爆發(fā)性應用增長催生5G，兩大關鍵技術讓夢想照進現(xiàn)實

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，然而關于5G的最重要的兩個標準即工作頻率及調制解調方式卻還沒有真正出爐，無疑5G技術發(fā)展之路依然存在很多挑戰(zhàn)。

作為全球移動、基礎設施和國防領域可擴展及動態(tài)射頻解決方案的新領導者，Qorvo公司一直積極參與到5G新標準的制定以及相關射頻技術的前沿開發(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基礎設施和國防產(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時代的技術趨勢的觀察，以及5G應用將帶來的新挑戰(zhàn)和技術應對之道。

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?？?，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%，設備增長率約99%，到2019年上網(wǎng)的設備將達到100億部左右。這么多產(chǎn)品設備的接入，高帶寬是非常重要的指標，5G將要求在每平方公里的網(wǎng)絡能夠連接100萬臺設備?！碧真?zhèn)指出，“從網(wǎng)絡建設規(guī)劃而言必須達到1000倍容量的增長?！笔聦嵣?，帶寬只是一個方面，低時延同樣重要，特別是像前景非常看好的車聯(lián)網(wǎng)等應用，當前網(wǎng)絡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，讓5G從夢想走入現(xiàn)實

眾所周知，增加調制解調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?！比f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計載波聚合的手機，或者單獨給中國聯(lián)通、中國電信設計載波聚合的手機，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，MassiveMIMO也是LTE演進和5G公認的關鍵技術之一，該技術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)絡的覆蓋和容量?！比f文豪表示。Massive MIMO采用有源天線陣列技術，結合創(chuàng)新的導頻信號設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)絡的覆蓋能力，降低無線網(wǎng)絡能耗，特別是在中高頻段組網(wǎng)的情況下尤為明顯。

載波聚合與MassivieMIMO的必要性催生了對射頻前端設計更加復雜的需求?！耙话闱闆r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計來滿足線性化的要求?！比f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?！叭绾渭蛇@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：一種架構是沿著信號鏈路的集成，即功率放大器加頻段分割的開關，以及不同頻段的濾波器組成的主動+被動+開關的集成化模塊，主要適用于中高端手機；另外一種是融合架構，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?！碧真?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)絡設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)品設計的復雜度，無論對器件解決方案還是設備解決方案提供商都提出了很大技術挑戰(zhàn)?！暗珜orvo而言這種技術挑戰(zhàn)反而是機會，因為Qorvo的技術優(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?！碧真?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，那你的設備是沒辦法成為真正的產(chǎn)品?！?/span>

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

“而且，我們還有一個非常重要先進的技術——氮化鎵技術，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做一些技術儲備?！?/span>萬文豪強調道。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?！睋?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。