將5G愿景變?yōu)楝F(xiàn)實的關鍵趨勢與技術支持因素

5G不再僅僅是一個承諾——它是非常真實的龐大市場，盡管其實施尚處于起步階段。

2019年有兩個例子表明5G的部署正在成為現(xiàn)實。其中之一是Verizon在其所有NFL橄欖球賽場中都推出了5G服務；另一個例子在韓國，5G用戶在當年8月——僅在本地運營商推出商業(yè)化技術四個月后便達到200萬以上。

在本文中，我們將探討小型基站密集化、頻譜采集、頻譜共享和大規(guī)模MIMO等領域中5G的發(fā)展趨勢。盡管普及尚需時日，但5G有望成為有史以來增長最快的移動技術。

根據(jù)全球移動供應商協(xié)會（GSA）的調(diào)研，5G的增長速度遠遠快于4G LTE——部署節(jié)奏超越后者約兩年；其最近發(fā)布的數(shù)據(jù)表明，全球有50多家運營商推出了5G移動網(wǎng)絡，并且至少有60款不同的5G移動設備可用。

最終，5G將帶來改變生活的影響，并顛覆許多行業(yè)。但是，在2020年，運營商將重點支持前兩個主要5G用例：更快的移動連接性和帶來高速無線連接的固定無線接入（FWA）。

Qorvo在其《5G RF傻瓜書（5G RF for Dummies）》第二版中強調(diào)了5G的高速發(fā)展；這本新近更新的著作描述了將5G愿景變?yōu)楝F(xiàn)實的關鍵趨勢與技術支持因素。

以下是書中的一些要點：

1、網(wǎng)絡密集化與小型基站

5G用戶將需要更多的蜂窩基站以大幅擴展網(wǎng)絡容量并支持數(shù)據(jù)流量的增長。

這促使移動網(wǎng)絡運營商（MNO）急于采用小型基站（即人口稠密的城區(qū)中安裝在建筑物、路燈柱等場合的小型低功率基站）來提高網(wǎng)絡密集度。

這些小型基站將幫助MNO滿足用戶對大量數(shù)據(jù)的渴求，改善服務質(zhì)量。

2、頻譜收集

5G需要大量帶寬。

更大的帶寬使運營商可以增加容量并提高數(shù)據(jù)速率，從而使用戶可以更快地下載大文件并獲得高分辨率的無抖動流媒體。

物理層和更高層的設計與頻率無關，但為每個層制定了單獨的無線電性能要求。較低的頻率范圍（FR1）也稱為sub-7GHz，即410 - 7,125 MHz頻段；較高的頻率范圍（FR2）也稱為毫米波（mmWave），范圍為24.25 - 52.6 GHz。

為了獲得FR1和FR2中的帶寬，必須分配更多的頻譜。目前，約40個國家和地區(qū)的監(jiān)管機構已經(jīng)分配了新的頻率并實現(xiàn)了LTE頻譜的重新劃分，然而，這還遠遠不夠。根據(jù)GSA的數(shù)據(jù)，有54個國家計劃從現(xiàn)在起到2022年底分配更多頻譜，以盡可能地至少解決一部分問題。

3、4G到5G網(wǎng)絡的演進

5G無線電接入網(wǎng)絡（RAN）旨在與現(xiàn)有4G LTE網(wǎng)絡配合使用。3GPP允許多個新無線電（NR）部署選項。因此，如下圖所示，通過從非獨立（NSA）到獨立（SA）組網(wǎng)，MNO可以更輕松地遷移至5G。

5G部署的過渡——核心網(wǎng)基站手機LTE操作選項1eNodeB控制、數(shù)據(jù)和語音流量LTE5G芯片組非獨立（NSA）組網(wǎng)LTE + NR選項3xeNodeBgNodeB控制、數(shù)據(jù)和語音流量（錨點）數(shù)據(jù)LTE5G芯片組獨立（SA）組網(wǎng)NR選項2eNodeBgNodeB控制、數(shù)據(jù)和語音流量LTE5G芯片組控制數(shù)據(jù)IMS服務演進分組核心網(wǎng)5G核心網(wǎng)。

4、動態(tài)頻譜共享

動態(tài)頻譜共享（DSS）是一項新技術，可以進一步幫助實現(xiàn)從4G到5G的平滑遷移。借助DSS，運營商可以允許4G和5G用戶共享同一頻譜，而不必將頻譜的每個部分專用于4G或5G。

這意味著運營商可以更有效地使用其網(wǎng)絡，并根據(jù)用戶需求分配容量從而優(yōu)化用戶體驗。因此，隨著5G用戶數(shù)量的增加，網(wǎng)絡可以在總容量中為每個用戶動態(tài)分配更多容量。

5、毫米波（mmWave）

5G網(wǎng)絡可以使用毫米波FR2頻譜來提供最高的數(shù)據(jù)速率，在該頻譜中可以使用大范圍的帶寬。

毫米波現(xiàn)已成為現(xiàn)實：5G網(wǎng)絡正在將其用于FWA和移動設備，并將在將來用于其它用例。隨著5G網(wǎng)絡部署的擴大和適用于家用設備的出現(xiàn)，運營商預計將FWA推廣到更多家庭。

6、大規(guī)模MIMO

MIMO（多輸入多輸出）通過使用多個天線以相同的帶寬傳送多個數(shù)據(jù)流來提高數(shù)據(jù)速度和網(wǎng)絡容量。

當今的許多LTE基站已經(jīng)使用多達8根天線來傳輸數(shù)據(jù)，但是5G引入了大規(guī)模MIMO，它使用32或64個天線，在將來甚至還會更多。

大規(guī)模MIMO對毫米波尤為重要，因為多個天線集中了收發(fā)信號，以提高數(shù)據(jù)速率并補償高頻下的傳播損耗。這極大地提升了吞吐量和能效。

7、RFFE創(chuàng)新助力5G

真正實現(xiàn)5G愿景需要創(chuàng)新射頻前端（RFFE）技術的參與。隨著手機、基站和其它設備變得越來越時尚、小巧，RFFE將需要在更少的空間中獲得更強大性能，同時提高能效。一些RF技術是實現(xiàn)5G目標的關鍵；它們包括：

氮化鎵（GaN）。GaN非常適合能夠在高溫下工作的大功率晶體管。GaN PA在5G中的潛力才剛剛開始被認識到。其所具備的高射頻功率、低直流功耗、小尺寸和高可靠性使設備制造商可以制造體積更小、重量更輕的基站。

通過GaN PA，運營商可以以更少的天線陣列單元和更低的功耗，滿足毫米波傳輸?shù)母咝蜉椛涔β剩‥IRP）輸出規(guī)范。這使得系統(tǒng)重量更輕，安裝成本更低。

BAW濾波器。5G所使用的頻段及載波聚合（CA）組合的數(shù)量大幅增加，并且需要與許多其它無線標準共存，這意味著高性能濾波器對于避免干擾至關重要。

表面聲波（SAW）和體聲波（BAW）濾波器占板面積小、性能卓越且價格適中，是5G移動設備中使用的主要濾波器類型。