打通5G技術(shù)應用的“任督二脈”，ADI射頻與微波技術(shù)走向系統與生態(tài)化

　　近日，中國移動(dòng)率先在國內打通了首個(gè)5G電話(huà)，媒體認為這意味著(zhù)一個(gè)上萬(wàn)億元人民幣的產(chǎn)業(yè)已經(jīng)逐步拉開(kāi)序幕。同樣是在前不久，國家發(fā)改委發(fā)布了《2018年新一代信息基礎設施建設工程擬支持項目名單》，中國電信、中國移動(dòng)、中國聯(lián)通的5G規模組網(wǎng)建設及應用示范工程正式進(jìn)入名單。作為5G市場(chǎng)和設備技術(shù)全球的排頭兵，中國在5G應用上的明確態(tài)度將加速5G應用的落地部署。

　　在通信射頻技術(shù)扮演關(guān)鍵角色的ADI公司無(wú)線(xiàn)技術(shù)部總監Thomas Cameron博士前不久來(lái)華參加通信行業(yè)活動(dòng)時(shí)，也對中國在推動(dòng)全球5G發(fā)展中扮演的積極作用給予高度評價(jià)：“中國移動(dòng)、電信和聯(lián)通三大運營(yíng)商，以及本土設備廠(chǎng)商正在推動(dòng)5G技術(shù)演進(jìn)和部署落地上的作用巨大。中國正在從3G跟隨、4G同步，到5G引領(lǐng)?！?/p>

　　ADI無(wú)線(xiàn)技術(shù)部總監Thomas Cameron縱談5G應用挑戰

　　從sub-6G到mm wave，直面5G之路挑戰

　　但是，正如業(yè)界專(zhuān)家在對首個(gè)5G通話(huà)事件的點(diǎn)評所指出，5G應用依然面臨很多挑戰，預計2019年下半年真正的5G手機終端才能夠相對成熟。而其實(shí)技術(shù)挑戰同樣存在于設備端。5G網(wǎng)絡(luò )的核心指標是遠高于4G時(shí)代的接入速率，業(yè)界預測未來(lái)20年數據流量將增加至當前的10,000倍?！癝ub 6G頻段逐漸成為移動(dòng)運營(yíng)商5G部署初期優(yōu)先考慮的頻譜資源，其中又以3.5GHz最優(yōu)?？紤]到每個(gè)運營(yíng)商能夠獲取的3.5GHz頻譜資源通常只有100MHz左右，因而如何高效使用有限的頻譜資源來(lái)提供5G預期的接入速率成為運營(yíng)商面臨的最大挑戰?！盩homas Cameron指出。

　　5G是滿(mǎn)足未來(lái)廣泛的無(wú)線(xiàn)通信應用的靈活網(wǎng)絡(luò )

　　從現有的頻譜資源里面繼續提升利用空間是一個(gè)明智的方法，因為稀缺的頻譜資源是無(wú)線(xiàn)蜂窩通信行業(yè)發(fā)展的命脈。但是，即便蜂窩頻段擴展至6GHz以下的頻段，5G仍無(wú)法滿(mǎn)足帶寬指數級增長(cháng)的需求。當6GHz頻道以下的通信僅僅能夠提供數百MHz的頻段資源的時(shí)候，20GHz以上的潛在頻譜則是數十GHz，基于mm Wave(微波)技術(shù)實(shí)現5G愿景還面臨著(zhù)許多挑戰。 “巨大的市場(chǎng)需求正在推動(dòng)朝毫米波邁進(jìn)的技術(shù)革命，但覆蓋和建網(wǎng)成本壓力需要通過(guò)技術(shù)手段去克服?！?nbsp;Thomas表示。

　　5G應用對設備開(kāi)發(fā)的技術(shù)挑戰，Thomas總結為——體積、功耗和成本?！拔覀兛吹较翊驧assive MIMO里64發(fā)64收這樣的系統可能是最多的，甚至128收128發(fā)?！?nbsp;Thomas指出，“如果用傳統的解決方案來(lái)設計實(shí)現，體積、功耗和成本將會(huì )成倍增長(cháng)，市場(chǎng)是難以接受的?！?/p>

　　從器件到系統，“軟硬兼施”解決主要難點(diǎn)

　　“無(wú)論是sub 6 GHz還是未來(lái)的5G毫米波通信，大規模MIMO系統將成為實(shí)現前所未有的頻譜效率和容量密度的關(guān)鍵?！?nbsp;Thomas指出，“解決大規模MIMO應用的體積、功耗和成本的挑戰，必須從硬件和系統設計入手?！睂τ趽碛型暾纳漕l和微波技術(shù)的ADI來(lái)說(shuō)，5G無(wú)線(xiàn)設計具有絕對的話(huà)語(yǔ)權，特別是ADI在2014年成功收購訊泰(Hittite)公司以后，無(wú)線(xiàn)技術(shù)完全覆蓋0赫茲到100GHz完整的無(wú)線(xiàn)頻譜范圍。

　　在這方面，ADI的幾款最新產(chǎn)品代表了業(yè)界走向高集成低功耗的設計思路并融入了其獨特的創(chuàng )新設計?！霸诩墒綄拵F收發(fā)器AD9371中，我們將近20個(gè)芯片和一些外圍分離器件集成到單個(gè)芯片中，把整個(gè)系統的面積縮小近一半，而且把這個(gè)信號鏈的功耗降低了一半。這種方案可以在5G的小蜂窩等設備中發(fā)揮很大的作用?！?nbsp;Thomas表示。ADI在射頻集成的路上這幾年的步伐有明顯加快的趨勢，去年最新發(fā)布的AD9375再次將射頻中非常關(guān)鍵的收發(fā)器的功能集成推到新的高度，首次在業(yè)界將數字預失真 (DPD)功能集成到寬帶RF收發(fā)器上，相對于基于FPGA解決方案將DPD功耗降低 90%，將SERDES線(xiàn)路數量減少一半，并降低了FPGA復雜性和成本。

　　從小基站到大規模MIMO應用，體積、功耗和成本都面臨新的挑戰

　　“這樣的無(wú)線(xiàn)電創(chuàng )新非常重要，”Thomas指出，“對于小基站來(lái)說(shuō)，以前很多小基站只支持一個(gè)頻段，現在要求在同樣一個(gè)大小的盒子里面同時(shí)支持3-4個(gè)頻段。因此，半導體解決方案在體積、成本和功耗方面等指標上的技術(shù)創(chuàng )新將非常關(guān)鍵?！痹赥homas的描述中，5G基站的體積可能會(huì )比以前更大，一米高、近半米寬?！艾F代的天線(xiàn)數越來(lái)越多，半導體在5G基站應用中可能越來(lái)越多，或者說(shuō)這個(gè)里面半導體的分量越來(lái)越重，整個(gè)行業(yè)需要思考怎么樣能夠把成本、功耗和體積一起做下來(lái)?！?nbsp;Thomas表示。

　　在采訪(fǎng)中Thomas還指出，5G部署初期階段基本將仍以宏站建設為主，運營(yíng)商最關(guān)注的還是站點(diǎn)部署的密度和建網(wǎng)成本問(wèn)題，如何盡可能借助4G站點(diǎn)基礎設施解決3.5GHz頻段的覆蓋短板降低5G新建基站數量也是運營(yíng)商關(guān)注的焦點(diǎn)?！霸谶@方面，ADI一直在探索軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)來(lái)支持系統廠(chǎng)商面對不同無(wú)線(xiàn)電技術(shù)標準的平滑過(guò)渡問(wèn)題，結合射頻至基帶收發(fā)器PHY和數字處理器，提供可重復使用且適應未來(lái)發(fā)展的無(wú)線(xiàn)電平臺?！盩homas表示，他特別提到該公司一直在軟件定義無(wú)線(xiàn)電領(lǐng)域探索和創(chuàng )新的RadioVerse射頻生態(tài)系統方案。

　　一款高度集成的寬帶RF收發(fā)器AD9371輕松替代過(guò)去需要20個(gè)以上器件的解決方案

　　上面提及的AD9371和AD9375都是RadioVerse設計生態(tài)系統的硬件組成一環(huán)，該系統除了ADI豐富的硬件產(chǎn)品組合，還包括經(jīng)過(guò)測試的PA庫、小蜂窩參考設計和評估套件，而其核心價(jià)值點(diǎn)之一就是其軟件可定義的無(wú)線(xiàn)電架構?！盎谲浖x的無(wú)線(xiàn)電架構可利用軟件實(shí)現靈活配置，支持不同的頻率、頻段、不同的制式以及不同的標準以實(shí)現系統靈活通用性?！盩homas指出，“以AD9371的軟件定義特性為例，客戶(hù)可以很容易隨時(shí)改變IF，帶寬也可以在8 MHz至100 MHz范圍內輕松調整。這些特性對于系統客戶(hù)很重要，例如同一款基站要在不同地方部署時(shí)，軟件可定制特性讓他們通過(guò)微調就能輕松覆蓋某個(gè)國家特定的頻段標準，這對于當前的sub-6GHz的5G應用特別重要?！?/p>

　　ADI構建的這個(gè)生態(tài)系統還包括補充性產(chǎn)品和服務(wù)，用于更好地為客戶(hù)提供支持幫助他們緩解設計壓力。例如他們在該生態(tài)系統中構建了一個(gè)仿真工具生態(tài)系統，包含MathWorks和多種第三方硬件和軟件包，以便在開(kāi)始設計軟件定義無(wú)線(xiàn)電之初，就幫助縮小系統架構師、射頻微波設計師和系統軟件開(kāi)發(fā)人員之間的開(kāi)發(fā)空白，幫助客戶(hù)實(shí)現更精巧、更高效的設計，同時(shí)加快產(chǎn)品上市速度。

　　在5G復雜系統應用中，構建完善的產(chǎn)業(yè)生態(tài)對推進(jìn)創(chuàng )新應用非常重要

　　深度合作，解決5G技術(shù)應用落地的最后障礙

　　在工程師的印象中，ADI在無(wú)線(xiàn)通信市場(chǎng)的角色主要是各種射頻微波器件的提供商，包括高速ADC/DAC、集成收發(fā)器、時(shí)鐘、PLL，等等?！捌鋵?shí)ADI可以提供非常完整的射頻微波信號鏈解決方案，對通訊系統和整個(gè)行業(yè)有非常深刻的理解，ADI通過(guò)與客戶(hù)非常深、緊密的合作，我們能夠提供給他們更完整的系統級解決方案?！盩homas說(shuō)道。 

ADI投資解決未來(lái)通信的射頻技術(shù)挑戰

　　在A(yíng)DI近年來(lái)公開(kāi)了多起5G應用合作創(chuàng )新案例，國家儀器公司(NI)的第二代向量信號收發(fā)器 (VST) 系列便是其中一例。隨著(zhù)5G技術(shù)的不斷演進(jìn)，第二代VST的性能和靈活性可使其適應不斷變化的標準，成為面向未來(lái)、能夠應對未來(lái)5G嚴峻挑戰的理想測試設備性能。在該產(chǎn)品中，ADI提供的100多款元器件為第二代VST性能的大幅提升以及外形尺寸的縮小提供了有力支撐。

　　“ADI與NI之間深度合作十分關(guān)鍵，正是通過(guò)密切合作，ADI和NI才有機會(huì )探討第二代VST如何能夠達到行業(yè)所需的性能級別，并且ADI會(huì )根據NI的精確規格提供定制器件，雙方的深入合作也幫助實(shí)現了第二代VST的另一個(gè)核心優(yōu)勢，即顯著(zhù)縮小的尺寸?！盩homas指出，“這種與核心元器件原廠(chǎng)的深度合作，對于5G技術(shù)應用落地來(lái)說(shuō)更具現實(shí)意義，特別是隨著(zhù)5G未來(lái)走向24-29GHz甚至更高的毫米波頻段，企業(yè)在這類(lèi)技術(shù)應用上的經(jīng)驗通常很少，與像ADI這樣擁有完整的微波、毫米波信號鏈技術(shù)的企業(yè)合作能有效解決企業(yè)的技術(shù)短板?！?/p>