圖1、5G對(duì)射頻前端產(chǎn)業(yè)帶來(lái)較大的影響

　　無(wú)線基礎(chǔ)設(shè)施和手機(jī)終端在未來(lái)十年將如何變化?哪些應(yīng)用需求正在推動(dòng)運(yùn)營(yíng)5G，何時(shí)才能實(shí)現(xiàn)?

　　圖2、基站技術(shù)的演進(jìn)路徑

　　不久前，5G只是一個(gè)夢(mèng)想，而現(xiàn)在5G正在激發(fā)了一個(gè)新的移動(dòng)時(shí)代：一種單一的統(tǒng)一性的基礎(chǔ)技術(shù)，可以為任何地方的任何用戶提供任何服務(wù)。

　　圖3、無(wú)線移動(dòng)技術(shù)的演進(jìn)路標(biāo)

　　圖4、3GPP的5G演進(jìn)之道

　　今天，5G不僅僅是一個(gè)夢(mèng)想 - 而且是一個(gè)熱門的話題：每個(gè)電信運(yùn)營(yíng)商，基站制造商，小型蜂窩基站制造商和用戶設(shè)備供應(yīng)商都在致力于開(kāi)發(fā)5G：無(wú)論是5G其中的一個(gè)方面還是以下5G的全部三個(gè)方面：

　　圖5、5G技術(shù)的關(guān)鍵應(yīng)用

　　5G物聯(lián)網(wǎng)(IoT)：物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的頻率低于1 GHz，需要低數(shù)據(jù)速率以及遠(yuǎn)距離覆蓋和低成本。技術(shù)已經(jīng)可用，包括短距離無(wú)線電/ WiFi以及像SigFox和LoRa這樣的專用網(wǎng)絡(luò)。這些協(xié)議協(xié)議專為低功耗設(shè)計(jì)，并且已經(jīng)可以達(dá)到10年的電池壽命。所以問(wèn)題是：5G將給物聯(lián)網(wǎng)帶來(lái)什么?物聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)巨大的市場(chǎng)機(jī)會(huì)，還是只是5G應(yīng)用的一個(gè)細(xì)分市場(chǎng)?

　　5G Sub-6GHz(6GHz以下)：頻率低于6GHz的5G NR的一個(gè)標(biāo)志技術(shù)是實(shí)際4G技術(shù)向大規(guī)模MIMO(Massive MIMO)技術(shù)的演進(jìn)，更多的載波聚合( carrier aggregation)和更多的前端模塊的集成將推動(dòng)當(dāng)前技術(shù)向極限發(fā)展。5G的初始階段的目標(biāo)是使用3.5 / 4.5 GHz的現(xiàn)有基站來(lái)簡(jiǎn)化5G的引入和部署。 5G也可以部署在共享頻譜上，即美國(guó)的3.5GHz(3.5 GHz Citizens Broadband Radio Services (CBRS) band)以及無(wú)需許可的頻譜如5GHz，這種方法為企業(yè)和行業(yè)提供了從5G技術(shù)中受益并且不需要使用昂貴的授權(quán)頻譜的新機(jī)會(huì)。

　　圖6、各個(gè)國(guó)家的5G頻譜分布

　　5G mmWave(毫米波)：具有10 GHz以上的頻率 - 通常為28 GHz，39 GHz或者60 GHz頻段，用于短距離，高數(shù)據(jù)速率的傳輸和交換。今天，在美國(guó)和韓國(guó)可以觀察到5G毫米波的兩個(gè)具體的應(yīng)用場(chǎng)景：

　　1、Verizon和AT&T等美國(guó)運(yùn)營(yíng)商在美國(guó)進(jìn)行的5G 毫米波固定無(wú)線接入服務(wù)。今年將進(jìn)入正式的部署階段：預(yù)計(jì)將在大約15個(gè)美國(guó)城市中部署。

　　2、韓國(guó)電信(KT)的5G試用服務(wù)，將支持2018年2月的冬季奧運(yùn)會(huì)

　　圖6、高通的毫米波手機(jī)原型樣機(jī)

　　上述的這兩種應(yīng)用場(chǎng)景都有自己的規(guī)格，他們的共同點(diǎn)是使用28 GHz頻譜，以便獲得更寬的帶寬和更高的數(shù)據(jù)速率。此外，高通在2019年致力于將5G mmWave(毫米波)手機(jī)推向市場(chǎng)。這將需要大量的研發(fā)工作來(lái)解決天線集成問(wèn)題，并設(shè)計(jì)一個(gè)5G毫米波的射頻前端(RFFE，RF front-end)，以維持集成毫米波的手機(jī)的性能，小型化和成本等方面的壓力。

　　圖7、5G生態(tài)系統(tǒng)

　　5G正在進(jìn)行廣泛的測(cè)試試驗(yàn)，并正在獲得強(qiáng)大的發(fā)展動(dòng)力

　　從基礎(chǔ)設(shè)施的角度來(lái)看，目前業(yè)界已經(jīng)準(zhǔn)備為5G做出重大的投資。電信運(yùn)營(yíng)商和宏基站/小型基站提供商正處于試運(yùn)行階段，并正在進(jìn)行真實(shí)世界中進(jìn)行測(cè)試。

　　圖8、基于5G的車聯(lián)網(wǎng)測(cè)試系統(tǒng)

　　在美國(guó)，Verizon和AT&T正通過(guò)在美國(guó)大約15個(gè)城市進(jìn)行試驗(yàn)和進(jìn)入部署階段，為美國(guó)5G固定無(wú)線接入做出努力，這些城市包括德克薩斯州奧斯汀，德克薩斯州達(dá)拉斯，德克薩斯州休斯敦，加利福尼亞州舊金山， Atlanta(佐治亞)，丹佛(CO)，邁阿密(FL)，西雅圖(WA)，華盛頓特區(qū)等。運(yùn)營(yíng)商與像思科系統(tǒng)，愛(ài)立信LM，諾基亞和三星等公司已經(jīng)在毫米波基礎(chǔ)設(shè)施方面進(jìn)行了合作。

　　圖9、5G端到端固定無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)

　　事實(shí)上，世界上有很多5G項(xiàng)目在開(kāi)展，利潤(rùn)豐厚的商機(jī)就在眼前。

　　全球移動(dòng)數(shù)據(jù)流量正在以驚人的速度逐步增長(zhǎng)，從2017年到2022年，預(yù)計(jì)復(fù)合年增長(zhǎng)率將超過(guò)40%。手機(jī)將成為5G技術(shù)成熟和實(shí)施的首選平臺(tái)。新的應(yīng)用和使用場(chǎng)景，如增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)/虛擬現(xiàn)實(shí)和自動(dòng)駕駛汽車將受益于這個(gè)正在逐步成熟的技術(shù)。然而，在5G可以被認(rèn)為是成功之前，許多技術(shù)挑戰(zhàn)依然存在。

　　圖10、5G各種應(yīng)用所對(duì)應(yīng)的關(guān)鍵技術(shù)

　　對(duì)于無(wú)線基礎(chǔ)設(shè)施，目前存在大量技術(shù)的障礙來(lái)檢修和安裝大量小型本地小區(qū)以確保信號(hào)質(zhì)量，功率效率和散熱優(yōu)化等方面的工程實(shí)施。這將對(duì)功率放大器技術(shù)，智能天線集成和成本以及RFFE(RF front-end，射頻前端)的封裝材料等方面的技術(shù)發(fā)展帶來(lái)壓力。

　　圖11、5G的關(guān)鍵使能技術(shù)

　　對(duì)于手機(jī)終端來(lái)說(shuō)，挑戰(zhàn)與智能天線的集成和射頻前端(RFFE，RF front-end)模塊的小型化，成本和性能有關(guān)。這將對(duì)所有射頻前端(RFFE，RF front-end)元件(濾波器，開(kāi)關(guān)，功率放大器，LNA，天線調(diào)諧器)以及能夠在各個(gè)方向(X，Y，Z)上創(chuàng)建小尺寸形狀因子的封裝技術(shù)包括嵌入低K電介質(zhì)，低互連損耗以獲得良好的信號(hào)完整性等技術(shù)方面帶來(lái)壓力。

　　5G將具有更高水平的復(fù)雜性和顛覆性

　　5G的目標(biāo)是將移動(dòng)寬帶，物聯(lián)網(wǎng)和自動(dòng)駕駛汽車等先進(jìn)的自動(dòng)化功能集成到一個(gè)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中。如前所述，5G有三個(gè)主要方面的技術(shù)：IoT，sub-6GHz和mmWave。在射頻技術(shù)方面，這意味著需要將非常不相似的性能的器件匯集到一起。

　　圖12、5G與射頻相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)

　　圖13、載波匯聚(CA)技術(shù)演進(jìn)

　　因此，這種高度復(fù)雜的組合意味著5G將會(huì)有不同的實(shí)施階段，即5G的各個(gè)方面將不會(huì)同時(shí)實(shí)施。 5G IoT，5G sub-6GHz和5G mmWave將沿著自己的發(fā)展演進(jìn)路線，創(chuàng)造出各種連接技術(shù)并行的生態(tài)系統(tǒng)。

　　圖14、基站射頻前端的演進(jìn)技術(shù)

　　隨著5G手機(jī)和無(wú)線基礎(chǔ)設(shè)施技術(shù)的成熟，各種新的應(yīng)用將會(huì)出現(xiàn)。這將需要時(shí)間，許多玩家已經(jīng)將自己定位為獲得其中一塊餡餅。因此，新的商業(yè)模式將出現(xiàn)：例如，一些電信運(yùn)營(yíng)商，主要是像Verizon和AT&T這樣的美國(guó)電信運(yùn)營(yíng)商，正在部署針對(duì)住宅應(yīng)用的預(yù)5G的寬帶網(wǎng)絡(luò)(以他們自己的標(biāo)準(zhǔn))作為光纖的替代品。高通公司是第一個(gè)推出手機(jī)5G mmWave的公司，但也有其他廠商也在探討這個(gè)問(wèn)題 - 像英特爾和三星這樣的主流芯片廠商和手機(jī)制造商，其次是領(lǐng)先的RF CMOS / SOI代工廠，如GLOBALFOUNDRIES，TOWERJAZZ，聯(lián)電，臺(tái)積電等。

　　圖15、關(guān)鍵的射頻器件技術(shù)

　　最終，通過(guò)國(guó)際電聯(lián)，3GPP和ngmn等主要組織的努力，我們將擁有真正的全球統(tǒng)一的5G標(biāo)準(zhǔn)。這些標(biāo)準(zhǔn)還在逐步完善和進(jìn)行中。 2018年，國(guó)際電聯(lián)將提交一份關(guān)于5G的提案。 3GPP同意在2018年3月之前為增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶(eMBB)的應(yīng)用場(chǎng)景提前完成非獨(dú)立(NSA，non-standalone)5G NR模式標(biāo)準(zhǔn)，這是3GPP的5G NR標(biāo)準(zhǔn)的一個(gè)中間里程碑.3GPP還重申了其承諾到2018年9月完成獨(dú)立(SA，Standalone )5G NR模式的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。

　　圖16、射頻前端器件組件供應(yīng)商和整機(jī)供應(yīng)商生態(tài)系統(tǒng)

　　在射頻行業(yè)的未來(lái)幾年將是非常令人興奮和具有挑戰(zhàn)性的。通過(guò)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化，原型設(shè)計(jì)，試用和生態(tài)系統(tǒng)創(chuàng)建，5G將成為現(xiàn)實(shí)。雖然這將需要時(shí)間，但5G的航程已經(jīng)在進(jìn)行中，值得期待。5G前景一片光明，對(duì)于各個(gè)參與者而言，這將是一個(gè)巨大的商業(yè)機(jī)會(huì)。