【導(dǎo)讀】毫米波未來的五年時(shí)間估計(jì)也不會(huì)被普及，因?yàn)榇┩赣邢扌枰笠?guī)模部署，成本太高。運(yùn)營商在主流城市地區(qū)利潤增長和投入不成正比積極性不大。本文的關(guān)注點(diǎn)只聚焦在三年內(nèi)會(huì)商用的5G射頻前端與5G測試。
毫米波未來的五年時(shí)間估計(jì)也不會(huì)被普及，因?yàn)榇┩赣邢扌枰笠?guī)模部署，成本太高。運(yùn)營商在主流城市地區(qū)利潤增長和投入不成正比積極性不大。本文的關(guān)注點(diǎn)只聚焦在三年內(nèi)會(huì)商用的5G射頻前端與5G測試。
關(guān)注一：5G要實(shí)現(xiàn)的三大場景
下圖是國際電信聯(lián)盟委員會(huì)，3GPP都達(dá)成共識(shí)的一張圖，可能EDN電子技術(shù)設(shè)計(jì)的讀者們都很熟悉了，但還是作為開場羅嗦一下已經(jīng)非常明確的5G要實(shí)現(xiàn)的三大場景：
場景一：增強(qiáng)型的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，可能應(yīng)用于現(xiàn)在看到的很多高密度的組網(wǎng)，像VR、AR這些應(yīng)用，它對于大帶寬、對于數(shù)據(jù)吞吐量的要求非常高。
場景二：MASSIVE MACHINE，其實(shí)就是更多面向像物聯(lián)網(wǎng)一些低功耗的應(yīng)用，會(huì)更廣泛的部署在長時(shí)間、低功耗的應(yīng)用。
場景三：高可靠性零時(shí)延，比如自動(dòng)駕駛、AR、VR等應(yīng)用。
5G時(shí)代的IoT，一定區(qū)別現(xiàn)在4G時(shí)代。現(xiàn)在談到的NB-IoT、EMTC、Cat-M1都是基于4G LTE時(shí)代的IoT，這樣的MMTC可以變相理解為一個(gè)基于5G標(biāo)準(zhǔn)的IoT，這個(gè)也會(huì)是5G三大場景里面第二個(gè)應(yīng)用。
關(guān)注二：5G三個(gè)場景對射頻的不同影響？
對于場景一增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶，我們分別看看其對手機(jī)和基礎(chǔ)設(shè)施的影響：
A.對終端手機(jī)的影響。支持5G的不可能是個(gè)單純的5G手機(jī)，而是需要兼容3G、4G，所以會(huì)有很多新的射頻，無論是濾波器、開關(guān)、功率放大器以及整合起來的前端模塊，都會(huì)有額外的新的器件。這是來自于新的5G標(biāo)準(zhǔn)、新的5G調(diào)試方式的需求，會(huì)有更多新的區(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，還有一些到2020年甚至之后會(huì)有很多4G頻譜的重耕，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(dòng)寬帶的角度來說，對于5G的智能手機(jī)會(huì)有更多射頻半導(dǎo)體器件在里面，相比較4G而言。
B.對基礎(chǔ)設(shè)施的影響。除了增強(qiáng)型寬帶以外，更多的放在毫米波領(lǐng)域。毫米波在在中國可能還需要往后過3-5年的時(shí)間，但是在目前主流的全球領(lǐng)域毫米波走的最靠前的是美國。美國在今年就有毫米波的商用（固定無線接入設(shè)備FWA），這樣的場景并不是傳統(tǒng)意義上移動(dòng)終端手機(jī)的應(yīng)用場景，所以看不到在美國基于毫米波的5G有任何移動(dòng)制式的手機(jī)或者移動(dòng)制式的數(shù)據(jù)類器件。對于這樣一個(gè)FWA的固定接入設(shè)備就有新的基礎(chǔ)設(shè)施需求。
舉個(gè)很簡單的例子，在中國寬帶有最后一公里怎么去解決，很多時(shí)候光纖入戶，必須光纖和樓宇相互連接，必須要光纜埋在地下，現(xiàn)在美國就是用毫米波的FWA解決。這個(gè)區(qū)別于真正的5G移動(dòng)智能手機(jī)的另外一個(gè)應(yīng)用場景。eMBB的應(yīng)用場景會(huì)帶來新的毫米波的終端制式的產(chǎn)生。所以無論從基礎(chǔ)設(shè)施（基站布局）的角度和終端角度都會(huì)有這個(gè)問題。
場景二，萬物互聯(lián)的影響?；?G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(dòng)終端的角度，都會(huì)有新的射頻器件產(chǎn)生。
場景三，低功耗高可靠性低時(shí)延的通信設(shè)備。在中國，尤其是2020，三家運(yùn)營商都要商用5G，所有產(chǎn)品都會(huì)在第一個(gè)場景（增強(qiáng)型的寬帶），這個(gè)延伸了會(huì)有很多額外射頻器件的產(chǎn)生，無論是在基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域還是在移動(dòng)終端智能手機(jī)領(lǐng)域。
關(guān)注三：從2018年到2021年，5G的三個(gè)階段
從2018年開始所有國家運(yùn)營商都在做試商用，但真正到了2020年之后下半年或者2021年之后才開始大規(guī)模的商用。
那么，產(chǎn)品開發(fā)的路線圖怎么真正跟標(biāo)準(zhǔn)化制定的時(shí)間點(diǎn)相匹配？
從現(xiàn)在開始到2019年的上半年更多的運(yùn)營商會(huì)做5G的試商用，主要是現(xiàn)在還沒有真正確定的標(biāo)準(zhǔn)。去年12月份完成的NSA的第一版標(biāo)準(zhǔn)，今年6月份完成的第一版SA標(biāo)準(zhǔn)。所有的國家運(yùn)營商都會(huì)基于這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)做試商用運(yùn)行。
從2019年下半年到2020年會(huì)有更多基于3GPP的第15個(gè)版本的有限商用，可能在某些國家會(huì)有大規(guī)模的商用，包括中國現(xiàn)在三家運(yùn)營商的目標(biāo)，都是希望在2019年下半年、2020年初的時(shí)候正式商用。但是運(yùn)營商肯定會(huì)有不同制式的規(guī)劃。
2020年到2021年就是真正的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)在2020年都會(huì)完成這個(gè)商用功能。
關(guān)注四：NSA和SA——非獨(dú)立組網(wǎng)vs獨(dú)立組網(wǎng)
商用的5G產(chǎn)品，在2018年到2019年，因?yàn)槟壳霸谌虻乃羞\(yùn)營商只有兩家會(huì)走獨(dú)立組網(wǎng)路線，就是中國移動(dòng)、中國電信。其他所有國外運(yùn)營商，包括中國聯(lián)通，目前的規(guī)劃都是走非獨(dú)立組網(wǎng)。
所以NSA是一個(gè)非獨(dú)立組網(wǎng)。非獨(dú)立組網(wǎng)對射頻前端，對5G的智能手機(jī)最大的影響是：非獨(dú)立組網(wǎng)是依靠LTE作為核心網(wǎng)，所有的語音通信層面、控制層都是LTE，數(shù)據(jù)層走的是5G NR，射頻前端就意味著必須有一個(gè)LTE的通道，無論是哪一個(gè)頻段，還必須有一個(gè)5G的通道在同時(shí)上下行工作，這是一個(gè)非常大的挑戰(zhàn)，因?yàn)橛幸恍┗ジ蓴_的問題。
關(guān)注五：SA與NSA，優(yōu)劣勢分別在哪里？
SA相對NSA的劣勢在于，要做一個(gè)SA的布網(wǎng)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，投入相當(dāng)大；NSA的好處可以在核心網(wǎng)、接入網(wǎng)基于4G-LTE，只需要在數(shù)據(jù)內(nèi)容層面做5G的基站部署，從資本的角度會(huì)節(jié)省很多。
但是SA相比于NSA的最大優(yōu)勢在于，很多人會(huì)認(rèn)為5G相比較4G第一個(gè)概念就是速度快，但是從運(yùn)營商的角度，5G有4G時(shí)代不能實(shí)現(xiàn)的功能，比如網(wǎng)絡(luò)虛擬化管理、網(wǎng)絡(luò)切片功能——相對于4G，運(yùn)營商在5G網(wǎng)絡(luò)里可以節(jié)省很多成本。
從這方面來說，NSA的組網(wǎng)方面是不能實(shí)現(xiàn)的，這就是為什么中國移動(dòng)和中國電信第一步就選擇做SA，這是一種國家使命。
3G時(shí)代我們處于跟進(jìn)狀態(tài)，4G處于還是，我們希望在5G屬于一個(gè)領(lǐng)先者的狀態(tài)，希望一步最大化用到5G，從資本投入來說一定會(huì)是更多的，但是對運(yùn)營商未來的投資成本，以及為用戶服務(wù)的角度來說，純粹的SA的5G一定是真正的5G。
NSA只是中間的一個(gè)過渡，雖然我們現(xiàn)在看到全球除了兩家運(yùn)營商之外都是做的NSA，但是未來他們一定會(huì)過渡到SA，這只是時(shí)間問題。Qorvo正在努力，計(jì)劃在2020年的時(shí)候推出同時(shí)支持非獨(dú)立組網(wǎng)以及獨(dú)立組網(wǎng)手機(jī)射頻半導(dǎo)體的射頻解決方案。
關(guān)注六：非獨(dú)立組網(wǎng)對測試的挑戰(zhàn)？
在滿足5G要求的同時(shí)，還并行要兼容4G的要求，因?yàn)轭l段上面的一些重合，這對測試測量廠商有非常大的挑戰(zhàn)，存在干擾，頻譜等問題。
第一個(gè)是復(fù)雜性的提升，包括非常靈活的參數(shù)級(jí)，包括子載波間距，以前固定的方式變成可靈活調(diào)配的子載波間距，包括在射頻前端這些要求，這些對設(shè)計(jì)的復(fù)雜度，測試來說是非常重大的挑戰(zhàn)；
第二個(gè)是4G和5G共存的問題，在前端的芯片設(shè)計(jì)上面都是會(huì)把它高度集成化的設(shè)計(jì)到單一的前端芯片上面，整體來說會(huì)增加整個(gè)設(shè)計(jì)的復(fù)雜度，對測試來說也有更高的要求。更多的射頻指標(biāo)的測試，包括高帶寬，還有高的調(diào)制特性，其實(shí)就需要更好的EVM，對儀器的指標(biāo)有更高的要求。
第三個(gè)是測試時(shí)間和更快的上市時(shí)間，時(shí)間成本、“快”是5G時(shí)代面臨的一個(gè)嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。
像5G前端設(shè)計(jì)的這么復(fù)雜，有射頻部分，數(shù)字部分，還有很多其他的帶寬要求，多個(gè)儀器的配合是不是有很好的同步，很好的進(jìn)行協(xié)同，特別是進(jìn)行復(fù)雜度提高這種自動(dòng)化測試的要求，對于很多傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)公司來說，可能還會(huì)用下圖左側(cè)的測試方法。下圖右側(cè)NI的平臺(tái)化儀器集成在一個(gè)非常小的機(jī)箱里面，并且用PXI的技術(shù)完成非常好的同步機(jī)制，看起來就清爽多了，測試速度也有非常大的提升，EDN電子技術(shù)設(shè)計(jì)的讀者們可以考慮這個(gè)方案。
同時(shí)NI在算法上還把FFT，傅里葉變換等部署到FPGA里面，比CPU做FFT的運(yùn)算速度快很多倍，極大的提升測試效率。
關(guān)注七：5G-NR的商用與5G重耕
5G-NR的商用，現(xiàn)在主要講的兩個(gè)頻段，3.5GHz和4.5GHz。
（FR1、FR2都是3GPP的術(shù)語，指頻率的覆蓋范圍，F(xiàn)R2講的是毫米波）
當(dāng)下主流的芯片公司，包括高通、海思、英特爾，在移動(dòng)芯片里可能會(huì)把5G-NR全新的收發(fā)機(jī)芯片和4G的LTE芯片做兩個(gè)芯片。
到了2019年之后，更多的基于5G NR模塊的產(chǎn)生，n77、n79、n41（尤其是n77、n79）這三個(gè)都是新的專門為了5G 6GHz以內(nèi)新定的頻段。n41會(huì)是未來第一個(gè)從4G重耕成5G的頻段，這個(gè)頻段短期內(nèi)不會(huì)發(fā)生的中國，但是n41在美國馬會(huì)被做重耕，一部分重耕成做5G的應(yīng)用場景。
（備注：n77代表3.5GHz，是個(gè)頻寬從3.3一直到4.2GHz，n79代表中心頻率在4.4-5GHz，n41就是在2.5GHz的頻率。）
5G的重耕，n1、n3、n71，這里的n代表new radio，相對于4G時(shí)代的B代表band。Band1，band3與n71這三個(gè)頻段是第一批都進(jìn)行4G重耕的頻段，可能不同運(yùn)營商有不同的規(guī)劃，band1，band3可能會(huì)在中國，但是在未來哪年不是一個(gè)短期能看到的，主要的重耕可能會(huì)發(fā)生在歐洲，n71發(fā)生在美國。
關(guān)注八：除了RF的影響，還要考慮天線分工
未來在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，需要更多的是前端的天線怎么分配，多工器如何支持更好的載波聚合。
天線分工器有不同的組合，不同頻段、不同功能性的組合，所以在未來5G的智能手機(jī)里，天線的分工會(huì)是占比相當(dāng)大的設(shè)備器件，這也是伴隨著5G衍生起來的新設(shè)備前端器件。天線分工器可能需要更多的跟手機(jī)廠家合作，他們決定了手機(jī)里用哪幾根天線，每根天線支持什么樣的頻段。
除此以外，因?yàn)樘炀€越來越多，但手機(jī)上還希望一根天線的覆蓋更寬的范圍，未來在5G時(shí)代天線調(diào)諧技術(shù)相比較4G時(shí)代會(huì)用的更加多。
SA相比較NSA來說，最大的區(qū)別在于SA場景不需要與4G兩路共存，但需要兩路的發(fā)射，比如中國移動(dòng)就是走的SA的場景，它目前就明確規(guī)劃在3.5G、4.8G需要兩路上行的情況。SA相比較NSA來說，有更多一系列針對5G-NR標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)格，所以會(huì)有更多復(fù)雜的射頻前端架構(gòu)的解決方案。
（作者注：本文大部分內(nèi)容來自第七屆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(qū)移動(dòng)事業(yè)部市場戰(zhàn)略高級(jí)經(jīng)理陶鎮(zhèn)及NI中國技術(shù)市場工程師馬力斯的演講與采訪整理）
本文轉(zhuǎn)載自電子技術(shù)設(shè)計(jì)。
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