北京2021年6月24日 /美通社/ -- 4G改變生活,5G改變社會,只是這個改變并沒那么容易。
2020年是ITU所定義的全球5G商用元年,而中國則還要早一年。據(jù)中國信息通信研究院,2021年1~4月國內(nèi)5G手機出貨量為9126.7萬部,占市場總體的72.7%,同比增長38.4%。這在一定程度上反映了5G通信在個人用戶層面的推進速度。
但5G不止于手機,在萬物互聯(lián)時代,必須提前搭建好一條條高速路,5G因此無可爭議地成為新基建之首。相比4G,5G在初始階段就明確規(guī)劃了三大應(yīng)用場景:增強移動寬帶,其峰值速率將是4G網(wǎng)絡(luò)的10倍以上;海量機器通信,將實現(xiàn)從消費到生產(chǎn)的全環(huán)節(jié)、從人到物的全場景覆蓋;超高可靠低時延通信,通信響應(yīng)速度將降至毫秒級。
由此衍生出的針對各個垂直行業(yè)應(yīng)用的美好暢想就像一部科幻小說,而支撐這部小說實現(xiàn)的前提則是一座座看上去并不那么浪漫的高聳的基站。
5G基站建設(shè)新變化
一切美好前程,道路總會曲折波瀾。在行業(yè)內(nèi),5G基站的短板被調(diào)侃為“覆蓋、成本、功耗三個3”,即3倍成本、3倍功耗、1/3覆蓋。對此,德州儀器(TI)杰出技術(shù)專家Wenjing分析,部分原因是由于5G MM高頻高性能,采用Massive MIMO技術(shù), 需要32通道、64通道等多通道架構(gòu),硬件通道數(shù)的上升直接導致成本、功耗、體積指標呈指數(shù)級上升。運營商迫切需要大幅降低建站成本和運營成本,因此對芯片的集成度、功耗及成本提出了更高的要求。
TI是最早參與中國5G建設(shè)的半導體廠商之一,德州儀器中國大客戶區(qū)域銷售經(jīng)理Vic介紹,放眼全球,中國的5G建設(shè)走在前列,截至2020年,中國已布局了70多萬個5G基站,完成了一些重點城市的大容量覆蓋。2021年計劃建設(shè)84萬個,完成更廣域的布局,重點轉(zhuǎn)向700MHz 4T4R 組網(wǎng)。通過更先進的工藝節(jié)點、更創(chuàng)新的設(shè)計架構(gòu)、更大規(guī)模的集成度,TI一直力求實現(xiàn)高集成、低功耗、低成本的目標。事實上,TI每一代產(chǎn)品都會通過工藝演進/設(shè)計架構(gòu)的創(chuàng)新,實現(xiàn)同等規(guī)模下,功耗30%左右的改善。
不斷精進的架構(gòu)
RRU單元作為無線通信的最后一環(huán)、最關(guān)鍵設(shè)備,猶如空中的一座橋,保證了信息的精準、實時送達。雖然射頻前端只是5G基站中的管道,真正的大腦是ASIC/FPGA等處理器,但如果沒有健康的管道為大腦輸送養(yǎng)分和數(shù)據(jù),人體就無法執(zhí)行正常的活動。RRU的射頻信號處理與調(diào)制就如人體內(nèi)的血管和神經(jīng)一樣復雜,射頻前端是RRU中極具挑戰(zhàn)、又至關(guān)重要的領(lǐng)域。
在傳統(tǒng)超外差系統(tǒng)中,接收器在RF頻率上接收到信號后,會將信號下變頻為較低的中頻(IF),在此將其數(shù)字化、濾波然后解調(diào),RF前端要進行復雜的信號鏈處理。而隨著ADC、DAC轉(zhuǎn)換器技術(shù)的進步,可以將模擬變頻轉(zhuǎn)化為數(shù)字直接變頻,從而省略中頻環(huán)節(jié),使得射頻直采收發(fā)信機的整體硬件設(shè)計簡單許多,因此外形尺寸更小、設(shè)計成本更低。“將傳統(tǒng)離散式超外差系統(tǒng)中的分離ADC、DAC、調(diào)制器、解調(diào)器、Serdes、時鐘、DVGA等各個功能模塊,集成到一顆芯片中,為5G Massive MIMO多通道架構(gòu)實現(xiàn)提供了物理的可能性?!?Wenjing認為這個創(chuàng)新對于未來可能會達到上百通道數(shù)的Massive MIMO來說至為關(guān)鍵。
高集成度給用戶帶來的改變是巨大的,隨著通道數(shù)不斷增加,吞吐量增加,但RRU整體模塊尺寸卻僅有小幅增加。
以TI的AFE7920為例,是4T4R2F(4發(fā)4收2反饋路徑)射頻直采架構(gòu)雙頻段收發(fā)器,發(fā)射鏈路主要由最高采樣速率為12GSPS 的RFDAC組成,支持第一/第二Nyquist 模式,接收和反饋鏈路主要由最高采樣速率3GSPS的 RFADC組成;收發(fā)鏈路支持獨立DSA增益控制,8對29.5 GSPS Serdes與主機互聯(lián),集成低頻輸入的在板高頻時鐘。該產(chǎn)品相對于上一代產(chǎn)品,功耗降低了30%。
美好的數(shù)字射頻直采
TI在模擬/數(shù)字混合射頻信號領(lǐng)域具有多年積累,AFE7920正是基于TI的豐富經(jīng)驗所開發(fā)出的數(shù)字射頻直采芯片,相較于純模擬集成具有諸多優(yōu)勢。
首先,通常運營商在sub 6GHz頻段有最高400MHz的瞬時帶寬要求,在毫米波頻段有至少400MHz/800MHz的瞬時帶寬要求。TI的收發(fā)器可支持到最寬800MHz帶寬,滿足全部Sub 6GHz及部分毫米波的應(yīng)用需求。
其次,全場景支持使平臺歸一化成為可能。5G基站的形態(tài)相對于4G更加豐富,包括宏站、小站、Massive MIMO等。同一顆芯片可以支持不同的基站形態(tài),從而使客戶降低開發(fā)成本,更快地在市場上推出產(chǎn)品。
同時還支持混模模式。一個4T4R的單模芯片劈裂為兩個獨立的2T2R承載不同的頻段,實現(xiàn)單芯片混模場景。例如2T2R TDD+2T2R FDD等。更進一步,射頻直采架構(gòu)的超高采樣率使得雙頻段的數(shù)字拉遠成為可能,從而實現(xiàn)通道級的雙頻段發(fā)射和接收,例如宏站場景下的1.8GHz+2.1GHz 雙頻段應(yīng)用(從ASIC/FPGA,分別接收1.8GHz和2.1GHz的基帶信號,在芯片內(nèi)部實現(xiàn)數(shù)字合路,最后通過同一發(fā)射通道進行雙頻段的發(fā)射,接收即為其的反向操作),兩個頻段的射頻拉遠距離可以達到3GHz,滿足客戶不同方面的需求。
此外,數(shù)字射頻直采技術(shù)無需鏡像和本振校準,簡化了整個系統(tǒng)的開發(fā),同時提供芯片自檢報警機制,及天線校準、綠色節(jié)能等系統(tǒng)功能的靈活設(shè)定。
Wenjing強調(diào),對于Massive MIMO和波束成形等技術(shù)而言,雖然重要的都是算法,射頻直采技術(shù)只是為算法提供硬件實現(xiàn)。但如果沒有高集成及通道間高度協(xié)同的芯片,Massive MIMO等新一代天線技術(shù)只會是紙上談兵。
5G看中國,射頻直采收發(fā)信機看TI
2017年中國第一代4G的MIMO基站就采用了TI的4T4R射頻直采芯片,而中國第一代5G基站也采用了TI的射頻信號鏈解決方案。值得一提的是,這一系列產(chǎn)品需求,很多都是來自中國客戶,Wenjing參與并主導了產(chǎn)品定義。這也是TI與其競爭對手的不同之處,即5G產(chǎn)品定義的重心放在中國,更貼近中國客戶的需求,這也是TI深耕中國35年的體現(xiàn)之一。
TI在中國5G基站建設(shè)中發(fā)揮了極其重要的作用,跨越2G/3G/4G/5G網(wǎng)絡(luò),囊括宏站、Massive MIMO、小站等多種站型。而且TI還在不斷改進產(chǎn)品,支持更多的通道,更大的帶寬和更低的功耗,以滿足客戶不斷更新的需求。TI 最新發(fā)布的AFE8092 8T8R射頻直采多頻段收發(fā)信機在AFE7920的基礎(chǔ)上進一步的通過架構(gòu)革新,在集成度提高的同時,再次實現(xiàn)了同等場景下功耗的30%下降。相比于4T4R的產(chǎn)品,可以更好地滿足Massive MIMO所需。
為了應(yīng)對復雜的5G通信架構(gòu),有源天線系統(tǒng)的演進速度遠超以往。包括需要減小信號鏈大小,降低復雜性,同時提供寬帶寬和多個頻率;可在高環(huán)境溫度下工作的高密度電源管理;以及通過基于分組的前傳接口實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)同步。TI除了高集成的模擬前端之外,還提供包括電源、時鐘、MCU、放大器、接口等,從而實現(xiàn)全系統(tǒng)解決方案。
不久前,工業(yè)和信息化部網(wǎng)站上公布了《5G應(yīng)用“揚帆”行動計劃(2021-2023年)》并正式征求意見,目標到2023年,我國5G應(yīng)用發(fā)展水平顯著提升,綜合實力持續(xù)增強;5G個人用戶普及率超過40%,用戶數(shù)超過5.6億;5G網(wǎng)絡(luò)接入流量占比超50%,5G網(wǎng)絡(luò)使用效率明顯提高;5G物聯(lián)網(wǎng)終端用戶數(shù)年均增長率超200%。
5G基站是新型信息基礎(chǔ)設(shè)施的基石,TI擁有品類齊全的模擬和嵌入式處理系列產(chǎn)品,強大的本地制造研發(fā)能力、遍布全國的產(chǎn)品分銷及銷售網(wǎng)絡(luò),幫助中國客戶實現(xiàn)更低延遲和更高數(shù)據(jù)速率的5G系統(tǒng),促進更多創(chuàng)新應(yīng)用,賦能中國新基建。TI植根中國35年,始終如一,同中國客戶一起迎接未來挑戰(zhàn)。
集成電路很小,“心”的天地可以更大。
關(guān)于德州儀器(TI)
德州儀器 (TI) (納斯達克股票代碼:TXN) 是一家全球化的半導體公司,致力于設(shè)計、制造、測試和銷售模擬和嵌入式處理芯片,用于工業(yè)、汽車、個人電子產(chǎn)品、通信設(shè)備和企業(yè)系統(tǒng)等市場。我們致力于通過半導體技術(shù)讓電子產(chǎn)品更經(jīng)濟實用,創(chuàng)造一個更美好的世界。如今,每一代創(chuàng)新都建立在上一代創(chuàng)新的基礎(chǔ)之上,使我們的技術(shù)變得更小巧、更快速、更可靠、更實惠,從而實現(xiàn)半導體在電子產(chǎn)品領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用,這就是工程的進步。這正是我們數(shù)十年來乃至現(xiàn)在一直在做的事。欲了解更多信息,請訪問公司網(wǎng)站www.ti.com.cn。
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