5G时代下的射频挑战

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5G 始于载波网络，需要载波网络为这些新一代技术提供支撑。在向5G过渡的过程中，有源天线系统、波束成形、波束控制、固定无线接入 (FWA)等新技术出现了。5G 网络必须处理许多需要不同有源天线系统 (AAS) 的功能，以应对增强型移动宽带 (eMBB)、大规模机器类型通信 (mMTC) 和超可靠低延迟通信 (uRLLC) 的挑战。

5G并不是4G基础上的一次增量式改进，而是移动通信技术的下一次重大演进，其性能相比当今网络将提升几个数量级。5G并不会取代4G，它只是促成4G所无法完成的各种任务。4G网络将继续与5G网络同步发展，以支持更多的日常任务。

增强型移动宽带、高效地处理数据流、固定无线接入、无线基础设施，低延迟以及物联网等技术和应用，在5G时代备受关注。目前，5G的使用案例正处于定义阶段，新的无线电接入技术正在开发中，载波现场试验也正在进行。第三代合作伙伴计划 (3GPP) 标准机构正在协调这些新创意并使其全球化，成为统一的规范。

5G 最早的用途之一会是固定无线接入 (FWA)。FWA主要是为固定位置的用户或仅在小范围区域内移动的用户提供无线通信接入服务的方式，也是在毫米波频段中实现5G的基础。

FWA在5G时代中的地位越来越重要，并已经吸引了很多厂商的注意。据GSA最新发布的全球5G网络发展报告中显示，目前全球35个国家的63家运营商已经推出了一项或多项支持3GPP标准的5G服务，其中就包括了34个FWA服务。由此可以看出，FWA已经开始实施，很快就能实现完全商业化。但就像任何其他技术进步一样，FWA也带来了新的设计难题，让人们需要做出新的技术决策。

第一个要做出的决策是FWA使用毫米波还是6 GHz以下频率。其次，FWA 系统还需要在有源天线系统 (AAS) 和大规模 MIMO （多路输入/多路输出）中做出选择，以便提供千兆级服务。第三个考虑因素是采用什么类型的波束成形——全数字还是混合型。第四是要在PA技术中做出选择——采用SiGe 还是GaN。最后一个考虑因素是选择实际应用中正在使用的产品解决方案。多家 RF 公司已经有意支持研发6 GHz以下和厘米波/毫米波FWA 基础设施。

对此，Qorvo认为混合波束成形是目前最佳的解决方法。此外，GaN与SiGe核心波束成形可以满足75dBm的 FCC EIRP目标和100MHz 的基站目标。这种方法还可以最大限度地降低成本、复杂度、尺寸和功耗。

每一代无线技术都利用天线技术的进步来提高网络速度。3G 使用单用户 MIMO，后者利用多个同步数据流将数据从基站传输 给单个用户。4G 系统中主要采用多用户 MIMO 技术，它为不同的用户分配不同的数据流，提供远优于 3G 的容量和性能。5G 将引入大规模 MIMO，进一步提高容量，并提供高达 20Gb/s 的数据速率。

很明显，要实现5G 所需要的20Gb/s 的数据速率目标，就需要使用毫米波 (mmWave) 频谱。然而，在真正将毫米波用于移动通信之前，必须先解决几个关键挑战。虽然运营商和原始设备制造商 (OEM) 还在继续努力完善毫米波技术，但在短期内，6GHz 以下频率将会是 5G 网络技术的首选。

6GHz 以下大规模MIMO波束成形技术将会推动在大规模MIMO阵列中运用小尺寸、高性能、经济高效的功率放大器(PA) 的需求。此外，因为 5G 调制机制日渐复杂（例如 256 QAM），这就需要无线基础设施PA在深度功率输出回退条件（高达或超过 8dB）下要十分高效，才能达到所需的线性度。

在这当中氮化镓技术就起到了非常重要的作用。高输出功率、线性度和功耗要求正促使基站和网络OEM从使用PA LDMOS技术转向氮化镓技术。GaN可为6GHz以下5G大规模MIMO基站应用提供诸多优势。

作为致力于发展射频技术的一员，Qorvo在5G领域也进行了多年的投入。去年2月，Qorvo 曾宣布，自2018 年 1 月以来，Qorvo已提供了超过1亿件5G无线基础设施元器件。此外，Qorvo的氮化镓 (GaN) 技术也成为了5G时代的新宠儿。在其2020Q3财季财报会议上还消息显示，为满足5G高频率需求，Qorvo也正在协助基站制造商向氮化镓（GaN）功率放大器转变，积极部署宏基站和大规模MIMO网络，助推全球5G基础设施部署。同时，公司预计未来功率放大器的大半市场将转向氮化镓（GaN），并且这一趋势也会加速推进。