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5G毫米波的部署和商业化将为6G研发奠定基础

2020-09-27 09:21 次阅读

至2020年年中,5G商用业务在韩、美等领先市场已经启用一年左右,媒体、监管机构以及产业链各环节的参与者都在回顾和评估5G的实际市场表现,网络速度体验成为评估的重要指标。网络测速公司OpenSignal于今年6月对韩国运营商的5G网络速度进行了测试,其结果显示韩国三大运营商SKTelecom、KT、LGU+的5G下载速率分别为220.4Mbit/s、214.8Mbit/s和237.2Mbit/s,分别是它们4G网络下载速率的3.5倍、4.8倍和5.2倍。今年8月韩国监管机构也公布了自己的网络测试结果。在该测试中,韩国5G网络的平均下载速率是2019年韩国4G网络平均下载速率的4倍左右。从这些结果来看,5G的网络速度较4G有了大幅度提高,但距离最初宣传的10~20倍速率提升仍有较大距离,所以也引起了一些消费者团体对5G建设策略的批评。

从数据看5G毫米波的机会和挑战

不过,OpenSignal和Speedtest同期在美国市场的测试给出了不同的信息。Speedtest在今年第二季度有关美国5G网络的测试结果显示,5G毫米波网络的平均下载速率达到900Mbit/s,约为4G网络速度的20倍。OpenSignal于6月的测试结果也显示,Verizon的5G毫米波网络的平均下载速率是其4G网络速度18.7倍。可见,在毫米波频段,5G确实成功兑现了最初的速率承诺,相比4G有了质的提升。

然而,这些测试也显示出目前5G毫米波发展面临的主要挑战。OpenSignal的测试报告指出,Verizon的5G毫米波网络虽然能够提供超高的数据速率,但其可用性(即网络覆盖率)仅有0.4%,不仅远远低于采用600MHz低频段部署5G网络的T-MobileUSA(22.5%),也远低于采用中频段3.5GHz部署5G网络的韩国运营商(12.5%~15.4%)。

5G毫米波的部署和商业化将为6G研发奠定基础

毫米波频段确实能为运营商带来超大的频谱带宽,从而实现超高的数据速率,但这也导致无线电波传输损耗显著增大,从而使单基站的覆盖面积明显小于工作于中低频段的5G基站。一方面其会制约网络覆盖,影响用户体验,另一方面也意味着如要实现大范围连续网络覆盖,运营商网络投资将显著上升,运营商的投资能力和成本结构将会面临严峻挑战。

毫米波频段的挑战不仅在于网络,对于终端生态也同样如此。在5G之前,蜂窝移动通信终端设备从未工作于如此高的频段,终端和元器件产业链缺乏对毫米波产品的开发测试经验,毫米波芯片和元器件的成本、体积、功耗等指标都还远不如中低频段的对应产品。根据StrategyAnalytics近日发布的研究报告,至今年7月,全球市场上已经正式出货的185个型号5G智能手机中,只有23款支持毫米波频段,且均使用高通公司的基带芯片和射频组件。高通是目前唯一能够提供商用毫米波芯片组和射频子系统的芯片厂商。虽然明年华为三星联发科可能都会推出毫米波芯片组和射频子系统,但5G毫米波的终端芯片生态发展仍落后于中低频段产品。

场景化部署可助力5G毫米波扬长避短

可见,毫米波频段的优势和短板同样突出。为有效利用这一频段,实现商业成功,需要扬长避短,针对性地选择最适合的部署场景。目前业界较为公认的适用于5G毫米波系统的部署场景包括如下几类。

·固定无线接入

在产业界的传统观念中,固定无线接入一般仅应用于有线宽带接入基础设施无法抵达的区域。由于无线接入技术的带宽速率一般都低于有线宽带技术,而无线电频谱的稀缺性又使无线接入系统相对有线宽带不具有成本优势,这些都制约了固定无线接入系统在家庭和企业宽带市场的竞争力。但是,5G毫米波的应用可能会改变这一传统观念。

从上述网络测试中可以看出,5G毫米波系统的平均数据速率已经与光纤宽带基本相当。而且这一数据还是在带宽400MHz条件下测得的,如果5G系统带宽进一步增加到800MHz,数据速率还将进一步提升,从而使无线接入系统能够提供与光纤宽带媲美的速率体验。而另一方面,近年来各国5G频谱拍卖的情况显示,毫米波频谱的平均价格要远低于中低频段频谱(如图1所示)。

可见,毫米波频段充沛的频谱资源不但有效提升了用户体验,也改善了无线接入系统的经济指标,使固定无线接入系统在性能和价格方面更具竞争力。加之无线系统天然具有的对基础设施依赖小、可快速灵活部署特点,基于5G毫米波的固定无线接入系统有望提升宽带接入服务市场的竞争水平,推动宽带服务市场的良性发展。尤其考虑到后疫情时代,远程办公、居家学习等需求上升,基于5G毫米波的固定无线接入系统更可能迎来崭新的发展机遇。

·高业务密度的室内外开阔空间

在大型体育比赛、文艺演出、商业展会以及人流密集的机场、车站等交通枢纽或商业中心区,人流密集且数据流量突发特征明显,往往会在短时间内产生极高的数据流量,对移动网络容量构成极大压力。例如2020年2月,美国Verizon报告称,在迈阿密举行的第54届美式橄榄球超级碗比赛期间,球迷在体育场内和体育场周围的网络上共使用了21.5TB数据流量,这比2017年第51届超级碗期间的流量几乎翻了一番。而2018年韩国平昌冬奥会期间,体育场馆内就已试用了多视角重放、VR直播等新型应用。随着这些应用的逐渐推广普及,体育赛事中的数据流量有望被进一步推高。

在这种情况下,一方面,5G毫米波的大带宽、大容量优势就得以显现。通过在体育场、交通枢纽、密集市中心、购物区等人流密集区域部署5G毫米波系统,可以帮助运营商应对流量激增,提升用户体验。另一方面,这些部署场景往往面积有限,且相对开阔,没有复杂的障碍物,有利于规避毫米波系统覆盖面积小、绕射能力差的弱点,使运营商在提升网络容量的同时,又能将部署和运营成本控制在合理水平。

企业和园区应用

今年3月,富士通宣布其获得了日本第一张5G专网牌照,并将在川崎县的富士通办公区和枥木县的富士通工厂中部署5G专网,服务于智能制造等企业应用。该5G专网将工作于28.0GHz~28.3GHz的毫米波频段。去年7月,英国OFCOM也宣布将为5G专网应用分配局域共享频谱,包括将24.25GHz~26.5GHz的毫米波频段开放,用于室内环境下的共享接入,支持企业用户采用该频段,部署自己的专用5G网络。

面向企业专用的5G网络往往需要支持远程控制、无人运输、自动缺陷检测等新型应用,这些应用对网络性能提出了新的要求。比如智慧工厂的无人运输系统需要网络支持超高可靠和超低时延,而远程控制系统则需要将监控视频实时上传,对网络上行带宽的需要达1Gbit/s以上。同时,工业园区或厂房车间也都是相对开阔的有限区域,适合毫米波系统扬长避短,发挥大带宽、高速率的优势,同时把部署和运行成本控制在合理范围。

5G毫米波的部署和商业化将为6G研发奠定基础

目前,3GPP已决定在Release17中将5GNR的工作频率拓展至52.6GHz~71GHz,在未来版本中,5GNR的工作频率还有可能得到进一步的扩展。而在关于6G的早期讨论中,THz通信已成为一个重要课题。可以预见,移动通信产业仍将不断探索和开拓更高频段的频谱资源。

截至目前,全球主流蜂窝网络部署仍集中于6GHz以下频段,全球移动通信产业界对在毫米波频段部署5G网络将面对的技术和商业挑战,尚未有完全清晰的理解和认识。在这种情况下,又如何能讨论确定更高频段上的市场需求和技术路线呢?

所以,5G毫米波系统的规模部署和商业经营将是5G后续演进和6G技术研发的重要基础。只有通过5G毫米波系统的规模部署和商业经营,全球移动通信产业才能获得高频段网络部署经营的第一手经验,才有可能提炼出进一步的市场和技术需求,才有可能指引5G后续演进和6G技术的研发。

综上所述,通过选择适当的部署场景,有望充分发挥毫米波频段的优势,同时控制部署和运行成本。5G毫米波不但能扩大网络容量,提升高业务量区域的用户体验,使用户真正感受到5G的高速率,而且还能帮助运营商扩展业务领域,开拓固定无线接入、企业专网等新兴市场。5G毫米波系统的规模部署和商业经营还能为5G后续演进和6G技术的研发奠定基础。可以说,毫米波有望从用户体验、产业发展和长期演进等多个维度帮助5G“快”起来,从而开启5G发展的新阶段。
       责任编辑:tzh

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ADF4602 单芯片、多频段3G毫微微蜂窝收发器

和特点 单芯片多频段3G收发器兼容3GPP 25.104第9版WCDMA/HSPA标准 覆盖UMTS频段频段I至VI和VIII至X的本地区域BS级 直接变频发射机和接收机 WCDMA和GSM接收基带滤波器选项 易于使用,校准工作量极小自动Rx直流失调控制简便的增益、频率和模式编程 低电源电流接收电流:50 mA(典型值)发射电流:50 mA至100 mA(随输出功率变化) 6 mm × 6 mm、40引脚LFCSP封装 只需极少的外部器件集成多频段多模式监控无Tx SAW或Rx级间SAW滤波器集成电源管理集成频率合成器,包括PLL环路滤波器集成PA偏置控制DAC/GPO 欲了解更多特性,请参考数据手册 产品详情 ADF4602是一款3G收发器IC,具有无与伦比的集成度和特性集合,非常适合提供蜂窝固定移动融合(FMC)服务的高性能3G毫微微蜂窝。只需少数几个外部器件,便能实现完整的多频段收发器。单个器件支持UMTS频段1至6和8至10。接收机基于直接变频架构,这种架构是高度集成的宽带CDMA (WCDMA)接收机的理想选择,可通过完全集成所有级间滤波来减少物料用量。前端含有三个高性能单端低噪声放大器(LNA),使该器件能支持三频段应用。单端输入结构可简...
发表于 02-22 15:33 128次 阅读
ADF4602 单芯片、多频段3G毫微微蜂窝收发器

HMC7586 71 GHz至76 GHz,E频段I/Q下变频器

和特点 转换增益: 12.5 dB(典型值) 镜像抑制: 28 dBc(典型值) 噪声系数: 5 dB(典型值) 针对1 dB压缩(P1dB)的输入功率: -9 dBm(典型值) 输出三阶交调截点(IP3): -1 dBm(典型值) 输出二阶交调截点(IP2): 20 dBm(典型值) RFIN上6倍本振(LO)泄漏: -40 dBm(典型值) IFOUT上1倍LO泄漏: -50 dBm(典型值) 射频(RF)回波损耗: 5 dB(典型值) LO回损: 20 dB(典型值) 裸片尺寸: 3.599 mm × 2.199 mm × 0.05 mm产品详情 HMC7586是一款集成E频段的砷化镓(GaAs)单芯片微波集成电路(MMIC)同相和正交(I/Q)下变频器芯片,工作频率范围为71 GHz至76 GHz。 HMC7586在整个频段内提供12.5 dB小信号转换增益和28 dBc镜像抑制性能。 该器件采用低噪声放大器,后接由6倍倍频器驱动的图像抑制混频器。 该镜像抑制混频器使得低噪声放大器之后无需使用滤波器。 可针对直接变频应用提供差分I和Q混频器输出。 或者,可利用外部90°混合型器件和两个外部180°混合型器件将输出合并,以实现单边带应用。 所有数据包括IF端口上1 mil金线焊的效应。应用 E频段通信系统 高容量无线回程 测试与测量...
发表于 02-22 15:31 20次 阅读
HMC7586 71 GHz至76 GHz,E频段I/Q下变频器

HMC6301 毫米波接收器,57 GHz - 64 GHz

和特点 频段:57 - 64 GHz RF信号带宽:最高达1.8 GHz 噪声系数:8 dB(典型值) 接收器增益:0 - 70 dB 数字和模拟RF和IF增益控制 可编程基带增益和滤波器带宽 集成频率合成器 集成镜像抑制滤波器 部分外置的环路滤波器 支持外部LO 片内温度传感器 支持256-QAM调制 集成AM和FM检波器 通用模拟I/Q基带接口 三线式串行数字接口 符合RoHS标准的75引脚晶圆级球栅阵列封装 产品详情 HMC6301是一款完整的毫米波接收器集成电路,采用符合RoHS标准的6 mm × 4 mm晶圆级球栅阵列(WLBGA)封装,包括低噪声放大器(LNA)、镜像抑制滤波器、RF至IF下变频器、IF滤波器、I/Q下变频器和频率合成器。该接收器的工作频率范围为57 GHz至64 GHz,双边调制带宽高达1.8 GHz。集成式频率合成器在250 MHz、500 MHz或540 MHz步长下进行调谐,具有出色的相位噪声,支持高达64 QAM的调制。或者,可以注入外部LO,它支持用户可选LO特性或相位相干发射和接收操作以及高达256 QAM的调制。通过通用模拟基带I/Q接口提供对各种调制格式的支持。接收器器件还内置AM和FM检波器以便解调开关键控(OOK)、频移键控(FSK)或最小...
发表于 02-22 15:14 57次 阅读
HMC6301 毫米波接收器,57 GHz - 64 GHz

ADF5904 4通道、24 GHz接收机下变频器

和特点 用于单端接收机(Rx)输入和本振(LO)输入的集成巴伦 Rx通道增益: 22 dB 噪声系数(NF): 10 dB P1dB: −10 dBm LO输入范围: -8 dBm至+5 dBm Rx至IF隔离: 30 dB RF信号带宽: 250 MHz Rx输出阻抗: 900 Ω差分 LO输入缓冲器: 24 GHz RF和LO S11(50 Ω时): -5 dB 集成模拟输出的温度传感器:±5° 静电放电(ESD)性能 人体模型(HBM):2000 V 充电器件模型(CDM):500 V 通过汽车应用认证 产品详情 ADF5904是一款4通道、24 GHz接收机下变频器。 每个通道包含一个集成片内巴伦的单端RF输入,后接差分低噪声放大器(LNA),以及集成差分输出缓冲器的下变频混频器。 RF LO路径还有片内巴伦。 片内寄存器通过简单的三线式接口进行控制。 ADF5904采用紧凑型32引脚、5 mm × 5 mm LFCSP封装。 应用 汽车雷达 工业雷达 微波(μW)雷达传感器 方框图...
发表于 02-22 15:07 116次 阅读
ADF5904 4通道、24 GHz接收机下变频器

ADMV4420 具有集成小数 N 分频 PLL 和 VCO 的 K 波段下变频器

和特点 RF 前端集成了 RF 巴伦和 LNA双平衡有源混频器,带高动态范围 IF 放大器具有低相位噪声和多核 VCO 的小数 N 频率合成器采用集成 LDO 稳压器的 5 V 电源供电输出 P1dB:7 dBm输出 IP3:16 dBm转换增益:36 dB噪声指数:7 dBRF 输入频率范围:16.95 GHz 至 22.05 GHz内部 LO 频率范围:16.75 GHz 至 21.15 GHzIF 频率范围:900 MHz 至 2500 MHz单端 50 Ω 输入阻抗和 75 Ω IF 输出阻抗可通过 4 线 SPI 编程32 引脚, 5 mm × 5 mm LFCSP 产品详情 ADMV4420 是一款高度集成的双平衡有源混频器,集成了小数 N 分频频率合成器,非常适合下一代 K 波段卫星通信。RF 前端由集成的 RF 巴伦和低噪声放大器(LNA)组成,可实现最佳的 7 dB 单边带噪声指数,同时最大限度地减少外部元件。此外,高动态范围 IF 输出放大器提供 36 dB 的标称转换增益。集成的低相位噪声、小数 N 分频锁相环(PLL),带有多核压控振荡器(VCO)和内部 2 倍乘法器,可为双平衡混频器产生必要的片内 LO 信号,无需外部频率合成。多核 VCO 使用内部自动校准程序,使得 PLL 可选择必要设置,并锁定约 400 μs。...
发表于 02-22 15:07 64次 阅读
ADMV4420 具有集成小数 N 分频 PLL 和 VCO 的 K 波段下变频器

ADF5902 24 GHz、ISM 频段、多频道 FMCW 雷达变送器

和特点 24 GHz 至 24.25 GHz VCO(工业、科学和医疗(ISM)射频频段) 双通道 24 GHz 功率放大器,输出为 8 dBm 单端输出 具有静音功能的双通道多路复用输出 可编程输出功率 LO 输出缓冲区 射频频率范围:24 GHz 至 24.25 GHz 功率控制检波器 辅助 8 位 ADC 高速和低速 FMCW 斜坡生成 25 位固定模数可实现亚赫兹频率分辨率 PFD 频率高达 110 MHz 归一化相位本底噪声为 −222 dBc/Hz 可编程电荷泵电流 ±5°C 温度传感器 4 线 SPI ESD 性能 HBM:2000 V CDM:250 V 符合汽车应用要求 产品详情 ADF5902 是一款 24 GHz 变送器(Tx)单片微波集成电路(MMIC),具有片内 24 GHz 压控振荡器(VCO)。VCO 具有分数 N 频率合成器,并具有波形生成功能、可编程网格阵列(PGA)和用于雷达系统的双变送器通道。片内 24 GHz VCO 为两个变送器通道和本地振荡器(LO)输出生成 24 GHz 信号。每个变送器通道包含一个功率控制电路。还有一个片内温度传感器。所有片内寄存器的控制都是通过简单的四线串行外设接口(SPI)实现的。ADF5902 采用紧凑式 32 引脚 5 mm × 5 mm LFCSP 封装。应用...
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ADF5902 24 GHz、ISM 频段、多频道 FMCW 雷达变送器

ADF5901 24GHz VCO + PGA + 2通道PA输出

和特点 24 GHz至24.25 GHz压控振荡器(VCO) 具有8 dBm输出的2通道24 GHz功率放大器(PA) 单端输出 具有静音功能的2通道Muxed输出 可编程输出功率 N分频器TX输出(鉴频器) 24GHz LO输出缓冲器 250MHz信号带宽 电源控制检波器 辅助8位ADC ±5°C温度传感器 4线式串行外设接口(SPI) 静电放电(ESD)性能 人体模型(HBM):2000 V 充电器件模型(CDM):250 V 通过汽车应用认证 产品详情 ADF5901是一款24 GHz Tx单片微波集成电路(MMIC),片内集成24 GHz VCO和PGA,并有两个Tx通道,适用于雷达系统。片内24 GHz VCO产生用于2个Tx通道和LO输出的24 GHz信号。每个Tx通道包含一个功率控制电路。还有一个片内温度传感器。所有片内寄存器均通过简单的4线式接口进行控制。ADF5901采用紧凑型32引脚、5 mm × 5 mm LFCSP封装。应用 汽车雷达 工业雷达 微波雷达传感器 工业传感器 精密仪器 油箱液位传感器 智能传感器 开门 节能 商用传感器:对象检测和跟踪 汽车、船舶、飞机和UAV(无人机):防撞 智能运输系统:智能交通监控和控制 监控和安全 方框图...
发表于 02-22 15:05 246次 阅读
ADF5901 24GHz VCO + PGA + 2通道PA输出

HMC6300 60 GHz毫米波发射器,57 GHz - 64 GHz

和特点 频段:57 - 64 GHz RF信号带宽:最高达1.8 GHz 针对1 dB压缩的输出功率:15 dBm 增益:5 - 35 dB 数字和模拟RF和IF增益控制 集成频率合成器 集成镜像抑制滤波器 部分外置的环路滤波器 支持外部LO 片内温度传感器 支持256-QAM调制 集成MSK调制器 通用模拟I/Q基带接口 三线式串行数字接口 符合RoHS标准的65引脚晶圆级球栅阵列封装 产品详情 HMC6300BG46是一款完整的毫米波发射器集成电路,采用符合RoHS标准的6 mm x 4 mm晶圆级球栅阵列(WLBGA)封装,工作频率范围为57 GHz至64 GHz,调制带宽高达1.8 GHz。集成式频率合成器在250、500或540 MHz步长下进行调谐,具有出色的相位噪声,支持高达64-QAM的调制。或者,可以注入外部LO,它支持用户可选LO特性或相位相干发射和接收操作以及高达256-QAM的调制。通过通用模拟基带IQ接口提供对各种调制格式的支持。发射器芯片还支持专用FSK、MSK、OOK调制格式,从而实现更低成本和功耗的串行数据链路,而无需使用高速数据转换器。差分输出向100 Ω负载提供高达15 dBm的线性输出功率。同时支持单端操作,最高12 dBm。与HMC6301BG46一起,完整的60 G...
发表于 02-22 12:05 121次 阅读
HMC6300 60 GHz毫米波发射器,57 GHz - 64 GHz