行業(yè)巨頭面向5G產(chǎn)業(yè)進行部署

　　作者 / 毛爍 《電子產(chǎn)品世界》編輯

      摘要：5G網(wǎng)絡是第五代移動通信網(wǎng)絡，可在智能手機和其他設備上提供比以往更快的速度和更可靠的連接《電子產(chǎn)品世界》特邀請業(yè)內部分代表廠商就5G產(chǎn)業(yè)部署、技術解決方案進行了深入探討。

　　關鍵詞：5G；解決方案；測試測量

      ADI：豐富的5G技術方案促進產(chǎn)業(yè)部署落地

      從全球5G的落地情況來看，部分國家如韓國率先在sub-6 GHz頻段實現(xiàn)規(guī)模商用部署，支持eMBB應用，小基站和大規(guī)模MIMO成為提升5G網(wǎng)絡覆蓋與容量的關鍵。與以前的小基站只支持一個頻段不同的是，在幾乎同樣的尺寸下現(xiàn)在的基站設備需要支持三到四個頻段。5G宏基站則采用大規(guī)模MIMO，天線密度從之前的4G時代主流的4T4R/8T8R躍升至32T32R/64T64R。

　　5G的落地，意味著開啟2G、3G、4G和5G共存的新階段。OEM必須支持所有當前和新興的蜂窩標準，從傳統(tǒng)的2G、3G、 4G到5G部署，如何滿足不同系統(tǒng)規(guī)范的應用要求，并低成本加速產(chǎn)品面市面臨挑戰(zhàn)。

　　5G的規(guī)模部署，也帶來運營商因為基站功耗增加導致的運營成本上升的焦慮，有市場調研數(shù)據(jù)顯示，90%的運營商擔憂5G基站能耗。我們看到像MassiveMIMO里64發(fā)64收這樣的系統(tǒng)可能是最多的，甚至128收128發(fā)。如果用傳統(tǒng)的解決方案來設計實現(xiàn)，除了體積和成本，系統(tǒng)功耗也將會成倍增長。

　　此外，事實上sub-6 GHz的大規(guī)模MIMO只是毫米波時代的過渡。運營商希望能夠將無線電信道數(shù)量增加以滿足更廣泛的通信需求，巨大的市場需求正在推動朝毫米波邁進的技術革命，但覆蓋和建網(wǎng)成本壓力需要通過技術手段去克服巨大的挑戰(zhàn)。

　　作為產(chǎn)品廣泛涵蓋從DC至100 GHz頻率范圍的RF、微波和毫米波射頻產(chǎn)品與技術全球領先提供商，ADI提供了豐富的5G無線通信技術解決方案，以及針對5G基站、數(shù)據(jù)中心等應用的高性能電源解決方案，全面促進5G產(chǎn)業(yè)的部署落地。

　　其中，RadioVerse?射頻收發(fā)器系列平臺可提供市場上最寬帶寬、最高性能的解決方案。它的高度集成式架構可簡化系統(tǒng)設計，降低SWaP和成本，并縮短上市時間。特別值得一提的是可提供高達200 M信號帶寬和450 M觀測帶寬，可用于5G大規(guī)模MIMO基站，小基站及其他通信類應用的寬帶射頻收發(fā)器ADRV9008/9。其主要特性包括：

      ? 最寬帶寬——兩倍于前代器件AD9371的帶寬 —200MHz的帶寬支持更高數(shù)據(jù)速率并提高網(wǎng)絡容量；

      ? 集成式通用無線電平臺——將不同頻段和功率的產(chǎn)品開發(fā)周期縮短一半，同時功耗降低50%，尺寸減小60%；

      ? 通過LO同步簡化數(shù)字波束成形——ADRV9008/9通過內部LO支持多芯片相位同步，支持高性能的數(shù)字波束成形，同時降低尺寸、重量和功耗，而且簡化的設計要求加快了大規(guī)模MIMO的上市時間；

      ? 快速跳頻——可減少系統(tǒng)停機時間，改善頻譜效率和鏈接安全性。

　　此外，針對2G/3G/4G/5G長期共存的時代，ADRV9008/9為基站設計提供通用平臺：ADRV9008/9平臺可實現(xiàn)多標準射頻拉遠頭的設計，并可縮減尺寸和成本；通用平臺將不同頻段和功率要求的產(chǎn)品開發(fā)時間縮短50%，同時還可簡化現(xiàn)場部署和維護。

　　未來走向24-29 GHz甚至更高的毫米波頻段有望解決制約5G頻譜局限性的關鍵，ADI擁有完整的微波、毫米波信號鏈技術，將為5G毫米波應用鋪平道路。以ADI 最新推出高集成度微波上變頻器和下變頻器ADMV1013和ADMV1014為例，這些IC在24 GHz至44GHz的極寬頻率范圍內工作，提供50 ?匹配，使得在構建的單一平臺上可以支持所有5G毫米波頻帶（包括28 GHz和39 GHz），從而有助于簡化設計并降低成本。這些特性組合提供前所未有的靈活性和易用性，同時將外部元件減至最少，支持實現(xiàn)小型蜂窩等小尺寸系統(tǒng)。

　　5G基站設備越來越小，而功率越來越高，這對數(shù)字基帶、存儲器、RF收發(fā)器和功率放大器的供電提出了復雜要求，必須在最小的面積中提供最高的功率密度，需要密度非常高的電源，它能以快速瞬變響應輸送大電流以便為數(shù)字基帶供電，同時利用低噪聲、低壓差調節(jié)器(LDO)為其他噪聲關鍵電源軌供電。將多個降壓調節(jié)器和LDO集成到單個封裝中，可顯著縮小電源管理設計的總體尺寸。此外，與傳統(tǒng)分立方案相比，智能型集成解決方案具有許多優(yōu)勢。減少分立元件數(shù)目可大幅降低設計的成本、復雜度和制造成本。例如集成電源管理單元(PMU)ADP5050 和 ADP5052可在單個IC中實現(xiàn)所有這些電壓和功能，所用PCB面積和元件大幅減少。具有多功能數(shù)字電壓模式控制器的電源芯片ADP1051來控制輸入到輸出的能量轉換。此電源設計綜合考慮效率與成本的因素，設計出在400 W功率等級效率與成本最優(yōu)的方案，適用于無線通訊基站的功放供電系統(tǒng)。

　　MACOM硅基氮化鎵滿足5G新訴求

      從使用量來看，MACOM的估計是：純粹的基站數(shù)，即5G對4G，差不多是1.5倍到2倍的差別，單個的基站又比原來的基站的RU部分貴約1.5到2倍。由于二者的倍乘關系，累積起來約是2.5倍到4倍的關系。再加上單個基站里的內容，原來是4通道、8通道，現(xiàn)在變成64通道，這些數(shù)目又會有約16倍以上的擴展。所以從對射頻產(chǎn)品單元的需求量來看，相比原有的規(guī)模，預計有50倍到60倍的需求。

　　這對射頻產(chǎn)品提供商來說是個很大的挑戰(zhàn)，因為原來的規(guī)模很難去滿足預計的新規(guī)模。這也是為什么MACOM在5G市場上是比較激進的，去布置產(chǎn)能，提前進行庫存管理的原因，因為從數(shù)量上，這對相關芯片廠家的挑戰(zhàn)是比較大的。

　　MACOM不僅有自己的fab（芯片工廠），同時還準備了Fabless（無芯片工廠）的方案，既不受限于自有工廠的產(chǎn)能，還利用第二家、第三家代工廠（Foundry）來備份產(chǎn)能。因此2018年MACOM和ST簽署了聯(lián)盟協(xié)議，ST可以提供6英寸的CMOS晶圓，用來做MACOM的氮化鎵產(chǎn)品。在此基礎上，2019年雙方又把合作拓展了一步，即ST主流的8英寸晶圓也可以支持MACOM。如果MACOM的產(chǎn)能需要，可以隨時切換到ST 8英寸晶圓上進行大批量的生產(chǎn)。

　　因為6英寸和8英寸晶圓的主要區(qū)別是產(chǎn)能方面，基本上，8英寸的die(裸片)產(chǎn)出是6英寸的2倍。

　　另外，ST的一個優(yōu)勢是在商用和民用市場已有大批量制造的經(jīng)驗，因為ST擅長機頂盒、有線通訊等，最近ST還成為特斯拉汽車的碳化硅等功率芯片的主要供應商，說明ST能夠滿足汽車行業(yè)的產(chǎn)能需求?！皬氖袌鲆?guī)模來看，汽車市場比基站要大很多，”成鋼指出，“因此ST的產(chǎn)能能夠滿足基站行業(yè)的需求?！?/p>

　　MACOM本身有兩塊主力產(chǎn)品：光的解決方案，射頻的解決方案。這兩方面是齊頭并進的?，F(xiàn)在網(wǎng)絡結構也相對比較簡單了，光纖可能是直接到塔上了，上來會跟基站有轉換和連接。所以很多時候可以把它們當作一個整體方案去考慮。

　　MACOM在美國有專門的部門提供Massive MIMO陣列的解決方案，它下面的轉換已經(jīng)把64路甚至更高的路數(shù)進行了集成，進行光電轉換，到下面的光網(wǎng)絡去接收，這些方案可能以后會越來越集成，未來MACOM甚至能夠提供一個微系統(tǒng)給客戶。

　　u-blox豐富5G技術儲備 推動新技術、標準、應用

      5G的市場和技術是一個高速演進、垂直鏈吻合、相互滲透的趨勢。2018年，5G標準凍結，并在全球正式啟動商用。2019年起則將是5G突破商用和行業(yè)發(fā)展瓶頸的一年。根據(jù)愛立信的預期，到2026年，5G驅動的數(shù)字化收入將達到全部ICT參與者的數(shù)字化經(jīng)濟收入的38%（即1.3萬億美元）。據(jù)GSA分析，至2019年2月，全球已有201個運營商在83個國家進行了5G實驗和部署。運營商正在借助5G進行轉型，這將同時帶動傳統(tǒng)和新型產(chǎn)業(yè)鏈端到端的轉型和升級。

　　如今，物聯(lián)網(wǎng)如今已滲透到經(jīng)濟和社會生活的方方面面，這將對定位技術的覆蓋率和可靠性提出更高的期望和要求。就像高速互聯(lián)網(wǎng)一樣，用戶會期望無處不在的高精度定位。3GPP和其他標準機構正對基于蜂窩定位的應用和性能要求重新進行審視，相應的解決方案將作為第16版在2020年第一季度推出。得益于改進后的高精度定位服務的用例廣泛，包括工業(yè)、資產(chǎn)追蹤、汽車、交通管理、智慧城市、共享單車、醫(yī)院、無人機、增強現(xiàn)實（AR）、消費者和專業(yè)穿戴產(chǎn)品。u-blox從13版以來，一直是3GPP的積極參與及貢獻者，并在窄帶物聯(lián)網(wǎng)（NB-IoT）和高精度定位標準制定上起到了重要的作用。

　　u-blox作為全球領先定位和通訊芯片、模組制造商，多年以來一直與全球移動行業(yè)領導者密切合作，支持和推動全球新技術、標準和應用，特別在是汽車、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和消費者市場的解決方案。u-blox在物聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)、V2X和5G方面做了很大的技術儲備，例如在定位和導航方面可實現(xiàn)厘米級高精度定位，這些對于5G基礎設施以及自動駕駛應用，都是非常關鍵的技術。

　　2019年2月份，u-blox正式推出了u-blox F9 技術平臺以及基于此技術開發(fā)的ZED-F9P多頻段GNSS模塊，為面向大眾市場的工業(yè)和汽車應用提供高精度定位解決方案。從此開始了以GNSS精度的全自動駕駛規(guī)劃之路。4月，u-blox宣布將提供關鍵的授時技術，以加強中國聯(lián)通的4G網(wǎng)絡，并為其5G連接的推出提供平臺。

　　5G應用廣泛，技術指標跨度很大，所以需要有規(guī)劃、針對性地引入。u-blox自2019年起，加入5G產(chǎn)業(yè)自動化聯(lián)盟（5G-ACIA）, 攜手全球傳統(tǒng)自動化和制造業(yè)的代表，以及信息和通信技術行業(yè)伙伴一起推動5G在工業(yè)生產(chǎn)領域的落地，確保5G從設計、應用之初便具備相應產(chǎn)業(yè)能力，加速工業(yè)4.0的實現(xiàn)。

　　CEVA：5G UE PentaG解決方案應對復雜要求

      受訪者：CEVA 移動寬帶業(yè)務部無線平臺解決方案總監(jiān)Guy Keshet

      5G是一種非常多樣化的技術，可以為不同的應用提供不同的功能，例如：可為移動設備提供高帶寬，為城市環(huán)境應用提供超高密度功能，以及為汽車V2X應用提供超級可靠的通信功能。最近的5G發(fā)展趨勢之一是允許UE設備支持EN-DC (EUTRA-NR雙連接)，使得移動設備同時連接到LTE和5G基站。5G基站正變得越來越復雜，支持更多的5G通道、更高的MIMO維度和更多的用戶，因而這種雙連接功能對于服務質量非常重要。

　　對于UE架構，CEVA IP的主要挑戰(zhàn)是支持大量的5G模式、功能和過程，同時滿足嚴格的延遲和復雜性要求。5G IP解決方案必須足夠靈活，以支持這些眾多的5G協(xié)議、先進的算法并降低成本/功耗。IP必須可以減少設計5G UE調制解調器的巨大工作量。

　　CEVA開發(fā)了5G UE PentaG解決方案以應對這些挑戰(zhàn)。CEVA的PentaG是功能強大的架構，包含了專用DSP標量處理器和矢量處理器，可滿足先進的5G應用要求，同時提供優(yōu)化的功耗和成本。

　　R&S：推出5G全套測試解決方案

      5G無疑是最近幾年的熱點話題。但是在熱議5G的同時，需要意識到5G要走向成熟發(fā)展還需要時日。在5G商用初期，產(chǎn)業(yè)界務必會有試錯和糾錯的過程，而4G的成熟發(fā)展有目共睹，因此4G和5G將會在很長一段時間內共存。5G有非獨立組網(wǎng)（NSA）和獨立組網(wǎng)（SA）兩種部署方式。采用非獨立組網(wǎng)方式可以將現(xiàn)有的4G基礎設施和5G網(wǎng)絡融合部署，對于運營商而言也是比較經(jīng)濟的一種組網(wǎng)方式。獨立的5G網(wǎng)絡將允許4G和5G 服務并行運行，降低LTE網(wǎng)絡的復雜度，但是初期投資會比較巨大。目前中國網(wǎng)絡運營商正在評估兩種方式的優(yōu)缺點，而其他地區(qū)的大部分運營商已經(jīng)明確初期將采用非獨立組網(wǎng)方式來部署5G網(wǎng)絡。

　　一方面5G的快速商用給產(chǎn)業(yè)界提出了極大的挑戰(zhàn)，不同于以往的發(fā)展路徑，現(xiàn)在是網(wǎng)絡和終端同時高速發(fā)展的路徑，并且中國走在5G發(fā)展的第一梯隊。這樣的發(fā)展速度對產(chǎn)品的穩(wěn)定性和可靠性要求非常高，也對測量儀表的多樣化測試解決方案提出了很高的要求，短時間內需要提供針對研發(fā)測試，運營商準入測試，生產(chǎn)測試等多種解決方案。其次就是多種技術的融合，不同技術之間的干擾，測試測量設備需要同時支持多種蜂窩以及非蜂窩接入技術。在頻率方面要考慮同時支持FR1和FR2頻段的要求，在帶寬上要盡量支持更大的帶寬。第三點是基站天線數(shù)量的增加使得必須采用OTA測試方法來測量天線，而OTA的測試方法、測試成本和測試難度都需要考量，對于毫米波終端，OTA測試也面臨相同的問題。還有一點就是5G未來必將結合諸多應用而存在，如何無縫結合垂直行業(yè)用戶，提供完整的一站式測試系統(tǒng)和解決方案，也是需要面臨的重大挑戰(zhàn)。

　　R&S（羅德與施瓦茨公司）采用經(jīng)驗和創(chuàng)新相結合的方式，加大在產(chǎn)品研發(fā)上面的投入，加強和客戶的溝通，以找到客戶真正的痛點。為此，R&S快速推出了針對5G的從研發(fā)到生產(chǎn)的全套測試解決方案，其中包括5G NR信號產(chǎn)生與分析，5G NR一致性測試，5G網(wǎng)絡與終端研發(fā)以及生產(chǎn)測試，5G信令測試，OTA測試等等都有完備的解決方案。羅德與施瓦茨測試系統(tǒng)的優(yōu)點是具有很好的延展性和兼容性，無論是信號源還是頻譜分析儀，都是在原有的基礎上增加新的選件。這樣用戶以往的投資不會浪費，只需要升級儀表就可以完成5G測試。對于綜測儀而言，也僅僅是需要增加一個新的信令單元就可以完成5G FR1和FR2的測試。當然R&S的儀表支持幾乎所有的蜂窩和非蜂窩技術，可以很方便驗證多模多制式的網(wǎng)絡和終端。

　　NI軟硬件并行策略加速5G商用進程

      整體而言，5G的發(fā)展對設備制造商提出了更復雜的測試難題，從頻段的角度看，Sub-6G頻段經(jīng)過多年的驗證、測試方案相對成熟，更嚴峻的挑戰(zhàn)則是測試在毫米波頻段上運行的5G組件和設備。

　　相較Sub-6G，毫米波的波長更短、衰減更大，為了維持同樣的信號覆蓋能力，毫米波設備需要采用陣列天線、如4x4或更多數(shù)量。毫米波天線尺寸變得更小，進一步推動了廠商將天線與射頻前端封裝在一起，并同步進行測試。NI觀察到，幾乎所有的射頻前端、天線廠商都在開發(fā)封裝天線(AiP，Antenna inPackage)產(chǎn)品，而AiP僅能通過OTA(Over the Air)測試，這是新的市場需求、極大地推動了業(yè)界重新思考和更換現(xiàn)有的測試技術，并對之優(yōu)化以實現(xiàn)更快的信號處理、多頻段的運行、更高的通道數(shù)、OTA測量的可靠性和快速的執(zhí)行等等。

　　當然，OTA測試并非新興事物，在其他領域已應用多年。那么OTA測試如何與5G結合？5G強大的“帶貨”能力(數(shù)以億計的終端設備出貨量)要求設備級測試時每DUT的OTA測試時間以分鐘為計算單位，半導體組件的測試時間則以秒計，因此必須為多站點并行生產(chǎn)測試找到一種新的可行性解決方案。

　　OTA測試不是孤立的測試步驟，涉及到晶圓、封裝IC和設備等不同層級的測試要求與解決方案。首先，晶圓層級的OTA探針方案已經(jīng)能夠滿足毫米波射頻信號的需求。而在AiP IC層級，只有通過OTA測試才能確定其功能與性能。保守的測試方式一般是按順序逐個測試天線元件；但是，若廠商采用經(jīng)過適當晶圓級測試的優(yōu)質晶片，且封裝過程經(jīng)過優(yōu)化，那么在AiP封裝級別進行另一次全面的OTA測試則可能造成浪費。

　　為了最大限度地優(yōu)化成本與縮短產(chǎn)品上市時間，另一種OTA測試方法則聚焦在測試具有波束成形功能的整個天線陣列、而非單個天線元件，以此獲知總的射頻性能。這種測試方法的挑戰(zhàn)在于發(fā)現(xiàn)晶粒與襯底之間的參數(shù)上的缺失（defect），以及判斷封裝內的天線質量。在初始生產(chǎn)階段，廠商可以選擇執(zhí)行完整的參數(shù)化OTA測試，然后切換到測試子集以實現(xiàn)全量產(chǎn)。

　　最后，在圍繞AiP IC集成的更多組件、PCB和外殼的設備層級，也是難以逐個測試天線組件。因此，NI建議改變現(xiàn)有的設備測試順序，以納入OTA測量項目，進而完善整個流程的測試方案。

　　盡管OTA測試帶來了很大的優(yōu)勢，但NI強調的是在提供測試方案給客戶的時候，怎么樣在同樣的測試設備中提供OTA測試的能力，而不是為了OTA測試，推薦給客戶不同的系統(tǒng)。

　　NI的解決方案是軟硬件并行的策略，例如針對5G測試，NI專門推出了Radio Head測試探頭，包括了放大、上下變頻、多埠切換等一系列功能，相當于將原本的臺式儀表擴展出來，但功率不會有任何損耗、甚至能夠提供更大的測試功率，使用者無需外掛切換器或校準等操作，即可實現(xiàn)multi-port的測試能力。同時，NI軟件定制測試平臺支持最新的5G NR物理層協(xié)定，其中包含測試寬NR分量載波或載波聚合信號所需的瞬時帶寬等測試技術。NI的高帶寬儀器還允許通過數(shù)字預失真技術對DUT進行相關的測試。此外，NI平臺還為多通道測量系統(tǒng)提供相位相干和時間對齊擴展，達成相位的高精準測量。

　　參考文章

      [1] KalyanSundar. 打通邁向5G之路.電子產(chǎn)品世界,2018(1) :32.

　　[2] 田元鎖,張黎明. 5G通信信號處理系統(tǒng)的設計與實現(xiàn).電子產(chǎn)品世界,2018(3):33.

      本文來源于科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2019年第6期第10頁，歡迎您寫論文時引用，并注明出處