔn)，SFT-S-OFDM，比LTE相對弱一點(diǎn)，可能應(yīng)用場景不一樣。

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(yùn)營商都要求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可能會成為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。

未來真正的基于支持5G手機(jī)的架構(gòu)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等的共組性問題，這也將需要更多的天線分工器以及天線調(diào)諧的功能。

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

5G智能手機(jī)中，天線分工器將是占比相當(dāng)大的設(shè)備器件。除此以外，天線越來越多，若要一根天線覆蓋更寬的范圍，未來在5G時(shí)代天線調(diào)諧技術(shù)相比較4G時(shí)代會更重要。

Qorvo從2017年開始開發(fā)第一款基于5G NR新標(biāo)準(zhǔn)的射頻前端模塊，這個(gè)模塊包含功率放大器、開關(guān)、帶通濾波器，低噪放等器件，陶鎮(zhèn)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3GPP標(biāo)準(zhǔn)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(dú)立組網(wǎng)以及獨(dú)立組網(wǎng)的手機(jī)射頻解決方案。