普遍認為5G是一代能讓蜂窩網絡擴展至全新使用案例和垂直市場的無線技術。雖然5G一般用來提供超寬帶服務——包括高清和超高清視頻流——5G技術將還可以讓蜂窩網絡進入機器世界。它將造福於無人駕駛汽車

，並用來連接數以百萬計的工業傳感器以及各種可穿戴消費電子設備——此處僅列舉了其中的部分應用。

 

通往5G的革命性道路包括逐步增強傳統蜂窩頻段中的4G，並在頻率上擴展到3 GHz至6 GHz範圍的新興頻段。大規模MIMO具有迅猛的行業發展勢頭，並將從基於LTE的首款係統，演進至采用針對改善吞吐速率、延遲和蜂窩效率而設計的全新波形。

 

蜂窩行業將頻譜視為一切的根本，但傳統蜂窩頻段(sub-6 GHz)的頻譜無法滿足未來幾年內指數級增長的需要。因此

，目前正在研究超過6 GHz的頻段，以便測試在6 GHz以上頻率分配部署無線接入的可行性。全球6 GHz以下的總頻譜約為數百MHz
，而20 GHz以上的潛在頻譜則是數十GHz。掌握這種頻譜對於實現真正互連的世界這一5G願景來說至關重要。

 

因此，某個5G頻段的工作頻率也許要高很多(可能高達毫米波)，並有可能采用無法向後兼容LTE的最新空中接口技術。主要的行業參與者探討的頻段包含較高的頻段，比如10 GHz、28 GHz、32 GHz
、43 GHz
、46 GHz至50 GHz、56 GHz至76 GHz以及81 GHz至86 GHz。然而
，這些頻段目前尚處於提議階段，在進入無線係統定義和標準審議階段之前
，通道建模還有很多工作需要完成。ITU最近發布了5G標準化計劃，目標定於2020年前後發布第一代IMT-2020規格。

 

考慮到5G尚處於起步階段，在部署第一個商用係統之前還需完成通道建模、無線架構定義，以及最終的芯片組開發。但是，目前已經就某些趨勢和要求達成了一致，待一些問題解決後終將催生出5G係統。

 

讓我們看一下微波和毫米波頻段的5G接入係統。在微波頻率下實施無線接入的最大障礙之一是克服不理想的傳播特性。這些頻段下的無線傳播在很大程度上受到大氣衰減、下雨、障礙物(建築、人群、植物)yijifanshedeyingxiang。weibodianduidianlianluyibushuduonian，danzhexielianlujibenshangdoushishijuxitong。zhexielianludejingtaitexingshiqiyiyuguanli，qiexitongshizuijinjiniancaifazhanqilaide，qiliyonggaojietiaozhifangan
，zhichijigaodetuntusulv。gaixiangjishuzhengzaibuduanyanjinzhong；我們將在5G接入中采用微波鏈路技術。

 

zuichu，renmenrenshidao，ruoyaokefujieruxitongdechuanbonanti，jiuxuyaocaiyongzishiyingboshuchengxing。yudianduidianxitongbutong

，boshuchengxingxushiyingyonghuhehuanjing，yibianxiangyonghutigongyouxiaofuzai。yejiedepubiangongshishi：混合MIMO係統將用於微波和低毫米波頻段，而在V頻段和E頻段中——帶寬充足——係統可能僅采用波束成形來實現所需的吞吐速率目標。

 

圖1. 混合波束成形發射器功能框圖

 

圖1顯示了混合波束成形發射器的高級功能框圖。該圖反過來看便是接收器功能框圖。MIMO編碼在數字部分執行，此外還進行典型數字無線電處理。可能有多條各種數據流饋入天線係統的MIMO路徑會在數字部分進行處理。針對每一個數據流，DAC都會在基帶或中頻(具體取決於所選架構)將數字信號轉換為模擬信號。信號經過上變頻和分路處理後，通過各自的RF通道饋入各個天線。在每條RF通道上，信號配置不同的增益和相位，形成波束並從天線發出。

 

雖(sui)然(ran)功(gong)能(neng)框(kuang)圖(tu)很(hen)簡(jian)單(dan)
，但(dan)係(xi)統(tong)挑(tiao)戰(zhan)和(he)權(quan)衡(heng)取(qu)舍(she)卻(que)很(hen)複(fu)雜(za)。在(zai)這(zhe)篇(pian)篇(pian)幅(fu)較(jiao)短(duan)的(de)文(wen)章(zhang)中(zhong)，我(wo)們(men)僅(jin)討(tao)論(lun)了(le)部(bu)分(fen)問(wen)題(ti)，主(zhu)要(yao)關(guan)注(zhu)架(jia)構(gou)和(he)無(wu)線(xian)方(fang)麵(mian)的(de)挑(tiao)戰(zhan)。從(cong)最(zui)開(kai)始(shi)
，到(dao)最(zui)終(zhong)實(shi)現(xian)係(xi)統(tong)
，重(zhong)要(yao)的(de)是(shi)須(xu)時(shi)刻(ke)關(guan)注(zhu)係(xi)統(tong)的(de)功(gong)率(lv)、尺寸和成本。

 

雖然目前這類無線電可以
、並且正在使用ADI及其同行公司的分立式(主要是GaAs)器件針對原型5G係統進行搭建，我們尚需像部署蜂窩無線電那樣在微波領域實現同樣的高集成度。高集成度和高性能是行業需要解決的難題。

 

但dan僅jin靠kao集ji成cheng度du無wu法fa解jie決jue業ye界jie所suo麵mian臨lin的de問wen題ti。我wo們men需xu要yao智zhi能neng集ji成cheng。說shuo到dao集ji成cheng度du，為wei了le利li用yong集ji成cheng優you勢shi
，我wo們men需xu要yao首shou先xian考kao慮lv架jia構gou和he分fen割ge。這zhe種zhong情qing況kuang下xia
，還hai需xu要yao考kao慮lv到dao機ji械xie和he散san熱re設she計ji，因yin為wei電dian路lu布bu局ju和he基ji板ban是shi息xi息xi相xiang關guan的de。

 

首先
，需要定義有利於集成的架構。對於蜂窩基站的高度集成式收發器IC而言，很多人采用零中頻(ZIF)架構以消除或最大程度減少信號路徑上的濾波器。尤其在微波頻率，必須最大程度減少RF濾波器損耗，因為產生RF功率的成本十分高昂。雖然ZIF會減少濾波器問題——當然是以降低LO抑製性能為代價——danwomenbawenticongwulijiegouzhuanyidaolexinhaochulihesuanfashang。zhelikeyijiejianmoerdinglv，yinweiwuyuanweibojiegoubuzunxunzhezhongdongtaitiaozhengguilv。yaoshixianmubiao，jiubixuliyongketongbuyouhuamoniheshuzideyoushi。fengwopinlvyouhenduosuanfayudianlujishukegongweibolingyujiejian。

 

接下來討論半導體技術要求。正如前文所述，一流的微波係統通常采用GaAs元件實現。GaAs多年來一直是微波行業的主流技術

，但SiGe工藝正在克服高頻工作障礙，以便在多項信號路徑功能上與GaAs一較高下。高性能微波SiGe Bi CMOS工藝具有這些波束成形係統所需的高集成度
，惠及很多信號鏈以及輔助控製功能。

 

取決於每個天線所需的輸出功率，可能需要采用GaAs PA。然而，在微波頻率下甚至GaAs PA都效率較低，因為它們在線性區域內通常會發生偏移。微波PA的線性化是探索5G時代的必然選擇，此趨勢相比過去有過之而無不及。

 

那麼CMOS又如何呢
？ 能否占有一席之地

？ 各種文檔都已明確指出，CMOS適合大規模調整，這點在60 GHz的WiGig係統中已經得到了驗證。考慮到目前尚處於開發的早期階段，且使用案例也不甚明確

，因而很難說CMOS是否

、或者何時會用作5G無線電的技術選擇。首先必須完成很多通道建模和使用案例方麵的工作
，以便總結無線電規格以及未來使用微波CMOS的可行性。

 

5G係統的最後一個考慮因素是機械設計和RF IC分割的相互依賴性。由於最小化損耗方麵的難題，IC需要采用天線和基板設計，並考慮分割優化。在50 GHz以內，天線將是基板的一部分，並且預期路由和部分無源結構可能內嵌到基板上。目前有研究機構正在研究基板集成波導(SIW)領域


，似乎有望實現此種集成結構。這種結構將可能在多層層壓的一側安裝很多RF電路，並路由至前端的天線。RF IC可以以裸片的形式或表貼封裝的形式安裝在這種層壓結構上。在行業文獻中，將這種結構用於其它應用有著很好的先例。

 

超過50 GHz時，天線元素和間距就會變得足夠小
，可將天線結構封裝在內，或集成到封裝上。同樣，這是目前正在研究的方向，它可能推動5G係統的發展。

 

無論如何，RF IC和機械結構都必須一並設計
，確保路由的對稱性，並最大程度減少損耗。如果沒有強大的3D建模工具來進行這些設計所需的大量仿真
，那麼這些工作一項都不可能完成。

 

雖然本文擇要介紹了5G為微波行業帶來的挑戰，但在未來數年內
，仍有數不清的機遇推動RF創(chuang)新(xin)。正(zheng)如(ru)前(qian)文(wen)所(suo)述(shu)，嚴(yan)格(ge)的(de)係(xi)統(tong)工(gong)程(cheng)通(tong)過(guo)在(zai)整(zheng)個(ge)信(xin)號(hao)鏈(lian)中(zhong)采(cai)用(yong)最(zui)好(hao)的(de)技(ji)術(shu)實(shi)現(xian)最(zui)佳(jia)的(de)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)。從(cong)整(zheng)個(ge)行(xing)業(ye)來(lai)看(kan)，從(cong)工(gong)藝(yi)和(he)材(cai)料(liao)開(kai)發(fa)到(dao)設(she)計(ji)技(ji)巧(qiao)和(he)建(jian)模(mo)，再(zai)到(dao)高(gao)頻(pin)測(ce)試(shi)和(he)製(zhi)造(zao)

，仍(reng)有(you)很(hen)多(duo)工(gong)作(zuo)需(xu)要(yao)完(wan)成(cheng)。在(zai)實(shi)現(xian)5G目標的道路上，所有學科都將參與其中。

 

ADI公司借助其獨有的位到微波功能
，為5G微波作出了諸多貢獻。ADI豐富的技術產品組合以及不斷進步的RF技術與無線電係統工程的深厚曆史相結合
，使我們處於領先地位
，帶領我們的客戶為新興的5G係統開拓新的微波和毫米波頻率解決方案。

 

正如本文開頭所述，現在成為一名無線領域的RF工程師是一件令人激動的事情。5G才剛剛起步，我們還需要完成大量工作才能在2020年以前實現商用5G無線電網絡。