标准先行技术跟进 2018年5G列车加速驶入商用时代

NSA商用阶段：射频前端设计将面临哪些挑战?

　　由于在发展前期，NSA非独立组网模式需要4G和5G共存，对射频前端芯片设计也会提出更多新的要求，比如需要做更多高度集成化，其中包括芯片内部架构、频段的配置以及更多射频指标的考量，比如高带宽、高调制特性以及更好的EVM等要求，无疑进一步增加了整个系统设计的复杂度。

　　站在专业厂商的角度，陶镇告诉记者：“由于非独立组网主要依靠LTE作为核心网，所有的语音通信层面、控制层都是LTE，而数据层面走的是5GNR，因此射频前端就意味着必须要有一个LTE的通道，无论是哪个频段，还必须要有一个5G的通道同时上下行工作，由于其中会有一些互相干扰的问题，因此在设计上是一个非常大的挑战。另外，5G相比较4G，在频段上也会有更多的不同，LTE带宽最高20M，而到了5G最多就会是100M，尤其是这100M还是针对6GHz以内的频谱，到了毫米波阶段最高会是400M的带宽，也就是说单信道必须得支持到400M。而且，在毫米波的时候，6GHz以内也必须是100M带宽，如果从PA的角度来说，这个难度是相当大的，现在的LTE单载波就要20M，如果做上行载波聚合中国移动最多也就3个载波，即60M带宽的上行载波聚合，所以在LTE时代我们看到最多的就是60M带宽内的功率放大器的设计，但到了5G时代必须要涉及100M的带宽，对于PA来说会是非常大的挑战。”

　　具体来讲，陶镇进一步补充道：“首先，由于5G时代，带宽和子载波间距都变宽了，会需要更多的频谱，因此就需要更多新的射频半导体来对这些新频段做支持，尤其是PA的重新设计。因为从CDMA到WCDMA，最大的问题就在于PA的设计，这三类制式的PA都属于线性化设计，其中会考虑到很多线性指标，而线性指标最重要的因素来自于数的波形是什么样的，所以5G定义了CP-OFDM，这样一个信号波形相比标准的LTE最大的区别在于SCDMA很高，对PA来说峰均比更高，PA需要更宽、更高的线性设计，这也是5G相比较于4G在设计射频前端器件上提高性能的关键点。除了CP-OFDM外，3GPP还有一个降规格的标准——SFT-S-OFDM，这是一个比LTE相对弱一点的标准，但可能因应用场景不同而对于这样的波形LTE也可以做到完美支持。其次，从信号的角度考虑，厂商在4G和5G信号的共存和互干扰方面也需要做到更好的设计，同时需要更快的开关切换速度，虽然目前eMBB场景不需要低时延，但是在未来5G的第三个场景则需要开关切换速度相当快。最后，从系统架构的角度来看，由于5G需要更快的速率，相比4G来说会有更多的MIMO，在4G LTE时代已经提到了4个下行链路，叫4×4的MIMO，2019年中国三大运营商可能都会要求做到4×4的MIMO，但仍然是基于LTE的。而在5G时代4×4下行MIMO或上行2×10的MIMO可能会成为标准，因为5G必须要支持四个下行链路和两个上行链路，因此在系统架构层面会需要设计更多的天线分工器以及天线调谐的功能，怎么样去做更好的天线分工，可能就需要有天线分工器、多工器等，未来在5G的前端架构里面，除了PA、滤波器、LNA等传统的射频收发器件以外，厂商还需要更多的考虑前端的天线怎么分配，多工器如何支持更好的载波聚合，天线分工器可能就需要更多的跟手机厂家合作，因为他们决定了手机里用哪几根天线，每根天线支持什么样的频段。”

　　总之，5G商用时代正渐行渐近，面对全新且更复杂的技术和商业化标准，加之越来越多细分化的市场，未来应用层面上也必将会暴露出更多新的问题。面对5G更为庞大的系统架构，无论是对芯片设计，技术方案还是对终端产品开发商来说，未来如何在即保证自身产品性能又经得起市场推敲的同时，还能够实现与产业链上下游各合作商之间在产品、应用和市场化等多个层面上的无缝对接，成为当下乃至未来几年整个产业需要面对的关键难题。