移动数据量驱动5G加速到来 三大优势力促射频前端走向集成化
4G网络自2010年商用至今已经有6年的历史，从目前来看，4G网络在过去的6年中无疑得到了快速的发展，但是，整体而言，4G网络的普及尚且还有所欠缺，主要原因在于资费问题。尽管如此，业界对5G网络的呼唤之声却是越发强烈，不仅仅在于5G网络所能带来的极快的网速，更为重要的是一些产业对5G网络的需求，诸如物联网等产业的发展，均需要5G网络的大力支持。从当前5G网络发展的进度来看，业界普遍认为其需待2020年方能实现商用，如中国的华为、韩国的三星、日本及欧盟等地区企业均在5G网络研发方面投入了大量的资源。但从目前来看，在未来的4年时间中，4G+或中兴所提出的Pre-5G将有望弥补期间的空缺。
前不久，EEVIA在深圳举办“2016中国ICT媒体论坛和产业和技术展望研讨会”，在此次会上，由RFMD和TriQuint合并而成的全球移动、基础设施和国防领域可扩展及动态射频解决方案的新领导者Qorvo公司移动产品市场战略部亚太区经理陶镇，讲述了Qorvo公司提供的Pre-5G中的集成式解决方案以及对未来5G市场的展望和看法。
Qorvo公司移动产品市场战略部亚太区经理陶镇
市场需求力促5G加速到来
随着智能终端产品的逐渐增多，对网速也提出了新的要求，越来越多的产品需要极速网络的支持。陶镇强调了极致网速的重要性，他表示：“目前移动数据量正不断增加，所有移动数据量的增加是目前驱动整个智能手机行业发展以及射频半导体器件的主要来源。移动数据量的增加意味着消费者要快速数据接收和下载，日后要快速上传数据，这些都驱动了移动运营商必须拥有传统的2G、3G网络转换到4G网络，因为只有4G网络、4G+网络或者5G网络才能提供足够快的上行速率下行速率来满足用户对移动数据量访问的需求。5G相比4G也会提供更快的上行下行速率，网速提高了很多倍。整体来说，还是因为用户对数据的速率的需求，所以会有5G这样一个新标准的衍生。”
此外，他还强调，从2016年到2020年期间，4G网络的增长将会非常明显，同时，2G、3G减少的非常快，相对而言趋向饱和。整个中国三家运营商的4G用户量2020年会达到12亿的用户。中国三家运营商中中国移动目前还只有TDD-LTE的牌照，中国联通和中国电信同时拥有TDD-LTE和FDD-LEG的牌照者。另一方面，目前主要的4G用户是中国移动，TDD的市场份额还是大于FD的市场份额。
展望5G，在陶镇看来，5G除了在网速方面大幅提高以外，在其他方面也与2G、3G、4G存在区别，比如说5G能够提供不一样的应用场景。众所周知，4G相比3G主要的场景是提供了用户的移动宽带的速率，可以提供更快速的速率。5G相比4G除了提纲移动宽带互联之外，可能提供更多场景。第一个就叫物联网，IoT某种程度是5G的应用场景，低功耗的万物互联。除了低功耗的万物互联，另外的产品是高可靠性、低延时的产品。比如说是智能驾驶，需要的可靠性非常高，需要消费者不能有任何长时间的延时，所以低时延、高可靠性的场景，相比较万物互联低功耗的场景是对射频前端的要求会更高。
他总结道：“未来的5G主要是分成多个用户场景，首先还是移动宽带，移动宽带相比较4G有更高的速率。一方面是区域性的覆盖，我们认为还是频率比较低的，因为区域覆盖低频的频谱相对高频谱对运营商来说可以节省很多成本。另一方面是热点覆盖，比如说应用场景需要非常快的网速。其次是低功耗的物联网其三是高可靠性、低延时性的应用场景。”
与此同时，陶镇还谈到5G标准问题，他表示：“5G的标准还没有完全定下来。关于5G我觉得有两个主要标准，一个是工作在什么频率范围之内。3.5G这个频度可能是中国第一个用在5G的频谱，未来还包含更高的一些频谱。另外就是采用什么样的上行下行调制解调方式，是不是还是用原来的4G的LTE，下行叫OFDMA，相比较3G是非常明显的变化，来提高4G的下行速率。”
射频前端走向集成化
网络的发展，需要技术的驱动，同时也对技术提出了新的要求。对于网络而言，射频前端不可或缺，尤其是随着网络速率越来越快，其重要性越发突出。陶镇称：“从2G、3G到4G，到现在的下行载波聚合，再到明年的上行载波聚合，越来越为复杂。2G非常简单发射模块，到3G需要有3G的PA，到4G需要有更多滤波器和双工器，载波聚合需要有前端配合的多工器，上行载波器的PA又需要重新设计来满足线性化的要求。随着制式的复杂性，射频前端也是越来越复杂。”
那么，对于目前的下行载波聚合或明年的上行载波聚合而言，该通过什么方式提高下行速率和上行速率呢?对此，陶镇提出了他的解决方案，他表示：“第一就是调制越来越复杂，从传统的2G时代的GMSK/BPSK开始，到3G时代的QPSK，再到4G时代的16QAM和64QAM，在每一个频段内，调制解调制式的复杂会提供更快的上行下行速率。制式越新可以提供更快的速率。另外一个是除了制式的改变，某一个制式下频谱的宽度会影响速录，频率越来越宽你看到的情况越来越多，到现在的LTE时代频谱更快了，甚至包括两个载波聚合，今年商用的还是两载波的载波聚合，到了明年后年可能有三载波或者四载波甚至五载波，载波数量越多可以提供更快的上行和下行速率。提高数据访问率，一个是制式不断的调整，2G到3G到4G，包括到未来的5G;另外一个方面是某一个制式下提供足够宽的带宽，载波就是通过足够宽的带宽，这两种方式是提高用户速率的主要方式。”
Qorvo的方案是把各个频段的PA集成在一起，此外，还将滤波器和开关集成在一起，而Qorvo拥有滤波器、开关、PA的全部工艺，这为其集成提供了一定的基础。除了蜂窝式集成以外，从WiFi分立式的设计走向当前的集成模块，从WiFi的功率放大器到滤波器、放大器也是用全线产品，所以也是提供相应的模块化设计，因为现在WiFi除了2.4G以外，后面还会有5G频率范围的WiFi，现在WiFi主要是双频道WiFi，通过模块化设计可以减少成本、减少尺寸以及减少客户的调试时间。
谈及PA，据陶镇介绍，从功率放大器(PA)来看，主要有两种工艺，一种是砷化镓，另外一种是CMOS。目前市场主要的方案还是以砷化镓的为主，CMOS主要是在超低端的2G的纯GSM手机中应用，现在的3G、4G，包括六模4G都是用砷化镓。除了PA以外，还有一种技术与PA息息相关的，那就是未来在5G这种耗电比较大的情况下的ET。ET的调制解调器也是配合PA共同组成PA单元，让功率放大器有更高的效率。在PA单元的下面用基于砷化镓工艺PA，从事中高端的有基于CMOS工艺的PA，中低端的也有相应的配合PA做ET的调制解调器来提高PA效率。 而滤波器方面则更加复杂，滤波器主要的工艺同样分成高中低端的，高端的叫做体声波BAW，中低段的叫声表面波SAW，此外，介于两者之间的还有温度补偿的滤波器，Qorvo也是业界唯一一家拥有这三种工艺的公司。
与此同时，陶镇还强调：“我们(Qorvo)除了有工艺，也有滤波器的工装技术和滤波器的晶圆技术，功率放大器滤波器接下来就是开关，我们也有SOI和砷化镓的，这一系列组合是集成的解决方案。我们拥有所有射频前端的工艺和所有产品类型，所以在未来5G的智能机和4G+的智能机里面，我们认为集成式方案是一个市场趋势。”
除了射频前端走向集成化以外，另一个集成化方向是天线调节技术的集成。陶镇称：“频段数量的增加和载波聚合的应用，会导致射频前端的损耗比以往大，这样导致原本的天线不足以覆盖所有的频段的支持，天线调谐技术相应的衍生出来了。目前Qorvo通过天线调谐技术让手机在一根天线的情况下都能达到好的连接质量。”
此外，陶镇还介绍了Qorvo射频前端主动+被动集成的不同产品线，第一个叫做AiO/TRM发射收发模块，主要集成的是全球主要的运营商的频段，相应支撑的PA和滤波器、开关，这些相对的少，因为不是覆盖某一个区域型的。其次是PAD，这样的产品是一个宽带的PA加上天线频道分割的开关，再加上不同频段的双工器，相应的集成数量多一点。
Qorvo将PAD分成主要的三个频段，2.5G以上是高频，例如中国移动就是采用这样的频段;中频是2G左右，例如中国电信、中国联通所采用;低频是700M、800M、900M，目前中国三家运营商都没有这个频谱的，不排除未来有可能在这些频段发展的可能。800M左右的LTE都有相应的LTE的网络，所以Qorvo针对不同频段做相应的模块化集成。
还有一种叫做VLB，就是700M的频谱，700M在中国主要是运用在广播电视领域，在别的国家已经把700M作为LTE，比如在欧洲、美国，所以未来700M这一块也会变成新兴的LTE的主流的低频。整个PAD会分成低频、中频、中高频和高频。未来还有超高频，大家可能也听闻，那就是3.5G领域。未来中国会用到5G或者叫Pre-5G的频谱，还会有相应的3.5G相应的射频模块。从1G、2G、2.5G到3.5G，这是未来五年中能够看到的主要用在IoT的四个主流频段，相应的频段Qorvo公司都有相应模块化的设计。再往后就是S-PAD把开关放在里面，期间还会有更多集成化的半导体产品。
整体而言，集成方案具有多方面的优势，首先是在尺寸方面，集成后产品的尺寸无疑将更小。其次，在分立的方案中，工程师需要做很多调试工作来优化射频性能。而作为模块化的集成设备，将性能在模块内做到更优化了，可以帮助客户节省开发时间，无需过多的调试，即协助客户尽快实现产品上市。其三，集成后能够提供最好的半导体性能，众所周知，半导体产品更好的性能是在工作环境下发挥更好的性能，所以在集成的过程中可以做一些优化的处理。（责编：于宏达）
本文为华强电子网原创，版权所有，转载需注明出处
关注电子行业精彩资讯，关注华强资讯官方微信，精华内容抢鲜读，还有机会获赠全年杂志
关注方法：添加好友→搜索“华强微电子”→关注
或微信“扫一扫”二维码
