中國電子元件行業(yè)協(xié)會(huì )
China Electronic Components Association
未來(lái)十年，無(wú)線(xiàn)基礎設施和手機終端將如何演化?
哪些應用正在驅動(dòng)5G?何時(shí)需要部署與實(shí)施?
從2G到5G的發(fā)展歷程
不久前，5G只是一個(gè)夢(mèng)想，一個(gè)推動(dòng)新一代手機的夢(mèng)想：這個(gè)美好的夢(mèng)想可以為任何用戶(hù)在任何地方提供任何服務(wù)。
備注：5G(第五代移動(dòng)電話(huà)行動(dòng)通信標準)，也稱(chēng)第五代移動(dòng)通信技術(shù)。5G是新一代移動(dòng)通信技術(shù)發(fā)展的主要方向，是未來(lái)新一代信息基礎設施的重要組成部分。與4G相比，不僅將進(jìn)一步提升用戶(hù)的網(wǎng)絡(luò )體驗，同時(shí)還將滿(mǎn)足未來(lái)萬(wàn)物互聯(lián)的應用需求。
如今，5G不僅僅是一個(gè)夢(mèng)想，其已經(jīng)成為一個(gè)熱門(mén)話(huà)題。每家電信運營(yíng)商、基站(Base Station)制造商、小型基站(Small Cells)制造商和用戶(hù)設備供應商等都在開(kāi)展5G相關(guān)的研發(fā)工作。例如，中國(華為)、韓國(三星電子)、日本、歐盟都在投入相當的資源研發(fā)5G網(wǎng)絡(luò )。
5G的關(guān)鍵技術(shù)
5G物聯(lián)網(wǎng)(IoT)：頻率低于1 GHz的物聯(lián)網(wǎng)設備需要低數據傳輸速率，以及遠距離覆蓋和低成本。目前已經(jīng)成熟的技術(shù)包括短距離無(wú)線(xiàn)電/WiFi、專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò )SigFox和LoRa等。這些通信協(xié)議是專(zhuān)為低功耗設計的，可以實(shí)現長(cháng)達10年的電池壽命。所以，值得思考的問(wèn)題是：5G會(huì )給物聯(lián)網(wǎng)帶來(lái)什么呢?物聯(lián)網(wǎng)將是一個(gè)巨大的機遇，還是僅僅是5G的利基市場(chǎng)?
5G Sub-6 GHz：在6 GHz以下頻段，大規模MIMO無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)使4G能夠保持連續演進(jìn)，更多的載波聚合和更多的前端射頻(RF)模塊集成將突破當前技術(shù)的局限。最初階段的目標是利用現有的3.5/4.5 GHz基站站點(diǎn)來(lái)簡(jiǎn)化5G的引入。例如，針對3.5 GHz頻段創(chuàng )建的頻譜共享和授權模式，也可被用于更快更高效地部署5G網(wǎng)絡(luò )。這種方法為企業(yè)和產(chǎn)業(yè)帶來(lái)了新的機遇：不需要獲得許可的頻譜，便可從5G技術(shù)中獲益。
5G毫米波：在10 GHz以上頻段，如短距離、高速率數據交換的28 GHz、39 GHz、60 GHz，目前主要在美國和韓國應用：
- 美國電信運營(yíng)商Verizon和AT&T的固定無(wú)線(xiàn)接入。相關(guān)試驗正在進(jìn)行中，下一步的部署計劃在美國約15個(gè)城市中實(shí)施。
- 5G試用服務(wù)將支持韓國2018年舉辦的冬季奧運會(huì )。
上述兩個(gè)國家的應用案例都有自己的特色，但是它們的共同點(diǎn)是28 GHz頻譜，可以獲得更寬的帶寬和更高的數據傳輸速率。此外，2019年，高通(Qualcomm)將把5G毫米波手機推向市場(chǎng)。這將需要更多的研發(fā)來(lái)解決天線(xiàn)集成的問(wèn)題，并設計出能夠保持手機性能，且具有小型化、低成本的5G毫米波射頻(RF)前端。
5G試驗已經(jīng)到位，5G產(chǎn)業(yè)蓄勢待發(fā)
5G發(fā)展時(shí)間表
從基礎設施的角度來(lái)看，已經(jīng)進(jìn)行了大量的投資。電信運營(yíng)商和基站/小型基站供應商正在處于試驗階段，進(jìn)行真實(shí)場(chǎng)景的測試。
美國電信運營(yíng)商Verizon和AT&T的固定無(wú)線(xiàn)技術(shù)試驗已經(jīng)順利進(jìn)行，并在下述美國城市中進(jìn)入部署階段：奧斯丁(TX)、達拉斯(TX)、休斯敦(TX)、舊金山(CA)、亞特蘭大(Georgia)、丹佛(CO)、邁阿密(FL)、西雅圖(WA)、華盛頓特區等。Verizon已于今年2月在11個(gè)城市推出了固定無(wú)線(xiàn)5G服務(wù)的客戶(hù)試用版;AT&T則在奧斯汀推出了固定無(wú)線(xiàn)5G試用版——與其DirecTV Now視頻產(chǎn)品一起提供超快速寬帶服務(wù)。在基礎設施方面，電信運營(yíng)商與思科(Cisco)、愛(ài)立信(Ericsson)、諾基亞(Nokia)、三星(Samsung)等展開(kāi)合作。
事實(shí)上，世界范圍內有許多5G計劃，利潤豐厚的商業(yè)機會(huì )就在眼前。
5G應用：時(shí)間軸和主要技術(shù)指標
5G的未來(lái)頻譜(按照地理區域劃分)
全球移動(dòng)數據業(yè)務(wù)以驚人的速度增長(cháng)，2017~2022年的復合年增長(cháng)率預計將超過(guò)40%。手機將成為5G技術(shù)實(shí)施的首選平臺。新的應用和用例，如增強現實(shí)(AR)/虛擬現實(shí)(VR)、自動(dòng)/無(wú)人駕駛汽車(chē)等，將從5G技術(shù)中獲益。然而，在5G被成功商用之前，還有許多技術(shù)挑戰等待解決。
對于無(wú)線(xiàn)基礎設施，如何“確保信號質(zhì)量，提升頻譜效率和散熱優(yōu)化”仍是亟待解決的問(wèn)題。這將對“功率放大器技術(shù)、智能天線(xiàn)集成和成本、射頻前端的封裝材料”施加壓力。
對于手機終端，挑戰在于“智能天線(xiàn)集成，以及射頻前端小型化、成本和性能優(yōu)化”。這將對“所有的射頻前端組件(濾波器、開(kāi)關(guān)、功率放大器、低噪聲放大器、天線(xiàn)調諧器)，能夠在各個(gè)方向(X，Y，Z)上實(shí)現小尺寸的封裝技術(shù)，嵌入低k電介質(zhì)和低損耗互連以獲得良好的信號完整性”施加壓力。
5G具有高度的復雜性和顛覆性
5G應該整合移動(dòng)寬帶、物聯(lián)網(wǎng)和先進(jìn)的自動(dòng)化(如無(wú)人駕駛汽車(chē))，全部采用統一的標準技術(shù)。如前所述，5G有三個(gè)方向：物聯(lián)網(wǎng)、Sub-6 GHz、毫米波。在射頻(RF)技術(shù)方面，這意味著(zhù)將需要不同性能的射頻器件集成在一起。因此，這種高度復雜的組合將經(jīng)歷不同的實(shí)施階段，5G的各個(gè)方向不會(huì )同時(shí)實(shí)現。5G物聯(lián)網(wǎng)、5G Sub-6 GHz和5G毫米波將遵循自己的發(fā)展路徑，形成相互有聯(lián)系的并行生態(tài)系統。
5G生態(tài)系統
隨著(zhù)5G手機和無(wú)線(xiàn)基礎設施技術(shù)的成熟，相關(guān)應用將會(huì )出現。這需要一定的時(shí)間，許多廠(chǎng)商已經(jīng)在為自己的“市場(chǎng)蛋糕”做好了準備。新的商業(yè)模式將會(huì )浮現：例如一些電信運營(yíng)商正在部署pre-5G網(wǎng)絡(luò )(自己的標準)，作為光纖替代品應用于住宅寬帶。高通(Qualcomm)即將推出5G毫米波手機，其它廠(chǎng)商也都在探索之中。此外，英特爾(Intel)、三星(Samsung)，以及領(lǐng)先的RF CMOS/SOI代工廠(chǎng)(GLOBALFOUNDRIES、TOWERJAZZ、臺聯(lián)電、臺積電等)都在布局5G射頻產(chǎn)業(yè)。
射頻器件和模組供應鏈
最后，我們目前真正缺乏的是5G標準。3G的標準是2002年制定發(fā)布的，4G的標準是2012年發(fā)布的。雖然中國官方已經(jīng)發(fā)布，5G在中國商用是在2020年，但是世界范圍5G的標準，將會(huì )在2019年發(fā)布。
此前，2016年11月在美國內華達州里諾舉辦的國際移動(dòng)通信標準化組織3GPP的RAN1(無(wú)線(xiàn)物理層)#87次會(huì )議上，經(jīng)過(guò)與會(huì )公司代表多輪技術(shù)討論，3GPP最終確定了5G eMBB(增強移動(dòng)寬帶)場(chǎng)景的信道編碼技術(shù)方案，其中：Polar Code碼作為控制信道的編碼方案;LDPC碼作為數據信道的編碼方案。此次以華為為核心代表、由中國主導推動(dòng)的Polar Code碼被3GPP采納為5GeMBB控制信道標準方案，是中國在5G移動(dòng)通信技術(shù)研究和標準化上的重要進(jìn)展。
中國與國際同步啟動(dòng)5G研發(fā)工作，一是建立協(xié)同工作機制。中國的多個(gè)企業(yè)、高校和科研院所共同成立了IMT-2020(5G)推進(jìn)組，開(kāi)展5G需求、技術(shù)、頻譜、標準等研究工作。二是開(kāi)展5G研發(fā)，這里面有很多的企業(yè)、大學(xué)投入了大量的資源，全面開(kāi)展5G各領(lǐng)域的研發(fā)。三是加強國際合作，目前中國的一些大學(xué)和科研院所已經(jīng)與很多的國家建立了多渠道、多層次的對接合作關(guān)系。
不同電信應用的商業(yè)化時(shí)間
未來(lái)數年的射頻產(chǎn)業(yè)將是非常令人興奮且具有顛覆性。通過(guò)技術(shù)標準化、原型設計、試驗，以及生態(tài)系統的構建，5G終將成為現實(shí)，這雖然需要時(shí)間的沉淀，但是“充滿(mǎn)商機的航程”已經(jīng)開(kāi)啟，敬請期待!
