電子產業亟需解決的5G三大難題

作者 : 趙娟,EDN China

2019年6月開始中國5G執照正式發放以來,中國5G已經初具規模,整個5G的商用全面加速、新基建更是開啟了5G建設提速的視窗。 但對於營運商來說,仍有三大技術難題亟需解決。

2019年6月開始中國5G執照正式發放以來,中國5G已經初具規模,整個5G的商用全面加速、新基建更是開啟了5G建設提速的視窗。但對於營運商來說,仍有三大技術難題亟需解決。

在中國5G核心元件創新發展論壇暨2020匯芯(中國)產業技術發展論壇上,中國移動通訊研究院無線與終端技術研究所副所長李男分享了三方面的需求。

迫切需求一:5G基地台功耗是4G的3倍,亟需降功耗

首先,在性能領域,功耗是營運商最大的一個難題!

李男指出,2017~2020年(如下圖左邊柱狀圖),5G在業界共同攻堅下,基地台功耗已經大幅下降,但即便如此,它的功耗還是4G基地台的3倍。

在下圖右邊的柱狀圖中,可以進一步看出在正常負載下,射頻佔據了5G功耗的絕大部分,另外一部分是基地台處理,因為頻寬增大速率提高,基地台的處理能力要求更高了。

 

前段時間「營運商夜間休眠5G基地台」的消息曾經刷屏。李男指出,「下一步如何進一步提高功放的效率,降低晶片的能耗,是基地台降低功耗的關鍵,也是希望產業界在這裡面投入精力,能夠協助我們營運商一起去解決這個問題。」他表示,只有這個問題解決了,營運商才能放手去部署更多的5G基地台,去開放更多的5G基地台。

 迫切需求二:5G無線雲化部署亟需大容量設備 

在5G階段,核心網是雲化發展的,而無線網現在正在向雲化角度發展。希望未來在5G無線網裡面能夠實現集中式處理,能夠把多個社區的處理預算能力集中在一個點,這樣可以大幅的降低機房的開銷。

但是在目前的產業能力下,雲化無線網有很多挑戰。例如目前單個基頻的板卡只支持3個100M的載體。如果要求典型的10站CRAN集中化部署,就需要4個BBU的機框,20片基頻板卡,這樣對相關的集中化佈局提出了非常大的一個挑戰。

「以中國移動為例,2.6GHz要同時兼顧4G、5G兩個技術部署的需求,我們也提出來4G、5G共模的基地台,但是目前廠家的實現能力還比較有限。」李男指出。

在5G的部署初期,對4G網路相容上會出現一定的挑戰,並且目前廠商的實現方案裡,一塊板卡是不支援4G、5G雙模同時工作的,也就是說需要兩塊基頻板卡來實現4G、5G雙模同時工作。

「這為部署帶來很大的挑戰,我們希望下一步在數位基地台晶片能力上進一步大幅的提升,滿足我們無線雲化的部署需求。」李男提出。

迫切需求三:5G基地台重量體積大幅增加,設備規格需輕量化

網路部署還有一個關鍵:天線能否掛在外面?天線是無線電傳輸裡面的最後一道關卡,也是無線電訊號能否順利向空中傳送的關鍵。5G由於把主動部分挪到了天線裡面,它的AUU重量是4G的兩倍,它的體積更是4G的4倍!

上圖中左邊的典型鐵塔抱桿,這上面三大營運商的各種通訊制式、各個頻段的天面擠的密密麻麻,「現在問題不是能否選擇一個好的部署位置,而是現有的抱桿,能否讓我們5G天面上抱桿的。」李男提出。

「透過中國移動前期的分析,接近20%現有的天面是無法部署和建設5G天面資源的,這個為下一階段5G部署帶來非常大的挑戰。」李男指出。

產業界亟需針對5G設備的輕量化、小型化集體攻堅,才能早日讓天面尺寸和重量下降,散熱效率提升。當然低成本也是一個重要考量。今年中國移動在5G領域裡面計畫投資人民幣1,000億元,但是僅僅建設一座人民幣25萬元左右的基地台,即為營運商投資帶來了非常大的壓力。

中國移動最近一直對端到端的產業鏈進行了詳細的分析,從硬體、軟體剖析了目前的卡點,包括終端、基地台、傳輸網、IP網、核心網,還有端到端需要的測試儀錶,晶片最底層的設計、生產、測試、封裝等等環節,定位出詳細的卡點。

「以基地台為例,高性能的AD/DA,包括一些CPU核心,演算法…等,嚴重受限於美國,所以下一步我們非常希望能夠和產業界一起努力,針對整個端到端產業鏈上的卡點,一起去集中力量攻堅,儘快解決整個通訊產業卡脖子的問題。」李男指出。

他談到未來中國國產核心元件應用,可以預料肯定會有一定的鎮痛期。希望全產業鏈從部署的需求為根本出發點、去評估不同的部署場景,所適用的不同基地台類型和相應的參考架構,然後去定義合理的、晶片級的、元件級的一些指標,並且在此基礎上能夠去評估這些指標對整機的影響,以及對整個網路性能的影響,對網路性能不產生大影響的前提下,不斷地去鼓勵和促進中國國產的核心元件應用,以應用帶動整個產業的發展。

在中國5G全方位佈局的同時,圍繞著5G整個技術與產業的國際競爭也日益激烈,其中核心元件應該是5G通訊最關鍵的一環,也是在目前複雜的國際形勢下,被卡脖子最厲害的一個薄弱環節,非常嚴重的威脅了整個5G供應鏈的安全。在該論壇上,同時有4款中國國產晶片/模組發佈,值得關注:

1.0.75米Ku頻段可擕式衛星智慧終端機

2.10Gbps點對點高速無線傳輸系統

3.5G測試技術與通道模擬器

4.FEMiD射頻模組

0.75米Ku頻段可擕式衛星智慧終端機

4月20日中國國家發改委明文確定,在新基建裡面,有衛星網際網路,而且從5月份開始,一個一個的大城市,上海、北京、深圳發佈了新基建建設的規劃,在這些規劃裡面,衛星網際網路倍受重視。可以說衛星網際網路已經到了風口,很多人都說,2019年是5G元年,2020年就是衛星網際網路產業的元年。

深圳金信諾高新技術在中國5G核心元件創新發展論壇暨2020匯芯(中國)產業技術發展論壇上發佈了兩款衛星終端。大的可以支援7月份發佈的KU頻段「亞太衛星」,0.75口徑;小的可以支援頻段高一點的,KA頻段的衛星。

10Gbps點對點高速無線傳輸系統

盛緯倫通訊技術發佈了商用級10Gbps點對點高速無線傳輸系統。該產品天線所使用的頻段是71GHz~86GHz,頻寬保證在15GHz頻寬範圍內,充分保障了訊號傳輸效率。在未來1~2代產品升級當中,會繼續沿用這個傳輸頻寬。

5G測試技術與通道模擬器

整個產業鏈裡,測試是一個高階製造,但是本身又不是一個特別大的產業,同時其發展面臨著不同的挑戰:

  • 5G系統更大的頻寬,對於測試設備的處理能力(運算力)和硬體平台射頻元件提出了更高的要求;
  • 低延遲的特點對通道模擬器提出了更低時延解析度的要求;
  • 大規模天線陣列的基地台要求通道模擬器的波束賦形演算法和算力提出更高要求;
  • 更大規模的的拓撲結構,帶來測試儀器設備複雜性,相位和幅度的精準度、穩定性、功耗等方面的挑戰;
  • Massive MIMO對通道模擬器的大規模校準的要求;
  • 毫米波頻段的應用,對於測試方法從傳導測試轉變為OTA測試的挑戰。

通道模擬器在5G測試中扮演著重要的作用,包括:

  • 5G通訊主設備的性能測試和驗證;
  • 通道模擬器可以替代大部分的外場測試,具有通道特性可控制,不隨外部條件變化影響,重複性和一致性好;
  • 成本低廉等優勢,便於主設備的演算法的最佳化,縮短研發進度;
  • 通道模擬器可以方便的構建無線通道環境,完成波束賦形演算法,驗證通訊主設備的功能和性能;
  • 高度的幅度和相位一致性,能夠精準模擬Massive MIMO的拓撲結構和賦形能力,驗證和最佳化通訊主設備的上下行流量;
  • 高精準度的延遲類比,能夠模擬測試終端動態和靜態場景的通訊性能;
  • 能夠構建OTA測試環境,在傳導測試受限條件下進行OTA測試,既可以測試基地台,也可以測試終端;
  • 建立系統的測試資料庫,以便比較和區分各種不同型號不同版本間的差異,發現研發中的問題。

基於5G通訊對於通道模擬器新的要求,中國坤恆順維開發了WNS02系列通道模擬器,是業界唯一完全符合5G 3GPP 38.901標準的無線通道模擬器。

FEMiD射頻模組

5G手機射頻前端需要支援的頻段在大幅的增加,射頻子系統複雜度和功耗也在不斷的提升,射頻前端元件的模組化已經成為一大趨勢。

開元通訊技術(廈門),以下簡稱開元通訊,正式發佈了射頻發射模組晶片品牌「鴻雁(Sili-ANT)」,以及首款全自研的FEMiD模組晶片產品EM6375。

通常,射頻元件模組化需要以SIP的形式集合十個以上不同製程的高性能管芯,並且要解決晶圓級封裝、互相干擾、系統最佳化等各方面的工程及技術挑戰。比如…

 

…完整閱讀請連結EDN Taiwan網站

掃描或點擊QR Code立即加入 “EETimes技術論壇” Line 群組 !

 EET-Line技術論壇-QR

發表評論