5G 和 GaN：未来的创新

很容易忘记 GaN 仍然是一项相对年轻的技术。我们仍处于开发的前几代，具有很大的改进和改进潜力。本文着眼于即将出现的一些 GaN 创新，并预测它们在未来几年对基站供电的影响。

功率密度

我们的预期是，在接下来的三到五年内，我们将看到 GaN 已经相当强大的功率密度能力得到改善。今天已经有一些方法可以使用 GaN 实现更高的功率密度，但是从商业角度来看，成本非常高。例如，将 GaN 放在金刚石上而不是碳化硅上。这是可能的，但费用对于基站来说并不现实。尽管如此，还有其他具有成本效益的工艺正在研究中，这些工艺将在未来几年内提高材料的原始功率密度。

5G 基础设施市场的吸引力显而易见——更便宜、更高效、带宽更宽的基站。其他行业也有浓厚的兴趣。雷达应用尤其会受益，因为它们专注于在给定空间内产生尽可能多的功率和效率。随着 GaN 在这些子市场中的普及，规模经济增加，价格点将继续下降。

线性度

毫无疑问，GaN 半导体行业对基站的最大优先事项是提高线性功率。研发工作都集中在未来几年提高线性效率。

同时，我们预计基站调制方案在未来三到五年内不会发生重大变化。它分解为每赫兹比特的简单计算。无论您运行的是 256 QAM 还是 1024 QAM，系统都会在每赫兹带宽获得一定数量的比特。如果这些数字不会发生显着变化，那么从系统中产生更多收益的理想方法是通过线性效率改进。

这并不是说它不能通过增加基础设备的功率来解决。即使没有线性度改进，PA 的整体功率效率仍将提供信号改进。它还有助于设计人员缩小系统，因为他们需要更少的系统功率和更少的天线阵列。虽然额外的功率或二级解决方案有效，但业内 GaN 供应商的目标是减少陷阱效应，使系统变得尽可能简单。

温度

随着时间的推移，基站的温度会持续上升。五年前，标准是将设备指定为 85°C。OEM 已将其推高至 105°C，预计基站设计人员将被要求适应 125°C 的温度。大多数 GaAs 器件的最高温度为 150°C，仅能在 25°C 的温度范围内工作。GaN 供应商将不得不与系统设计人员密切合作，以找到创造性的方法来保持嵌入式元件的冷却。这种压力在具有大规模 MIMO 阵列的小型室外单元中会更加严重。今天存在创造性的解决方案，但价格不划算。我们预计这种情况会在未来几年内发生变化。

整体解决方案

每个 GaN 供应商都在微调 GaN 器件的物理特性，以提高线性效率、功率密度和可靠性，同时减少陷阱、电流崩塌和电流漂移等负面影响。这可以在一定程度上在设备级别上完成，但要充分发挥潜力，基站 RFFE 系统应该与整个架构链一起开发，这就是我们今天看到很多前瞻性活动的地方。

随着行业从 LDMOS 转向 GaN 解决方案，这一点尤其重要。技术是根本不同的。这不像替换 GaN PA 并期望效率提高 10 点那么简单。有不同的系统问题和解决方案。针对 LDMOS 优化的基站可能不适合 GaN PA，反之亦然。应全面优化 GaN 基站系统。

我们现在开始看到这种趋势，我们预计未来几年会得到更广泛的采用，因为性能结果不言自明。与供应商合作弥合这种整体设计差距的嵌入式设计人员将把自己定位为行业领导者。OEM 厂商当然会说他们已经在使用系统级方法。我们不会争论这个事实，但我们相信还有更多的收获，特别是随着链的射频部分变得更智能和更集成。

智能射频和人工智能

陷阱缓解一直是每种半导体材料的问题，GaN 也不例外。高速开关应用可为 GaN 功率放大器创造极具挑战性的陷阱环境。解决这些陷波效应可能很复杂，因为 PA 行为可能取决于 PA 接收到的先前信号。传统的方法是在物理层解决它，一直到基板，以解决导致问题行为的原因。目前的技术还不能以这种方式完全减轻陷阱，但它一直在研发研究中。

另一种方法是使用软件算法来预测导致陷印的变化。借助智能射频控制器和对预先存在条件的足够深入了解，设备可以潜在地识别流量模式并预测下一个活动高峰。或者，识别活动下降并在控制器级别进行更改以降低功耗。这已经在基站中进行了很多年，但不断努力改进这些技术。

这就是原始设备制造商考虑在无线电层面实施人工智能的原因。RFFE系统可以随着时间的推移进行自我优化。从理论上讲，如果野外无线电产生故障，它可以自我识别错误并从错误中“学习”。然后下一次，它可以防止产生故障的一系列事件，或者可能修复故障。没有必要为承运人挂上国旗，派一辆卡车，让人们在塔里解决一些小问题。正如您可以想象的那样，这将避免重大的停机时间和费用。

6G

即使 5G 仍处于推出的初期阶段，关于 6G 的讨论已经开始。早期预测表明，6G 将在远超过 100Ghz 的频带中交付，我们知道 GaN 支持的频率。这种类型的解决方案很可能不会是传统的蜂窝塔部署，但无论采用何种形式，我们相信 GaN 在高频和宽带宽下的效率对于将 6G 变为现实至关重要。

审核编辑 黄昊宇