5G始于載波網(wǎng)絡(luò)，需要載波網(wǎng)絡(luò)為這些新一代技術(shù)提供支撐。在向5G過渡的過程中，有源天線系統(tǒng)、波束成形、波束控制、固定無線接入(FWA)等新技術(shù)出現(xiàn)了。5G網(wǎng)絡(luò)必須處理許多需要不同有源天線系統(tǒng)(AAS)的功能，以應(yīng)對增強(qiáng)型移動寬帶(eMBB)、大規(guī)模機(jī)器類型通信(mMTC)和超可靠低延遲通信(uRLLC)的挑戰(zhàn)。
4G與5G系統(tǒng)要求對比
5G并不是4G基礎(chǔ)上的一次增量式改進(jìn)，而是移動通信技術(shù)的下一次重大演進(jìn)，其性能相比當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)將提升幾個數(shù)量級。5G并不會取代4G，它只是促成4G所無法完成的各種任務(wù)。4G網(wǎng)絡(luò)將繼續(xù)與5G網(wǎng)絡(luò)同步發(fā)展，以支持更多的日常任務(wù)。
增強(qiáng)型移動寬帶、高效地處理數(shù)據(jù)流、固定無線接入、無線基礎(chǔ)設(shè)施，低延遲以及物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)和應(yīng)用，在5G時代備受關(guān)注。目前，5G的使用案例正處于定義階段，新的無線電接入技術(shù)正在開發(fā)中，載波現(xiàn)場試驗也正在進(jìn)行。第三代合作伙伴計劃(3GPP)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)正在協(xié)調(diào)這些新創(chuàng)意并使其全球化，成為統(tǒng)一的規(guī)范。
（4G與5G技術(shù)之間的主要差異）
FWA在5G時代下的五大挑戰(zhàn)
5G最早的用途之一會是固定無線接入(FWA)。FWA主要是為固定位置的用戶或僅在小范圍區(qū)域內(nèi)移動的用戶提供無線通信接入服務(wù)的方式，也是在毫米波頻段中實現(xiàn)5G的基礎(chǔ)。
FWA在5G時代中的地位越來越重要，并已經(jīng)吸引了很多廠商的注意。據(jù)GSA最新發(fā)布的全球5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展報告中顯示，目前全球35個國家的63家運(yùn)營商已經(jīng)推出了一項或多項支持3GPP標(biāo)準(zhǔn)的5G服務(wù)，其中就包括了34個FWA服務(wù)。由此可以看出，F(xiàn)WA已經(jīng)開始實施，很快就能實現(xiàn)完全商業(yè)化。但就像任何其他技術(shù)進(jìn)步一樣，F(xiàn)WA也帶來了新的設(shè)計難題，讓人們需要做出新的技術(shù)決策。
第一個要做出的決策是FWA使用毫米波還是6 GHz以下頻率。其次，F(xiàn)WA系統(tǒng)還需要在有源天線系統(tǒng)(AAS)和大規(guī)模MIMO（多路輸入/多路輸出）中做出選擇，以便提供千兆級服務(wù)。第三個考慮因素是采用什么類型的波束成形——全數(shù)字還是混合型。第四是要在PA技術(shù)中做出選擇——采用SiGe還是GaN。最后一個考慮因素是選擇實際應(yīng)用中正在使用的產(chǎn)品解決方案。多家RF公司已經(jīng)有意支持研發(fā)6 GHz以下和厘米波/毫米波FWA基礎(chǔ)設(shè)施。
對此，Qorvo認(rèn)為混合波束成形是目前最佳的解決方法。此外，GaN與SiGe核心波束成形可以滿足75dBm的FCC EIRP目標(biāo)和100MHz的基站目標(biāo)。這種方法還可以最大限度地降低成本、復(fù)雜度、尺寸和功耗。
如何實現(xiàn)6 GHz以下的5G大規(guī)模MIMO
每一代無線技術(shù)都利用天線技術(shù)的進(jìn)步來提高網(wǎng)絡(luò)速度。3G使用單用戶MIMO，后者利用多個同步數(shù)據(jù)流將數(shù)據(jù)從基站傳輸給單個用戶。4G系統(tǒng)中主要采用多用戶MIMO技術(shù)，它為不同的用戶分配不同的數(shù)據(jù)流，提供遠(yuǎn)優(yōu)于3G的容量和性能。5G將引入大規(guī)模MIMO，進(jìn)一步提高容量，并提供高達(dá)20Gb/s的數(shù)據(jù)速率。
很明顯，要實現(xiàn)5G所需要的20Gb/s的數(shù)據(jù)速率目標(biāo)，就需要使用毫米波(mmWave)頻譜。然而，在真正將毫米波用于移動通信之前，必須先解決幾個關(guān)鍵挑戰(zhàn)。雖然運(yùn)營商和原始設(shè)備制造商(OEM)還在繼續(xù)努力完善毫米波技術(shù)，但在短期內(nèi)，6GHz以下頻率將會是5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的首選。
6GHz以下大規(guī)模MIMO波束成形技術(shù)將會推動在大規(guī)模MIMO陣列中運(yùn)用小尺寸、高性能、經(jīng)濟(jì)高效的功率放大器(PA)的需求。此外，因為5G調(diào)制機(jī)制日漸復(fù)雜（例如256 QAM），這就需要無線基礎(chǔ)設(shè)施PA在深度功率輸出回退條件（高達(dá)或超過8dB）下要十分高效，才能達(dá)到所需的線性度。
在這當(dāng)中氮化鎵技術(shù)就起到了非常重要的作用。高輸出功率、線性度和功耗要求正促使基站和網(wǎng)絡(luò)OEM從使用PA LDMOS技術(shù)轉(zhuǎn)向氮化鎵技術(shù)。GaN可為6GHz以下5G大規(guī)模MIMO基站應(yīng)用提供諸多優(yōu)勢。
（Qorvo所提供的6GHz以下產(chǎn)品）
作為致力于發(fā)展射頻技術(shù)的一員，Qorvo在5G領(lǐng)域也進(jìn)行了多年的投入。去年2月，Qorvo曾宣布，自2018年1月以來，Qorvo已提供了超過1億件5G無線基礎(chǔ)設(shè)施元器件。此外，Qorvo的氮化鎵(GaN)技術(shù)也成為了5G時代的新寵兒。在其2020Q3財季財報會議上還消息顯示，為滿足5G高頻率需求，Qorvo也正在協(xié)助基站制造商向氮化鎵（GaN）功率放大器轉(zhuǎn)變，積極部署宏基站和大規(guī)模MIMO網(wǎng)絡(luò)，助推全球5G基礎(chǔ)設(shè)施部署。同時，公司預(yù)計未來功率放大器的大半市場將轉(zhuǎn)向氮化鎵（GaN），并且這一趨勢也會加速推進(jìn)。
