5G時代：哪類基礎(chǔ)設(shè)施用模擬與RF芯片會受寵

5G已經(jīng)到來，這是最好的時代，也是最有挑戰(zhàn)的時代。為實(shí)現(xiàn) 5G，技術(shù)要素包括模擬前端 (AFE) 和 RF 架構(gòu)。那么，基礎(chǔ)設(shè)施用模擬與射頻芯片做到了什么程度？性能和集成度如何？為此，電子產(chǎn)品世界采訪了模擬和RF芯片供應(yīng)商——ADI、恩智浦半導(dǎo)體和賽靈思。

1 ADI：5G的三大挑戰(zhàn)及應(yīng)對方案

5G對設(shè)備運(yùn)營商(OEM)提出了新的挑戰(zhàn)，因?yàn)?G技術(shù)和4G有很大不同，包括空口技術(shù)、編碼技術(shù)，以及后面的基帶等。最直接的挑戰(zhàn)是頻譜擴(kuò)展，之前頻段一般集中在2GHz、2.7GHz以下，新的5G頻段有3.5GHz頻段、4.9GHz頻段等，因此設(shè)備商要提供新的產(chǎn)品來覆蓋這些頻段。

一方面帶寬增加，之前的帶寬更多是50MHz，最多100MHz。5G因?yàn)閿?shù)據(jù)流量大大增加以10倍甚至100倍的增長，帶寬也要更寬。目前3GPP推出的規(guī)格里最寬的帶寬達(dá)200MHz；另一方面，通道數(shù)也會大大增加，之前宏基站是2×2或4×4，現(xiàn)在8×8已經(jīng)出來了，甚至16×16。

5G有一種專門的技術(shù)叫Massive MIMO。在Massive MIMO場景有64×64，甚至128×128。通信商巨頭已經(jīng)有這些Massive MIMO的原型產(chǎn)品了?！　?/p>

這些難題從技術(shù)角度對設(shè)備商提出了挑戰(zhàn)，不但要滿足新技術(shù)的要求，同時運(yùn)營商也要求設(shè)備商進(jìn)一步降低尺寸、功耗和成本。因此，需要半導(dǎo)體廠商推出新的解決方案。

ADI提供的產(chǎn)品可服務(wù)于從比特到天線陣列的完整5G基站信號鏈——包括上變頻器、下變頻器、PLL頻率合成器、開關(guān)、波束合成、LNA和PA等。

在分立器件方面，ADI的Pipeline ADC技術(shù)不斷往上提升，為了把精度做得更高，已推出14位的Pipeline ADC，在3G、4G尤其5G的基站應(yīng)用里可以得到很好的發(fā)揮。

為了補(bǔ)全產(chǎn)品線，ADI于2014年收購了訊泰科技，最重要的意義在于，以前ADI的高速能力，甚至RF的能力，大約到6 GHz或8 GHz的水平，有了訊泰的能力補(bǔ)充，可以做到（100~110） GHz的能力，包括微波、毫米波在內(nèi)，都有完整的產(chǎn)品系列。另外，訊泰科技對于毫米波、微波、RF的信號鏈?zhǔn)欠浅Ｍ暾?，有完備的產(chǎn)品線，包括濾波器、開關(guān)等，再把它們跟ADI的技術(shù)結(jié)合起來，就形成了完整的RF解決方案。

例如HMC661/HMC1061，可以在18 GHz的高帶寬下進(jìn)行采樣保持，減少對高溫ADC的依賴實(shí)現(xiàn)高速采集。另外，HMC994/998/907/797系列砷化鎵類的PA(功率放大器)產(chǎn)品，最大的特點(diǎn)是可以從DC，即從0 Hz到30 GHz的信號和帶寬放大。

另一款產(chǎn)品是現(xiàn)在在5G通訊，特別是5G毫米波通訊里推出來的產(chǎn)品。在5G通訊里，波束成形中怎樣把一個天線陣列形成多個波束非常關(guān)鍵，ADI有集中度高、性價(jià)比好的產(chǎn)品，對這種技術(shù)的實(shí)現(xiàn)就非常關(guān)鍵。ADI還有把低的RF信號提到高的RF信號的能力，針對不同的頻段，諸如K頻段、Ka頻段都有相應(yīng)的產(chǎn)品，能夠建立起來可以達(dá)到500 MHz帶寬的系統(tǒng)。

在5G射頻收發(fā)器方面，實(shí)現(xiàn)了軟件配置的RF平臺，助力客戶從概念到成品的快速完成。實(shí)際上，無線電的概念從1995年就在美國通信協(xié)會上被提出來，但真正實(shí)現(xiàn)軟件配置的RF平臺是非常困難的，因?yàn)镽F本身的設(shè)計(jì)會帶來非常多的挑戰(zhàn)。ADI最早把所有的濾波器、射頻的LNA、PA，包括高速DAC等集成在一個芯片里，這才得以實(shí)現(xiàn)所有的RF的頻點(diǎn)、帶寬、噪聲水平等都可以進(jìn)行軟件配置。2014年推出了AD9361，2018年推出了ADRV9008/9產(chǎn)品。

２ 恩智浦：看好宏站和小站的機(jī)會

在通信基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域，從之前的3G、4G到現(xiàn)在的5G，恩智浦的產(chǎn)品包括核心處理器、射頻功放以及大規(guī)模的射頻電路等等。5G時代來臨，如果看得更遠(yuǎn)一些，到2021年、2022年時，5G邊緣部分的成長會相當(dāng)明顯。5G由于其特性和室內(nèi)覆蓋的問題，包括穿透性的問題，對小基站在宏站的基礎(chǔ)上進(jìn)行補(bǔ)站的需求，以及5G行業(yè)的應(yīng)用會有比較多的增長。在邊緣側(cè)和5G部署系統(tǒng)里，除了核心網(wǎng)和宏站以外，還有小站以及企業(yè)端和工業(yè)5G的小的分布系統(tǒng)，恩智浦有獨(dú)特的分布式系統(tǒng)、產(chǎn)品和解決方案。

　　現(xiàn)在中國在5G方面走得比較快。如下圖，北美率先宣布的5G應(yīng)用，之后才是中國。但北美的5G頻段跟中國有所不同，因?yàn)楸泵烙泻芏郤ub-6GHz的頻段被軍方占用，所以北美5G主要是在微波段進(jìn)行部署的。中國由于是后發(fā)，在Sub-6GHz頻段下有很多投資，包括中國移動、電信、聯(lián)通，2019年已經(jīng)大規(guī)模部署了，2020年在絕大多數(shù)的主要城市都可以進(jìn)行覆蓋。

5G基礎(chǔ)設(shè)施的增長將刺激2020年手機(jī)市場銷量的增長。從2016到2019年，手機(jī)市場一直在萎縮，但從2020年開始，會出現(xiàn)4G到5G手機(jī)的更換潮。

在終端側(cè)，恩智浦除了之前提供的核心網(wǎng)絡(luò)的處理器和在宏站提供的射頻解決方案外，在開放式的架構(gòu)，以及在CU、DU、RU、5G小基站、企業(yè)/工業(yè)、農(nóng)業(yè)、5G的CPE等方面，都有小基站和企業(yè)基站的部署和應(yīng)用（如下圖）。

在5G射頻技術(shù)方面，由于目前已經(jīng)到了5G的市場投入期，未來的增長是非常大的（如下圖）。

圖：基站市場

恩智浦從技術(shù)到頻段都有覆蓋。從RF技術(shù)來看，恩智浦是從低頻到高頻，從微功率到大功率所有產(chǎn)品和技術(shù)的提供商。在高功率基站、毫米波基礎(chǔ)設(shè)施以及CPE解決方案方面，恩智浦也都有產(chǎn)品的覆蓋（如下圖）。

3 賽靈思RFSoC：實(shí)現(xiàn)更高的集成

擅長全可編程SoC的賽靈思把RF也集成了進(jìn)來，推出了賽靈思Zynq UltraScale+ RFSoC是把RF嫁接到SoC里。2017年已經(jīng)推出了第１代產(chǎn)品，2019年又推出了第２代和第３代產(chǎn)品。

RFSoC的第２代和第３代產(chǎn)品具有更高射頻性能及更強(qiáng)可擴(kuò)展能力，可支持6 GHz以下所有頻段，從而滿足新一代5G 部署的關(guān)鍵需求。同時，還可支持針對采樣率高達(dá)的14位ADC和10 GS/S的14位DAC進(jìn)行直接RF采樣，二者的模擬帶寬均高達(dá)6 GHz。

產(chǎn)品系列是單芯片自適應(yīng)射頻平臺。該產(chǎn)品系列現(xiàn)在包括：第２代不僅符合亞洲地區(qū)5G部署的時間規(guī)劃，而且還支持最新射頻技術(shù)。第三代在 RF 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器子系統(tǒng)中對 6GHz以下頻段的直接 RF 采樣，以提供全面支持、擴(kuò)展的毫米波接口，并將功耗降低達(dá) 20%。

那么，是否將來第３代產(chǎn)品是主流，因?yàn)榈冢炒采w？實(shí)際上，賽靈思第一代產(chǎn)品主要服務(wù)于pre-5G或者是5G早期的一些部署，針對的是4 GHz的帶寬。但是現(xiàn)在有新的頻段得到了分配，尤其是在中國和日本，主要是4 GHz到5 GHz的，所以賽靈思推出了第２代產(chǎn)品，希望能夠非常及時地給這些運(yùn)營商提供合適的產(chǎn)品。3GPP還在不斷的發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)要演化到6 GHz，這時候第三代產(chǎn)品芯片就是最合適的。

所以如果客戶要在2021年部署系統(tǒng)，那么第３代產(chǎn)品是最合適的，能夠幫助客戶滿足到時候所需要的一系列應(yīng)用。

另外，全球很多國家在頻段分配上的情況是不一樣的，可能有一些并不需要4 GHz或者是5 GHz這樣的帶寬水平，所以可以根據(jù)各個國家的情況選擇1~3代產(chǎn)品。例如如果有的國家只需要4 GHz帶寬，其實(shí)第1代芯片就可以滿足需求。