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            射頻原理

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            Qorvo談5G 半導體的進展

            芯片組制造商、網絡基礎設施公司、設備 OEM 以及測試和測量公司多年來一直參與 5G 的研發和標準制訂,隨著 5G 設備的上市,收獲的季節到了。今年市場涌現出各種消費者智能手機以及其他設備,從 5G 路由器和移動熱點到物聯網設備不一而足。


            這只是 5G 芯片組的第一波浪潮,5G 的高潮遠未到來。為詳細了解 5G 芯片組的前沿發展,RCR Wireless News 聯系了 Qorvo,通過電子郵件與該公司移動 5G 業務發展總監 Ben Thomas 暢談。Qorvo 在 2 月底宣布,其集成式 5G 前端模塊投入大規模生產,以支持今年不斷擴張的設備和基礎設施生態系統。以下問答經過適當編輯和精簡。



            5G 設備的上市:

            https://www.rcrwireless.com/20190508/devices/what-5g-devices-are-coming-this-year

            在 2 月底宣布:

            https://www.qorvo.com/newsroom/news/2019/qorvo-mobile-5g-portfolio-enters-high-volume-production


            RCR:您如何描述 5G 芯片組目前的總體發展狀況?

            Thomas:以手機為主的芯片組發展順利。第一組芯片組實際上是基于第 15 版前暫行標準,幫助手機試驗進行到今年年底。到 2020 年,我們將從多個供應商獲得符合第 15 版標準的優質芯片組。本行業有三個主要驅動力:高通、三星和 HiSilicon。也就是說,至少到 2021 年才會看到中端手機的興起。隨著產量的穩定,其他移動芯片組也會上市。



            RCR:在毫米波和 6 GHz 以下頻段,5G 半導體開發和生產面臨哪些挑戰?

            Thomas:就芯片組相關挑戰而言,我們與客戶一起開發 RF 前端架構時發現的一些挑戰值得一提。其中包括:


            • 收發器范圍實際上約為 100 兆赫茲載波帶寬,DFT-S 和 CP-OFDM 在所需波形下具有良好的吞吐量,特別是在 256QAM 下。與 LTE 相比,雙上行鏈路需求的變化最大。

            • 對于調制解調器,處理 EN-DC LTE錨點和新無線電 (NR) 也帶來了挑戰。這是 2019 年到 2020 年間的一個重大改變。2019 年,我們將看到所謂的 2 類 UE — 也就是由芯片組驅動的手機,其中 LTE 實際上并不知道 NR 端的變化。LTE 有自己的局限性。2020 年即將推出的 1 類芯片組會解決這一問題。此外,LTE 和 EN-DC 5G 目前還不能平滑地切換,但到 2020 年會有所改善。

            • 最后,[6 GHz 以下] FR1 和 [毫米波] FR2 將在完全獨立的 RF 鏈中運行,一直到 TCVR。啟用 EN-DC FR1 已然是個大挑戰,而通過相同調制解調器啟用 FR2,且讓一切順利運行,2020 年以前很難做到。

            • 其他挑戰包括新的 RF 組件、更寬的帶寬,還有要測試的波形呈指數增長。當然,大多數情況下,額外設計考慮因素是驗證手機的大量組合,這也是最大挑戰。一旦符合要求,即選擇要優化的地方:用于覆蓋范圍或更短距離的全功率 PC2,用于高數據速率 MIMO 應用的 CP 256QAM。很大程度上這是由運營商和 OEM 需求驅動的,因此設計本身的變化增加了復雜性。

            • Qorvo 過去一直推動 ETIC 的使用:即包絡跟蹤功率管理,用于這些 RF 前端內部的 [功率放大器] 。包絡跟蹤已經成為在傳輸端處理不同 RF 前端需求的標準方式,具體取決于不同的用例和點。但是,我們在早期 5G 中遇到了障礙。大多數公司的 ET,以及針對 100 MHz 寬帶寬信號對該 ET 進行的芯片組集成還未成熟。這些問題要到 2020 年才能解決,但回歸 ET 可以有效地管理所有這些用例和傳輸功率電平。業界現在使用什么?平均功率跟蹤 (APT) 和 ET 的組合。這導致更復雜、未優化的 PA 和 RF 前端模塊。

            • 最后是 mmW。到了 28 和 39 Ghz 這樣的毫米波 5G 頻段,我們應該認識到這是由完全不同的用例和 6 GHz 以下頻段驅動的。 由于傳播方式和更短距離等挑戰,毫米波頻譜其中一個目標是在高密度環境中增加網絡容量。從 RF 角度看,這是一種全新手機;這就需要系統解決方案,而不是 6 GHz 以下標準(如 LTE)的早期階段那樣,購買分立式元件,mmW 需要與前端供應商和芯片組提供商緊密協作。還有大量問題待解決。

            • 將 mmW 安裝到空間受限的外形中帶來了尺寸挑戰。到目前為止,手機設計人員在重視尺寸的應用中不得不犧牲最佳性能(更大的陣列大小和配置)。進而又需要極高性能的 mmW 前端解決方案。坦白講,這已經背離了行業初衷。許多硅基解決方案在手機中并不像在 [用戶端設備] 或基站中一樣有效(后者現在也青睞更傳統的基于 GaAs 或 GaN 的解決方案)。

            EN-DC LTE:

            https://www.rcrwireless.com/20190528/5g/what-is-endc


            RCR:Qorvo 在各代 5G RF 前端領域處于什么位置?您認為從第一代 5G 遷移至第二代 5G 有多快,推動因素是什么?5G 規范有哪些尚待實施的特性,會帶來哪些機會?

            Thomas:Qorvo 率先量產 5G 頻段 n77 RF 前端模塊。之后我們推出了 RF 前端和組件的整套產品組合。我們為此做了長時間準備。在高達 3.3-4.2 GHz 頻率范圍發布 100 MHz 載波帶寬 PA,同時滿足 5G 嚴格的 RF 要求,很有挑戰性。憑著在該解決方案中學到的知識,我們將吸取 2019 年 5G 試驗的經驗,在 2020 年進行第二輪試驗。這些 2020 年產品將持續供貨到 2021 年中,屆時面向中端手機的 5G 前端模塊就會上市。雖然有可能更注重成本控制,但這些中端 5G 前端仍可保證高性能。與其說這是 Qorvo 的選擇,不如說是 5G 標準的要求!

            此外,2021 年可能推出與 2020 年批準的 3GPP 第 16 版有關的更新。第 16 版旨在覆蓋其他非移動市場,與手機有關的產品規范不會有太多根本變化。但是,RF 前端的整體架構還有更多的 EN-DC 和 NE-DC 頻帶組合需要處理。我認為至少到 2022 年才能看到 5G RF 前端的穩定。我們要一如既往地專注于優化,根據目標手機細分市場,改進性能或降低成本。

            這段時間內,Qorvo 的機會很多。我們的高功率、超線性 GaAs HBT PA 工藝將成為 PC2 高功率運行頻段的基準。這是我們的制勝法寶。此功能使 UHB(3.5 和 4.5 GHz)成為理想候選產品。我們的中/高頻段 S-PAD 使用更高階多路復用器獲得低損耗、高抑制性能,可滿足復雜的載波聚合需求。組建 Qorvo 之前就已部署的技術也可用于應對 5G 挑戰。

            此外,中頻段到 UHB 的 DRx 或接收分集是 4DL 的強制要求,也會帶來機會。在 LTE 中,Rx 分集甚或 MIMO 常被視為“必選”功能。但在 5G 中,移動運營商必須兼顧高性能和多頻段 CA 接收分集。Qorvo 的差異化產品可滿足這一需求。

            最后,Qorvo 還可以提供 RF 前端解決方案,滿足高性能 mmW 需求。mmW 的大規模部署尚需時間,但蘊藏大量機會。


            RCR:如何才能獲得 5G 參考設計?能否告訴我們 5G 芯片組上市的基本過程和時間表,Qorvo 在此過程中有哪些經驗教訓?

            Thomas:客戶正在 Qorvo 的幫助下組裝設計。在咨詢 RF 前端架構的完整系統設計時,Qorvo 一直是業界的首選(特別是我們的客戶)。這是什么原因?因為這是我們 RF 前端事業的起點。我們沒有拘泥于規范,而是整體考慮問題。

            5G 是復雜的,但手機 OEM 的時間表并未改變!仍然保持 12 個月的創新周期。更糟糕的是,5G 試驗手機原本有望今年發布,但直到去年年底才確定規范。

            上市步伐沒有改變,復雜性卻呈指數級增加。沒有大局觀,客戶或供應商就無法按時發布產品,無法滿足規范,無法為客戶提供高性能,無法滿足用戶需求。

            我們正在爭分奪秒地前進,甚至早于整體架構發布 18 個月布局,比如說,我們已經在考慮 2021 年的手機需求。如上所述,由于第 16 版直到 2020 年才解鎖,目前 5G 的變數還很多,我們難以長遠規劃。前進的途中,每一步都要小心翼翼。規范、運營商需求和 OEM 實施方案的變化都會帶來變數。

            所以,5G 普及還有很長的路要走。 當然,盡管存在這些挑戰,5G 的未來仍是光明的!



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            5G 設備上市專題報道:

            http://content.rcrwireless.com/getting_5G_devices_report

            5G 設備在線研討會:

            https://zoom.us/webinar/register/WN_isPxrt3lS0maBn7DvsaxNQ



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