5G的“高速公路”还有哪些问题需要解决?

荷叶塘 来源:电子发烧友网 作者:程文智 2019-05-28 09:05 次阅读

如果把数据路径比作高速公路的话,5G就是我们正在规划,并开始动工的一条最宽广,先进的高速公路。为了能让这条高速公路达到预期目标,我们需要拓宽这条高速公路的车道,也就是说,我们需要开拓更多可用的频谱,因为包括无线电、电视和GPS在内的所有无线通信都是通过无线电频率或频谱进行无线传播的,频谱是连接的命脉。

更多可用的无线数据频谱就意味着更大的网络容量,更快的数据传输速率,以及更好的用户体验。5G新空口(5G网络的全球标准)不仅包含了目前大多数移动通信都在使用的3GHz以下的频段,还包括了3GHz到6GHz(Sub-6GHz)之间的中频段,以及更高频率的24GHz以上的毫米波频段。通过这些频谱的组合使用,5G将可以实现更快的数据移动传输。

那实现5G的“高速公路”建设,还有哪些问题需要解决呢?

5G的“高速公路”还有哪些问题需要解决?

图1:5G路线图规划及生态系统发展。(来源:Qualcomm)

5G毫米波频谱问题

据我国2018年7月发布的《5G毫米波规划建议白皮书》显示,截至2018年7月,全球5G实验网中43%使用了1~6GHz频谱,使用6GHz以上的高频的5G实验网数量占比达到57%,其中使用24GHz~29。5GHz毫米波频段的实验网占比为31%。

也就是说,毫米波频谱应用于5G系统已成为业界共识。为做好5G毫米波频率规划相关工作,我国成立了1。13议题研究组,IMT-2020(5G)推进组频率工作表,目前已基本完成26GHz,32GHz,40GHz和70/80GHz的兼容性共同研究,并向ITU-RT65/1提交了相关研究报告。我国已于2018年底公布了三大运营商的5G频谱分配方案。其中,中国电信获得3。4-3。5GHz的100MHz带宽;中国联通获得3。5-3。6GHz的100MHz带宽;中国移动获得2515-2675MHz的160MHz带宽及4。8-4。9GHz的100MHz带宽。

图2:中国2G-5G三大运营商通信频谱分配方案。

图2:中国2G-5G三大运营商通信频谱分配方案。

欧盟委员会无线频谱政策组(RSPG)2016年11月就发布了欧洲5G频谱战略,明确将26G(24.25-27.5GHz)频段作为欧洲5G高频段的初期部署频段,RSPG推进欧盟在2020年前确定此频段的使用条件。此外,欧盟将继续研究32G(31.8-33.4GHz)和40G(40.5-43.5GHz)频段,以及其他高频频段。基于欧洲5G频谱战略,欧洲电信联盟(CEPT)负责讨论制定包含3.5G、26GHz等5G先发频段的使用管理规则。欧盟电子通信息委员ECCPT1在2018年7月基本完成26GHz频段技术应用条件的研究和制定工作。

美国联邦通信委员会(FCC)2016年7月14日全票通过将24GHz以上频谱用于无线宽带业务的规则法令,共规划10.85GHz高频段频谱用于5G无线技术,包括28G(27.5-28.35GHz)、39G(38.6-40GHz),共计2.25GHz许可频谱,37G(37-38.6GHz)共计1.6GHz混合许可频谱和64-71GHz共计7GHz免许可频谱。2017年11月,FCC发布法令决定增加24.25-24.45GHz、24.75-25.25GHz以及47.2-48.2GHz共1.7GHz频段用于5G无线技术。至此,FCC在毫米波频段为5G无线技术规划频率总量达到约13GHz。2018年11月,FCC启动了5G频谱拍卖,首轮拍卖的是28GHz频段频谱,随后拍卖了24GHz频段频谱。2019年,FCC还将再拍卖三个毫米波频段,分别是37GHz、39GHz和47GHz。

韩国未来创造科学部(MSIP)2017年1月宣布了K-ICT频谱规划,以期推动26。5-29。5GHz频段用于5G商用部署,其中27。5-28。5GHz(1GHz)计划在2018年释放,26。5-27。5GHz和28。5-29。5GHz(共计2GHz)视5G产业链发展情况,不晚于2021年释放。韩国政府已于2018年平昌冬奥会期间,使用28GHz频段在首尔、平昌及其他城市建设了百余个5G站点,提供5G试验业务。同时,韩国已于2019年4月实现5G网络的正式商用。韩国于2018年6月完成5G频谱拍卖,在28GHz频段,每个运营商获得了800MHz的频谱。其中,SK电信获得了28。1GHz-28。9GHz频段,KT获得了26。5GHz-27。3GHz频段,LGUplus获得了27。3GHz-28。1GHz频段。

日本总务省(C)2016年7月发布了面向2020年无线电政策,提出面向2020年的5G商用频谱计划,其中毫米波频段将主要聚焦在28G(27。5-29。5GHz)频段。日本总务省于2017年中旬联合NTTDocomo、KDDI和Softbank在东京及部分农村地区启动了5G外场试验,使用了6GHz以下和28GHz频段。日本总务省已于2019年4月批准了该国四家移动运营商建设5G无线网络的计划,并要求他们在两年内建成覆盖日本全境的5G网络。为2020年东京奥运会提供5G商用服务。

图3:全球主要5G商用国家的频谱规划。(来源:Qualcomm)

图3:全球主要5G商用国家的频谱规划。(来源:Qualcomm)

此外,澳大利亚、加拿大、新加坡等国相关主管部门也先后启动了针对毫米波频段规划及使用的公开征求意见。根据征求意见函内容,加拿大、新加坡已明确表示出将28G频段用于5G的兴趣。其中,加拿大ISED针对28G(27.5-28.35GHz)频段和37-40GHz频段的移动业务应用,在征求意见中提出了针对本国频率划分规定的修订意见。

图4:2019年全球5G商用国家和地区及其频谱。(来源:Qualcomm)

图4:2019年全球5G商用国家和地区及其频谱。(来源:Qualcomm)

毫米波面临的挑战及解决方案

毫米波面临的主要挑战是由于毫米波本身频率较高,天线通过馈线相连的损耗会非常大,使得传播距离太短,而且信号容易被阻挡:只要将手放在智能手机上的天线上,信号就会被屏蔽。

工程师们一直在努力解决这个问题,使用天线阵列进行波束成形,将无线电能量集中起来以增加传播距离。但是这又产生了另一个问题:如何将这些天线阵列整合到移动终端上?正因如此,业界一致认为毫米波永远不能适用于移动终端通信。

现在的解决方案是把前端做成模组化,以减少在毫米波频段的损耗。这催生出了毫米波天线和前端封装在一起的“SiP+Antenna”的形式,由SiP进阶到AiP。

目前在5G毫米波AiP领域,高通是领先的方案提供商,配合其5G基带X55同时发布的毫米波天线模组QTM525,支持6GHz以下频段和毫米波频段的高性能5G移动终端提供从调制解调器到天线的完整方案。

此外,对于27GHz以上的毫米波频率,滤波器的挑战将是巨大的。目前的高性能毫米波滤波器确实存在,但大多数的尺寸和重量并不适用于与移动设备。小型化EM波导和腔体滤波器的新技术开始出现。腔体滤波器的预期性能应高于EM波导滤波器,但是EM波导滤波器可以使用薄膜工艺,有低成本优势。

虽然Sub-6GHz的IC与LTE的高频射频前端没有太大的区别,但毫米波的射频前端还是有很大不同的,因此英特尔的一位蜂窝射频工程师BenjaminJann在今年2月份举办的国际固态电路会议(ISSCC)上表示了对毫米波目前在功耗方面的担忧。

联发科技的射频工程师也赞同他的观点,认为目前毫米波所需要的散热和典型的1W功耗都会存在问题。

因此他们建议,现阶段用户可以选用Sub-6GHz的5G终端产品,对于毫米波终端还可以在等等看。

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HMC8200 800 MHz - 4000 MHz中频发射器

ADF4602 单芯片、多频段3G毫微微蜂窝收发器

和特点 单芯片多频段3G收发器兼容3GPP 25.104第9版WCDMA/HSPA标准 覆盖UMTS频段频段I至VI和VIII至X的本地区域BS级 直接变频发射机和接收机 WCDMA和GSM接收基带滤波器选项 易于使用,校准工作量极小自动Rx直流失调控制简便的增益、频率和模式编程 低电源电流接收电流:50 mA(典型值)发射电流:50 mA至100 mA(随输出功率变化) 6 mm × 6 mm、40引脚LFCSP封装 只需极少的外部器件集成多频段多模式监控无Tx SAW或Rx级间SAW滤波器集成电源管理集成频率合成器,包括PLL环路滤波器集成PA偏置控制DAC/GPO 欲了解更多特性,请参考数据手册 产品详情 ADF4602是一款3G收发器IC,具有无与伦比的集成度和特性集合,非常适合提供蜂窝固定移动融合(FMC)服务的高性能3G毫微微蜂窝。只需少数几个外部器件,便能实现完整的多频段收发器。单个器件支持UMTS频段1至6和8至10。接收机基于直接变频架构,这种架构是高度集成的宽带CDMA (WCDMA)接收机的理想选择,可通过完全集成所有级间滤波来减少物料用量。前端含有三个高性能单端低噪声放大器(LNA),使该器件能支持三频段应用。单端输入结构可简...
发表于 02-22 15:33 8次 阅读
ADF4602 单芯片、多频段3G毫微微蜂窝收发器

HMC7586 71 GHz至76 GHz,E频段I/Q下变频器

和特点 转换增益: 12.5 dB(典型值) 镜像抑制: 28 dBc(典型值) 噪声系数: 5 dB(典型值) 针对1 dB压缩(P1dB)的输入功率: -9 dBm(典型值) 输出三阶交调截点(IP3): -1 dBm(典型值) 输出二阶交调截点(IP2): 20 dBm(典型值) RFIN上6倍本振(LO)泄漏: -40 dBm(典型值) IFOUT上1倍LO泄漏: -50 dBm(典型值) 射频(RF)回波损耗: 5 dB(典型值) LO回损: 20 dB(典型值) 裸片尺寸: 3.599 mm × 2.199 mm × 0.05 mm产品详情 HMC7586是一款集成E频段的砷化镓(GaAs)单芯片微波集成电路(MMIC)同相和正交(I/Q)下变频器芯片,工作频率范围为71 GHz至76 GHz。 HMC7586在整个频段内提供12.5 dB小信号转换增益和28 dBc镜像抑制性能。 该器件采用低噪声放大器,后接由6倍倍频器驱动的图像抑制混频器。 该镜像抑制混频器使得低噪声放大器之后无需使用滤波器。 可针对直接变频应用提供差分I和Q混频器输出。 或者,可利用外部90°混合型器件和两个外部180°混合型器件将输出合并,以实现单边带应用。 所有数据包括IF端口上1 mil金线焊的效应。应用 E频段通信系统 高容量无线回程 测试与测量...
发表于 02-22 15:31 0次 阅读
HMC7586 71 GHz至76 GHz,E频段I/Q下变频器

HMC6301 毫米波接收器,57 GHz - 64 GHz

和特点 频段:57 - 64 GHz RF信号带宽:最高达1.8 GHz 噪声系数:8 dB(典型值) 接收器增益:0 - 70 dB 数字和模拟RF和IF增益控制 可编程基带增益和滤波器带宽 集成频率合成器 集成镜像抑制滤波器 部分外置的环路滤波器 支持外部LO 片内温度传感器 支持256-QAM调制 集成AM和FM检波器 通用模拟I/Q基带接口 三线式串行数字接口 符合RoHS标准的75引脚晶圆级球栅阵列封装 产品详情 HMC6301是一款完整的毫米波接收器集成电路,采用符合RoHS标准的6 mm × 4 mm晶圆级球栅阵列(WLBGA)封装,包括低噪声放大器(LNA)、镜像抑制滤波器、RF至IF下变频器、IF滤波器、I/Q下变频器和频率合成器。该接收器的工作频率范围为57 GHz至64 GHz,双边调制带宽高达1.8 GHz。集成式频率合成器在250 MHz、500 MHz或540 MHz步长下进行调谐,具有出色的相位噪声,支持高达64 QAM的调制。或者,可以注入外部LO,它支持用户可选LO特性或相位相干发射和接收操作以及高达256 QAM的调制。通过通用模拟基带I/Q接口提供对各种调制格式的支持。接收器器件还内置AM和FM检波器以便解调开关键控(OOK)、频移键控(FSK)或最小...
发表于 02-22 15:14 0次 阅读
HMC6301 毫米波接收器,57 GHz - 64 GHz

ADF5904 4通道、24 GHz接收机下变频器

和特点 用于单端接收机(Rx)输入和本振(LO)输入的集成巴伦 Rx通道增益: 22 dB 噪声系数(NF): 10 dB P1dB: −10 dBm LO输入范围: -8 dBm至+5 dBm Rx至IF隔离: 30 dB RF信号带宽: 250 MHz Rx输出阻抗: 900 Ω差分 LO输入缓冲器: 24 GHz RF和LO S11(50 Ω时): -5 dB 集成模拟输出的温度传感器:±5° 静电放电(ESD)性能 人体模型(HBM):2000 V 充电器件模型(CDM):500 V 通过汽车应用认证 产品详情 ADF5904是一款4通道、24 GHz接收机下变频器。 每个通道包含一个集成片内巴伦的单端RF输入,后接差分低噪声放大器(LNA),以及集成差分输出缓冲器的下变频混频器。 RF LO路径还有片内巴伦。 片内寄存器通过简单的三线式接口进行控制。 ADF5904采用紧凑型32引脚、5 mm × 5 mm LFCSP封装。 应用 汽车雷达 工业雷达 微波(μW)雷达传感器 方框图...
发表于 02-22 15:07 0次 阅读
ADF5904 4通道、24 GHz接收机下变频器

ADMV4420 具有集成小数 N 分频 PLL 和 VCO 的 K 波段下变频器

和特点 RF 前端集成了 RF 巴伦和 LNA双平衡有源混频器,带高动态范围 IF 放大器具有低相位噪声和多核 VCO 的小数 N 频率合成器采用集成 LDO 稳压器的 5 V 电源供电输出 P1dB:7 dBm输出 IP3:16 dBm转换增益:36 dB噪声指数:7 dBRF 输入频率范围:16.95 GHz 至 22.05 GHz内部 LO 频率范围:16.75 GHz 至 21.15 GHzIF 频率范围:900 MHz 至 2500 MHz单端 50 Ω 输入阻抗和 75 Ω IF 输出阻抗可通过 4 线 SPI 编程32 引脚, 5 mm × 5 mm LFCSP 产品详情 ADMV4420 是一款高度集成的双平衡有源混频器,集成了小数 N 分频频率合成器,非常适合下一代 K 波段卫星通信。RF 前端由集成的 RF 巴伦和低噪声放大器(LNA)组成,可实现最佳的 7 dB 单边带噪声指数,同时最大限度地减少外部元件。此外,高动态范围 IF 输出放大器提供 36 dB 的标称转换增益。集成的低相位噪声、小数 N 分频锁相环(PLL),带有多核压控振荡器(VCO)和内部 2 倍乘法器,可为双平衡混频器产生必要的片内 LO 信号,无需外部频率合成。多核 VCO 使用内部自动校准程序,使得 PLL 可选择必要设置,并锁定约 400 μs。...
发表于 02-22 15:07 6次 阅读
ADMV4420 具有集成小数 N 分频 PLL 和 VCO 的 K 波段下变频器

ADF5902 24 GHz、ISM 频段、多频道 FMCW 雷达变送器

和特点 24 GHz 至 24.25 GHz VCO(工业、科学和医疗(ISM)射频频段) 双通道 24 GHz 功率放大器,输出为 8 dBm 单端输出 具有静音功能的双通道多路复用输出 可编程输出功率 LO 输出缓冲区 射频频率范围:24 GHz 至 24.25 GHz 功率控制检波器 辅助 8 位 ADC 高速和低速 FMCW 斜坡生成 25 位固定模数可实现亚赫兹频率分辨率 PFD 频率高达 110 MHz 归一化相位本底噪声为 −222 dBc/Hz 可编程电荷泵电流 ±5°C 温度传感器 4 线 SPI ESD 性能 HBM:2000 V CDM:250 V 符合汽车应用要求 产品详情 ADF5902 是一款 24 GHz 变送器(Tx)单片微波集成电路(MMIC),具有片内 24 GHz 压控振荡器(VCO)。VCO 具有分数 N 频率合成器,并具有波形生成功能、可编程网格阵列(PGA)和用于雷达系统的双变送器通道。片内 24 GHz VCO 为两个变送器通道和本地振荡器(LO)输出生成 24 GHz 信号。每个变送器通道包含一个功率控制电路。还有一个片内温度传感器。所有片内寄存器的控制都是通过简单的四线串行外设接口(SPI)实现的。ADF5902 采用紧凑式 32 引脚 5 mm × 5 mm LFCSP 封装。应用...
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ADF5902 24 GHz、ISM 频段、多频道 FMCW 雷达变送器

ADF5901 24GHz VCO + PGA + 2通道PA输出

和特点 24 GHz至24.25 GHz压控振荡器(VCO) 具有8 dBm输出的2通道24 GHz功率放大器(PA) 单端输出 具有静音功能的2通道Muxed输出 可编程输出功率 N分频器TX输出(鉴频器) 24GHz LO输出缓冲器 250MHz信号带宽 电源控制检波器 辅助8位ADC ±5°C温度传感器 4线式串行外设接口(SPI) 静电放电(ESD)性能 人体模型(HBM):2000 V 充电器件模型(CDM):250 V 通过汽车应用认证 产品详情 ADF5901是一款24 GHz Tx单片微波集成电路(MMIC),片内集成24 GHz VCO和PGA,并有两个Tx通道,适用于雷达系统。片内24 GHz VCO产生用于2个Tx通道和LO输出的24 GHz信号。每个Tx通道包含一个功率控制电路。还有一个片内温度传感器。所有片内寄存器均通过简单的4线式接口进行控制。ADF5901采用紧凑型32引脚、5 mm × 5 mm LFCSP封装。应用 汽车雷达 工业雷达 微波雷达传感器 工业传感器 精密仪器 油箱液位传感器 智能传感器 开门 节能 商用传感器:对象检测和跟踪 汽车、船舶、飞机和UAV(无人机):防撞 智能运输系统:智能交通监控和控制 监控和安全 方框图...
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ADF5901 24GHz VCO + PGA + 2通道PA输出

HMC6300 60 GHz毫米波发射器,57 GHz - 64 GHz

和特点 频段:57 - 64 GHz RF信号带宽:最高达1.8 GHz 针对1 dB压缩的输出功率:15 dBm 增益:5 - 35 dB 数字和模拟RF和IF增益控制 集成频率合成器 集成镜像抑制滤波器 部分外置的环路滤波器 支持外部LO 片内温度传感器 支持256-QAM调制 集成MSK调制器 通用模拟I/Q基带接口 三线式串行数字接口 符合RoHS标准的65引脚晶圆级球栅阵列封装 产品详情 HMC6300BG46是一款完整的毫米波发射器集成电路,采用符合RoHS标准的6 mm x 4 mm晶圆级球栅阵列(WLBGA)封装,工作频率范围为57 GHz至64 GHz,调制带宽高达1.8 GHz。集成式频率合成器在250、500或540 MHz步长下进行调谐,具有出色的相位噪声,支持高达64-QAM的调制。或者,可以注入外部LO,它支持用户可选LO特性或相位相干发射和接收操作以及高达256-QAM的调制。通过通用模拟基带IQ接口提供对各种调制格式的支持。发射器芯片还支持专用FSK、MSK、OOK调制格式,从而实现更低成本和功耗的串行数据链路,而无需使用高速数据转换器。差分输出向100 Ω负载提供高达15 dBm的线性输出功率。同时支持单端操作,最高12 dBm。与HMC6301BG46一起,完整的60 G...
发表于 02-22 12:05 38次 阅读
HMC6300 60 GHz毫米波发射器,57 GHz - 64 GHz

Part Number: 83554-90001 (Apr86). This manual is provided for information only. The 83554A is no longer sold by K...
发表于 02-15 14:29 183次 阅读

有没有大神了解,国产77G雷达的情况,有媒体披露有几家研发出来的,不知道是样机阶段还是能量产? 目前难点是在工艺吗? 国产...
发表于 02-14 11:50 631次 阅读