標準先行技術跟進 2018年5G列車加速駛入商用時代

　　NSA商用階段：射頻前端設計將面臨哪些挑戰?

　　由于在發展前期，NSA非獨立組網模式需要4G和5G共存，對射頻前端芯片設計也會提出更多新的要求，比如需要做更多高度集成化，其中包括芯片內部架構、頻段的配置以及更多射頻指標的考量，比如高帶寬、高調制特性以及更好的EVM等要求，無疑進一步增加了整個系統設計的復雜度。

　　站在專業廠商的角度，陶鎮告訴記者：“由于非獨立組網主要依靠LTE作為核心網，所有的語音通信層面、控制層都是LTE，而數據層面走的是5G NR，因此射頻前端就意味著必須要有一個LTE的通道，無論是哪個頻段，還必須要有一個5G的通道同時上下行工作，由于其中會有一些互相干擾的問題，因此在設計上是一個非常大的挑戰。另外，5G相比較4G，在頻段上也會有更多的不同，LTE帶寬最高20M，而到了5G最多就會是100M，尤其是這100M還是針對6GHz以內的頻譜，到了毫米波階段最高會是400M的帶寬，也就是說單信道必須得支持到400M。而且，在毫米波的時候，6GHz以內也必須是100M帶寬，如果從PA的角度來說，這個難度是相當大的，現在的LTE單載波就要20M，如果做上行載波聚合中國移動最多也就3個載波，即60M帶寬的上行載波聚合，所以在LTE時代我們看到最多的就是60M帶寬內的功率放大器的設計，但到了5G時代必須要涉及100M的帶寬，對于PA來說會是非常大的挑戰。”

　　具體來講，陶鎮進一步補充道：“首先，由于5G時代，帶寬和子載波間距都變寬了，會需要更多的頻譜，因此就需要更多新的射頻半導體來對這些新頻段做支持，尤其是PA的重新設計。因為從CDMA到WCDMA，最大的問題就在于PA的設計，這三類制式的PA都屬于線性化設計，其中會考慮到很多線性指標，而線性指標最重要的因素來自于數的波形是什么樣的，所以5G定義了CP-OFDM，這樣一個信號波形相比標準的LTE最大的區別在于SCDMA很高，對PA來說峰均比更高，PA需要更寬、更高的線性設計，這也是5G相比較于4G在設計射頻前端器件上提高性能的關鍵點。除了CP-OFDM外，3GPP還有一個降規格的標準——SFT-S-OFDM，這是一個比LTE相對弱一點的標準，但可能因應用場景不同而對于這樣的波形LTE也可以做到完美支持。其次，從信號的角度考慮，廠商在4G和5G信號的共存和互干擾方面也需要做到更好的設計，同時需要更快的開關切換速度，雖然目前eMBB場景不需要低時延，但是在未來5G的第三個場景則需要開關切換速度相當快。最后，從系統架構的角度來看，由于5G需要更快的速率，相比4G來說會有更多的MIMO，在4G LTE時代已經提到了4個下行鏈路，叫4×4的MIMO，2019年中國三大運營商可能都會要求做到4×4的MIMO，但仍然是基于LTE的。而在5G時代4×4下行MIMO或上行2×10的MIMO可能會成為標準，因為5G必須要支持四個下行鏈路和兩個上行鏈路，因此在系統架構層面會需要設計更多的天線分工器以及天線調諧的功能，怎么樣去做更好的天線分工，可能就需要有天線分工器、多工器等，未來在5G的前端架構里面，除了PA、濾波器、LNA等傳統的射頻收發器件以外，廠商還需要更多的考慮前端的天線怎么分配，多工器如何支持更好的載波聚合，天線分工器可能就需要更多的跟手機廠家合作，因為他們決定了手機里用哪幾根天線，每根天線支持什么樣的頻段。”

　　總之，5G商用時代正漸行漸近，面對全新且更復雜的技術和商業化標準，加之越來越多細分化的市場，未來應用層面上也必將會暴露出更多新的問題。面對5G更為龐大的系統架構，無論是對芯片設計，技術方案還是對終端產品開發商來說，未來如何在即保證自身產品性能又經得起市場推敲的同時，還能夠實現與產業鏈上下游各合作商之間在產品、應用和市場化等多個層面上的無縫對接，成為當下乃至未來幾年整個產業需要面對的關鍵難題。