5G通信即将到来，射频前端面临那些挑战

7月3日消息，继第五代移动通信技术标准（5G NR）独立组网功能冻结后，短短半个月时间，国内三大运营商、移动芯片厂商和手机厂商等各方面均在加快5G商用部署的脚步，为5G手机的到来打下坚实基础。

6月14日，5G NR独立组网功能实现冻结，加上去年12月完成的非独立组网NR标准，5G已经完成第一阶段全功能标准化工作，进入产业全面冲刺的新阶段。5G标准的最终确定，实现了5G“万里长征”的第一步。

在上海举办的MWCS 2018上，国内三大运营商纷纷表态，为2020年实现5G正式商用作出详实部署。

中国移联合大唐电信等合作伙伴发布“5G SA(独立组网)启航行动”，打通全球首个基于5G独立组网端到端系统的全息视频通话。同时公布5G商用计划表，预计2018年底面向行业客户开放5G产品测试，明年10月实现友好用户测试，2020年正式商用。中国联通副总经理邵广禄宣布，今年将在全国16个城市开展5G规模试点，预计2019年开始预商用，2020年正式商用。中国电信发布《中国电信5G技术白皮书》，提出5G“三朵云”目标网络架构和“一个前提、三个原则”的网络演进策略，采用SA组网方案，通过核心网互操作实现4G和5G网络的协同，初期主要满足eMBB(增强移动宽带)场景需求。

今年在深圳举办的IMT-2020(5G)峰会上，工信部副部长陈肇雄表示，目前5G第一阶段的国际标准已经制定完成，我国企业全面参与了5G国际标准制定，新型网络架构等多项技术方案被国际标准组织采纳。目前，我国已经突破大规模天线、网络编码等关键技术，各项测试工作将加速进行。确保今年底前推出符合第一版本5G国际标准的商用系统设备。

5G给我们带来什么？

提到5G网络，与4G时代不同，将具有更高速率、更低时延和海量的连接。较4G提升数十倍的速度、低于1ms的低时延、全球超过500亿台设备相互连接。以此，也建立了超宽带移动通信（eMBB）、超低延时通信（uRLLC）、海量物连（mMTC）三大5G应用场景。正是基于这三大场景让5G时代催生了更多AR/VR、无人驾驶和远程医疗、万物互连等市场的应用。从人与人的交互，转变成物与物的沟通，实现电信级的蜂窝物联，或将引发人类社会的一场新变革。

图：5G时代三大应用场景

通信行业专家指出，射频在5G手机的设计中尤为关键。4G手机最大的制造成本在屏幕与处理器，但5G手机最大的成本或许会转向整套的射频方案。市场调查机构Navian预测，2020年仅移动终端中射频前端芯片的市场规模将达到212亿美元，年复合增长率达15.4%。

5G时代将有更多的频段资源被投入使用，多模多频使得射频前端的芯片需求增加，同时Massive MIMO、波束成形、载波聚合、毫米波等关键技术也将助长射频前端芯片需求增加这一趋势，直接推动射频前端芯片市场成长。

射频前端的挑战对于即将到来的5G通信，射频前端面临的挑战主要表面在以下方面：

-更多射频通路下的布局空间挑战。

- 更多射频通路下的成本挑战。

- 更高功率输出、更高工作频段对射频器件性能的挑战。

更多射频通路下的布局空间挑战。以当前5G通信频谱使用中，主要分为Sub-6GHz 与6GHz以上频段两个频谱。Sub-6GHz指的是6GHz以下频段，6GHz以上指的是26GGHz以上的毫米波频段。针对于最接近商用的Sub-6GHz频段，中国使用的频段为3.3G～5GHz频段，频谱高于4G时代的最高频段2.7GHz，并且未来5G可能需要覆盖的频段更多。整个射频前端需要搭配更多、功率更高的射频器件以实现频率的覆盖。以Sub-6GHz为例，一部支持3.5GHz和4.9GHz两个频段的5G智能机，其4G/5G射频功放的通路个数至少从现在的3路增加至5路。若未来支持毫米波的话，还要提升到6路或者更多。这在智能设备尺寸越来越小的趋势下，对射频前端的尺寸提出了非常高的要求。

图：终端通信模式与支持频段的演进

另外，据射频行业人士解释，对于Sub-GHz以下的射频器件，还会采用多进多出（MIMO）的技术方案实现更高速率的信号传输，在MIMO中，不论是发射还是接收，都需要倍数级的射频前端器件进行支持。以CPE（Customer Premise Equipment，无线路由器的简称）为例，其接收和发射一般为4路及8路，也就代表了其射频部件以x4，x8的倍数级增长。而在毫米波频段，由于路径衰减大，通信距离将变短，射频厂商就无法做到全向的大功率传输。以此，射频器件将采用波束成形+MIMO的方案满足网络需求。波束成型需要将阵列级别的射频信号进行空间波束成型，通路数量一般在8路合成以上，每路至少需要一组射频前端通路。所以，不论是Sub-6GHz，还是毫米波频段，都需要倍数级的射频前端来进行射频传输，这对手机体积方面产生了巨大挑战。更多射频通路下的成本挑战。由于增加射频通路个数，需要单独的硬件进行支持。所以射频前端的成本，与射频通路的通路数目成正比例关系。射频前端本身不断增加的通路个数，与不断降低的连接终端成本之间的价格矛盾，也对单个射频前端通路的成本，提出巨大挑战。