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English射頻器件是短板:5G要熱鬧,高頻通信這道坎必須邁
伴隨著首個(gè)完整的3GPP R15標(biāo)準(zhǔn)終結(jié)，5G正從夢(mèng)想照進(jìn)現(xiàn)實(shí)。
無(wú)疑，5G的順利商用離不開(kāi)標(biāo)準(zhǔn)、試驗(yàn)和頻譜的穩(wěn)步推進(jìn)，而我國(guó)正走在全球第一陣列。
在標(biāo)準(zhǔn)制定過(guò)程中，我國(guó)已掌握話語(yǔ)權(quán)，以華為、中國(guó)移動(dòng)在內(nèi)的中國(guó)企業(yè)牽頭控制信道編碼、5G核心網(wǎng)等多項(xiàng)重要標(biāo)準(zhǔn)。與此同時(shí)，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，在3GPP標(biāo)準(zhǔn)組織中，中國(guó)人擔(dān)任關(guān)鍵職位30余個(gè)，投票權(quán)超過(guò)23%，文稿數(shù)量占總量30%，牽頭項(xiàng)目占總數(shù)40%。
在試驗(yàn)進(jìn)展方面，在IMT-2020(5G)推進(jìn)組的組織下，我國(guó)5G技術(shù)研發(fā)試驗(yàn)正穩(wěn)步推進(jìn)，并在北京懷柔建設(shè)成規(guī)模最大的試驗(yàn)外場(chǎng)。
在頻譜方面，我國(guó)已經(jīng)率先為5G劃分中低頻頻譜，并公開(kāi)征集高頻(毫米波)使用規(guī)劃。
實(shí)際上，高頻頻譜由于頻譜資源豐富已被業(yè)界譽(yù)為5G“黑馬”。同時(shí)，目前國(guó)外主流運(yùn)營(yíng)商已經(jīng)基于高頻段的5G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行試驗(yàn),但我國(guó)高頻通信發(fā)展卻仍需跨過(guò)幾道坎。
我國(guó)高頻通信發(fā)展仍然面臨諸多挑戰(zhàn)，諸如高頻器件核心技術(shù)更多掌握在國(guó)外公司、高頻器件成本偏高、高頻信道模型特性不完善、高頻設(shè)備產(chǎn)業(yè)鏈不成熟等問(wèn)題。
高頻成5G“黑馬”
一般來(lái)說(shuō)，通信業(yè)將3GHz以下頻段稱為低頻，6GHz以上頻段稱為高頻。
由于低頻覆蓋廣、信號(hào)強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，4G之前的移動(dòng)通信時(shí)代，我國(guó)一直采用低頻通信，頻譜資源橫跨800MHz-900MHz和1.8GHz-2.4GHz。不過(guò)，這在降低建網(wǎng)難度的同時(shí)也造成低頻資源緊缺，難以滿足5G建網(wǎng)需求。
于是，高頻通信需求日益凸顯。但不容忽視的是，高頻自身也存在著較大缺陷，即衰減較大，且繞射能力較弱。因此，將5G部署在毫米波頻段下必須克服其穿透力差、衰減大的缺點(diǎn)，對(duì)5G通信設(shè)備提出更加嚴(yán)苛的要求。
“高頻器件不成熟是我國(guó)發(fā)展高頻通信急需解決的問(wèn)題?！敝袊?guó)移動(dòng)通信研究院專家撰文指出同樣的挑戰(zhàn)。
射頻器件是發(fā)力點(diǎn)
那么，諸多專家直指的高頻器件難題具體有什么呢?北京郵電大學(xué)教授張平指出，高頻通信核心器件主要是射頻。在射頻前端，濾波器、功放等芯片要解決小型化和功耗問(wèn)題;而在射頻后端，數(shù)模轉(zhuǎn)換(AD/DC)是最大的問(wèn)題。
“目前，小型化和高精度數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片幾乎全部依賴進(jìn)口?！彼赋觥?/strong>
據(jù)悉，射頻處理單元主要分為四大模塊，即中頻模塊、收發(fā)機(jī)模塊、功放和濾波模塊。數(shù)字中頻模塊用于光傳輸?shù)恼{(diào)制解調(diào)、數(shù)字上下變頻、模數(shù)轉(zhuǎn)換等，收發(fā)機(jī)模塊完成中頻信號(hào)到射頻信號(hào)的變換，再經(jīng)過(guò)功放和濾波模塊，將射頻信號(hào)通過(guò)天線口發(fā)射出去。
其中，濾波器約占整體成本50%，是射頻的重要組成部分。但是，在濾波器方面，主要供貨廠商為美國(guó)企業(yè)Avago、Qorvo、Skyworks以及日本企業(yè)TDK、村田、太陽(yáng)誘電，我國(guó)必須完全依靠進(jìn)口。
模數(shù)轉(zhuǎn)換器，簡(jiǎn)單說(shuō)就是將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，而這些技術(shù)同樣多掌握在美國(guó)、日本、德國(guó)等國(guó)家手中。張平表示，中國(guó)A/D芯片的設(shè)計(jì)水平和生產(chǎn)工藝與國(guó)際巨頭相比仍存較大差距，還無(wú)法生產(chǎn)出可替代產(chǎn)品，基本完全依賴進(jìn)口。在低頻通信時(shí)代，我國(guó)未完成射頻芯片的突破，到了高頻通信時(shí)代，挑戰(zhàn)難度更上一層樓。
“高頻通信自身?yè)p耗比較大，再加上5G大規(guī)模多天線(Massive MIMO)技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)射頻芯片功耗和小型化要求更高，從而對(duì)通信設(shè)備的材料要求更高?！睆埰奖硎尽?/p>
可以看到，高頻通信的射頻是一個(gè)普遍性難題。全球領(lǐng)先的射頻相關(guān)企業(yè)已經(jīng)展開(kāi)了5G高頻通信所需的射頻芯片研發(fā)。目前，博通在2016年推出了主要針對(duì)60GHz頻段WiFi標(biāo)準(zhǔn)(802.11.ad)的毫米波收發(fā)機(jī)芯片BCM20138，并積極推出滿足移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)需求的高頻射頻器件。
非一日之功，無(wú)線射頻是長(zhǎng)跑
“我國(guó)想要在高頻通信的射頻領(lǐng)域取得突破，還有很多工作要做?！睆埰街赋?。
實(shí)際上，任何技術(shù)的實(shí)現(xiàn)都并非一日之功，而是需要相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間的技術(shù)積累。
“國(guó)外在某些技術(shù)上突出實(shí)際上是幾百年的積累，可以說(shuō)是幾代人的傳承。比如數(shù)模轉(zhuǎn)換，雖然是個(gè)小器件，但是卻要求對(duì)算法、ADC自動(dòng)分離控制、器件精度掌握純熟。我國(guó)技術(shù)積累時(shí)間短，要想追上國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，真的需要工匠精神，踏踏實(shí)實(shí)地深耕技術(shù)，打破技術(shù)壁壘。”張平表示。
目前，對(duì)集成度要求不高的基站射頻器件上，我國(guó)已經(jīng)有部分廠商有能力提供產(chǎn)品。同時(shí)，我國(guó)也有一些濾波器研究公司進(jìn)行持續(xù)投入。
目前，5G首版完整的端到端標(biāo)準(zhǔn)(3GPP R15)已經(jīng)凍結(jié)，5G產(chǎn)業(yè)正在走向加速期。雖然諸如數(shù)模轉(zhuǎn)換器、濾波器此類器件單價(jià)不高，但在未來(lái)5G時(shí)代，隨著基站建設(shè)數(shù)量的增多，其產(chǎn)品需求量將很大。
賽迪智庫(kù)無(wú)線電管理研究所彭健提出兩點(diǎn)建議。
首先，面向5G高頻射頻器件的研發(fā)，我國(guó)要盡早劃分頻譜，這樣有利于產(chǎn)業(yè)鏈各方協(xié)同，從材料選擇、芯片設(shè)計(jì)到封裝盡早協(xié)同，有利于高頻器件開(kāi)發(fā)。
其次，要加強(qiáng)開(kāi)放合作，吸取國(guó)外成功的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，例如，美國(guó)在2016年就率先為5G劃分高頻頻譜，提早布局高頻通信，一些先進(jìn)技術(shù)要借鑒。
