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English射頻器件是短板:5G要熱鬧,高頻通信這道坎必須邁
伴隨著首個完整的3GPP R15標準終結(jié)，5G正從夢想照進現(xiàn)實。
無疑，5G的順利商用離不開標準、試驗和頻譜的穩(wěn)步推進，而我國正走在全球第一陣列。
在標準制定過程中，我國已掌握話語權(quán)，以華為、中國移動在內(nèi)的中國企業(yè)牽頭控制信道編碼、5G核心網(wǎng)等多項重要標準。與此同時，據(jù)不完全統(tǒng)計，在3GPP標準組織中，中國人擔任關(guān)鍵職位30余個，投票權(quán)超過23%，文稿數(shù)量占總量30%，牽頭項目占總數(shù)40%。
在試驗進展方面，在IMT-2020(5G)推進組的組織下，我國5G技術(shù)研發(fā)試驗正穩(wěn)步推進，并在北京懷柔建設(shè)成規(guī)模最大的試驗外場。
在頻譜方面，我國已經(jīng)率先為5G劃分中低頻頻譜，并公開征集高頻(毫米波)使用規(guī)劃。
實際上，高頻頻譜由于頻譜資源豐富已被業(yè)界譽為5G“黑馬”。同時，目前國外主流運營商已經(jīng)基于高頻段的5G網(wǎng)絡(luò)進行試驗,但我國高頻通信發(fā)展卻仍需跨過幾道坎。
我國高頻通信發(fā)展仍然面臨諸多挑戰(zhàn)，諸如高頻器件核心技術(shù)更多掌握在國外公司、高頻器件成本偏高、高頻信道模型特性不完善、高頻設(shè)備產(chǎn)業(yè)鏈不成熟等問題。
高頻成5G“黑馬”
一般來說，通信業(yè)將3GHz以下頻段稱為低頻，6GHz以上頻段稱為高頻。
由于低頻覆蓋廣、信號強等優(yōu)勢，4G之前的移動通信時代，我國一直采用低頻通信，頻譜資源橫跨800MHz-900MHz和1.8GHz-2.4GHz。不過，這在降低建網(wǎng)難度的同時也造成低頻資源緊缺，難以滿足5G建網(wǎng)需求。
于是，高頻通信需求日益凸顯。但不容忽視的是，高頻自身也存在著較大缺陷，即衰減較大，且繞射能力較弱。因此，將5G部署在毫米波頻段下必須克服其穿透力差、衰減大的缺點，對5G通信設(shè)備提出更加嚴苛的要求。
“高頻器件不成熟是我國發(fā)展高頻通信急需解決的問題?！敝袊苿油ㄐ叛芯吭簩＜易闹赋鐾瑯拥奶魬?zhàn)。
射頻器件是發(fā)力點
那么，諸多專家直指的高頻器件難題具體有什么呢?北京郵電大學教授張平指出，高頻通信核心器件主要是射頻。在射頻前端，濾波器、功放等芯片要解決小型化和功耗問題;而在射頻后端，數(shù)模轉(zhuǎn)換(AD/DC)是最大的問題。
“目前，小型化和高精度數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片幾乎全部依賴進口。”他指出。
據(jù)悉，射頻處理單元主要分為四大模塊，即中頻模塊、收發(fā)機模塊、功放和濾波模塊。數(shù)字中頻模塊用于光傳輸?shù)恼{(diào)制解調(diào)、數(shù)字上下變頻、模數(shù)轉(zhuǎn)換等，收發(fā)機模塊完成中頻信號到射頻信號的變換，再經(jīng)過功放和濾波模塊，將射頻信號通過天線口發(fā)射出去。
其中，濾波器約占整體成本50%，是射頻的重要組成部分。但是，在濾波器方面，主要供貨廠商為美國企業(yè)Avago、Qorvo、Skyworks以及日本企業(yè)TDK、村田、太陽誘電，我國必須完全依靠進口。
模數(shù)轉(zhuǎn)換器，簡單說就是將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，而這些技術(shù)同樣多掌握在美國、日本、德國等國家手中。張平表示，中國A/D芯片的設(shè)計水平和生產(chǎn)工藝與國際巨頭相比仍存較大差距，還無法生產(chǎn)出可替代產(chǎn)品，基本完全依賴進口。在低頻通信時代，我國未完成射頻芯片的突破，到了高頻通信時代，挑戰(zhàn)難度更上一層樓。
“高頻通信自身損耗比較大，再加上5G大規(guī)模多天線(Massive MIMO)技術(shù)的應(yīng)用，對射頻芯片功耗和小型化要求更高，從而對通信設(shè)備的材料要求更高。”張平表示。
可以看到，高頻通信的射頻是一個普遍性難題。全球領(lǐng)先的射頻相關(guān)企業(yè)已經(jīng)展開了5G高頻通信所需的射頻芯片研發(fā)。目前，博通在2016年推出了主要針對60GHz頻段WiFi標準(802.11.ad)的毫米波收發(fā)機芯片BCM20138，并積極推出滿足移動網(wǎng)絡(luò)需求的高頻射頻器件。
非一日之功，無線射頻是長跑
“我國想要在高頻通信的射頻領(lǐng)域取得突破，還有很多工作要做?！睆埰街赋?。
實際上，任何技術(shù)的實現(xiàn)都并非一日之功，而是需要相當長時間的技術(shù)積累。
“國外在某些技術(shù)上突出實際上是幾百年的積累，可以說是幾代人的傳承。比如數(shù)模轉(zhuǎn)換，雖然是個小器件，但是卻要求對算法、ADC自動分離控制、器件精度掌握純熟。我國技術(shù)積累時間短，要想追上國外先進技術(shù)，真的需要工匠精神，踏踏實實地深耕技術(shù)，打破技術(shù)壁壘?！睆埰奖硎?。
目前，對集成度要求不高的基站射頻器件上，我國已經(jīng)有部分廠商有能力提供產(chǎn)品。同時，我國也有一些濾波器研究公司進行持續(xù)投入。
目前，5G首版完整的端到端標準(3GPP R15)已經(jīng)凍結(jié)，5G產(chǎn)業(yè)正在走向加速期。雖然諸如數(shù)模轉(zhuǎn)換器、濾波器此類器件單價不高，但在未來5G時代，隨著基站建設(shè)數(shù)量的增多，其產(chǎn)品需求量將很大。
賽迪智庫無線電管理研究所彭健提出兩點建議。
首先，面向5G高頻射頻器件的研發(fā)，我國要盡早劃分頻譜，這樣有利于產(chǎn)業(yè)鏈各方協(xié)同，從材料選擇、芯片設(shè)計到封裝盡早協(xié)同，有利于高頻器件開發(fā)。
其次，要加強開放合作，吸取國外成功的技術(shù)經(jīng)驗，例如，美國在2016年就率先為5G劃分高頻頻譜，提早布局高頻通信，一些先進技術(shù)要借鑒。
