三年內會商用的5G射頻與測試的八個關注點 _知識百科

毫米波未來的五年時間估計也不會被普及，因為穿透有限需要大規模部署，成本太高。運營商在主流城市地區利潤增長和投入不成正比積極性不大。本文的關注點只聚焦在三年內會商用的5G射頻前端與5G測試。
關注一：5G要實現的三大場景
下圖是國際電信聯盟委員會， 3GPP都達成共識的一張圖，可能EDN電子技術設計的讀者們都很熟悉了，但還是作為開場羅嗦一下已經非常明確的5G要實現的三大場景：
場景一：增強型的移動網絡，可能應用于現在看到的很多高密度的組網，像VR、AR這些應用，它對于大帶寬、對于數據吞吐量的要求非常高。
場景二：MASSIVE MACHINE ，其實就是更多面向像物聯網一些低功耗的應用，會更廣泛的部署在長時間、低功耗的應用。
場景三：高可靠性零時延，比如自動駕駛、AR、VR等應用。

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5G時代的IoT ，一定區別現在4G時代。現在談到的NB－IoT、EMTC、Cat－M1都是基于4G LTE時代的IoT ，這樣的MMTC可以變相理解為一個基于5G標準的IoT ，這個也會是5G三大場景里面第二個應用。
關注二：5G三個場景對射頻的不同影響？
對于場景一增強型移動寬帶，我們分別看看其對手機和基礎設施的影響：
A．對終端手機的影響。支持5G的不可能是個單純的5G手機，而是需要兼容3G、4G ，所以會有很多新的射頻，無論是濾波器、開關、功率放大器以及整合起來的前端模塊，都會有額外的新的器件。這是來自于新的5G標準、新的5G調試方式的需求，會有更多新的區別于傳統4G的射頻半導體器件。
除了新的定義成5G的頻段以外，還有一些到2020年甚至之后會有很多4G頻譜的重耕，就需要在現有的4G射頻半導體基礎上同時支持5G NR的標準。從移動寬帶的角度來說，對于5G的智能手機會有更多射頻半導體器件在里面，相比較4G而言。
B．對基礎設施的影響。除了增強型寬帶以外，更多的放在毫米波領域。毫米波在在中國可能還需要往后過3－5年的時間，但是在目前主流的全球領域毫米波走的最靠前的是美國。美國在今年就有毫米波的商用（固定無線接入設備FWA），這樣的場景并不是傳統意義上移動終端手機的應用場景，所以看不到在美國基于毫米波的5G有任何移動制式的手機或者移動制式的數據類器件。對于這樣一個FWA的固定接入設備就有新的基礎設施需求。
舉個很簡單的例子，在中國寬帶有最后一公里怎么去解決，很多時候光纖入戶，必須光纖和樓宇相互連接，必須要光纜埋在地下，現在美國就是用毫米波的FWA解決。這個區別于真正的5G移動智能手機的另外一個應用場景。 eMBB的應用場景會帶來新的毫米波的終端制式的產生。所以無論從基礎設施（基站布局）的角度和終端角度都會有這個問題。
場景二，萬物互聯的影響。基于5G新標準的IoT ，不是現在基于4G標準的NB－IoT或者EMTC制式的IoT ，這樣的標準無論從基礎設施還是移動終端的角度，都會有新的射頻器件產生。
場景三，低功耗高可靠性低時延的通信設備。在中國，尤其是2020 ，三家運營商都要商用5G ，所有產品都會在第一個場景（增強型的寬帶），這個延伸了會有很多額外射頻器件的產生，無論是在基礎設施領域還是在移動終端智能手機領域。
關注三：從2018年到2021年， 5G的三個階段
從2018年開始所有國家運營商都在做試商用，但真正到了2020年之后下半年或者2021年之后才開始大規模的商用。

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那么，產品開發的路線圖怎么真正跟標準化制定的時間點相匹配？
從現在開始到2019年的上半年更多的運營商會做5G的試商用，主要是現在還沒有真正確定的標準。去年12月份完成的NSA的第一版標準，今年6月份完成的第一版SA標準。所有的國家運營商都會基于這個標準做試商用運行。
從2019年下半年到2020年會有更多基于3GPP的第15個版本的有限商用，可能在某些國家會有大規模的商用，包括中國現在三家運營商的目標，都是希望在2019年下半年、2020年初的時候正式商用。但是運營商肯定會有不同制式的規劃。
2020年到2021年就是真正的5G大規模商用，所有支持5G的獨立組網以及非獨立組網的終端網絡在2020年都會完成這個商用功能。
關注四：NSA和SA——非獨立組網vs獨立組網
商用的5G產品，在2018年到2019年，因為目前在全球的所有運營商只有兩家會走獨立組網路線，就是中國移動、中國電信。其他所有國外運營商，包括中國聯通，目前的規劃都是走非獨立組網。

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所以NSA是一個非獨立組網。非獨立組網對射頻前端，對5G的智能手機最大的影響是：非獨立組網是依靠LTE作為核心網，所有的語音通信層面、控制層都是LTE ，數據層走的是5G NR ，射頻前端就意味著必須有一個LTE的通道，無論是哪一個頻段，還必須有一個5G的通道在同時上下行工作，這是一個非常大的挑戰，因為有一些互干擾的問題。
關注五：SA與NSA ，優劣勢分別在哪里？
SA相對NSA的劣勢在于，要做一個SA的布網需要全部重新投入，包括核心網、接入網、數據鏈網都是基于5G－NR ，投入相當大；NSA的好處可以在核心網、接入網基于4G－LTE ，只需要在數據內容層面做5G的基站部署，從資本的角度會節省很多。
但是SA相比于NSA的最大優勢在于，很多人會認為5G相比較4G第一個概念就是速度快，但是從運營商的角度， 5G有4G時代不能實現的功能，比如網絡虛擬化管理、網絡切片功能——相對于4G ，運營商在5G網絡里可以節省很多成本。
從這方面來說， NSA的組網方面是不能實現的，這就是為什么中國移動和中國電信第一步就選擇做SA ，這是一種國家使命。
3G時代我們處于跟進狀態， 4G處于還是，我們希望在5G屬于一個領先者的狀態，希望一步最大化用到5G ，從資本投入來說一定會是更多的，但是對運營商未來的投資成本，以及為用戶服務的角度來說，純粹的SA的5G一定是真正的5G 。
NSA只是中間的一個過渡，雖然我們現在看到全球除了兩家運營商之外都是做的NSA ，但是未來他們一定會過渡到SA ，這只是時間問題。 Qorvo正在努力，計劃在2020年的時候推出同時支持非獨立組網以及獨立組網手機射頻半導體的射頻解決方案。
關注六：非獨立組網對測試的挑戰？
在滿足5G要求的同時，還并行要兼容4G的要求，因為頻段上面的一些重合，這對測試測量廠商有非常大的挑戰，存在干擾，頻譜等問題。
第一個是復雜性的提升，包括非常靈活的參數級，包括子載波間距，以前固定的方式變成可靈活調配的子載波間距，包括在射頻前端這些要求，這些對設計的復雜度，測試來說是非常重大的挑戰；
第二個是4G和5G共存的問題，在前端的芯片設計上面都是會把它高度集成化的設計到單一的前端芯片上面，整體來說會增加整個設計的復雜度，對測試來說也有更高的要求。更多的射頻指標的測試，包括高帶寬，還有高的調制特性，其實就需要更好的EVM ，對儀器的指標有更高的要求。
第三個是測試時間和更快的上市時間，時間成本、“快”是5G時代面臨的一個嚴峻挑戰。
像5G前端設計的這么復雜，有射頻部分，數字部分，還有很多其他的帶寬要求，多個儀器的配合是不是有很好的同步，很好的進行協同，特別是進行復雜度提高這種自動化測試的要求，對于很多傳統的設計公司來說，可能還會用下圖左側的測試方法。下圖右側NI的平臺化儀器集成在一個非常小的機箱里面，并且用PXI的技術完成非常好的同步機制，看起來就清爽多了，測試速度也有非常大的提升， EDN電子技術設計的讀者們可以考慮這個方案。

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同時NI在算法上還把FFT ，傅里葉變換等部署到FPGA里面，比CPU做FFT的運算速度快很多倍，極大的提升測試效率。
關注七：5G－NR的商用與5G重耕
5G－NR的商用，現在主要講的兩個頻段， 3．5GHz和4．5GHz 。
（FR1、FR2都是3GPP的術語，指頻率的覆蓋范圍， FR2講的是毫米波）

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當下主流的芯片公司，包括高通、海思、英特爾，在移動芯片里可能會把5G－NR全新的收發機芯片和4G的LTE芯片做兩個芯片。
到了2019年之后，更多的基于5G NR模塊的產生， n77、n79、n41（尤其是n77、n79）這三個都是新的專門為了5G 6GHz以內新定的頻段。 n41會是未來第一個從4G重耕成5G的頻段，這個頻段短期內不會發生的中國，但是n41在美國馬會被做重耕，一部分重耕成做5G的應用場景。
（備注：n77代表3．5GHz ，是個頻寬從3．3一直到4．2GHz ， n79代表中心頻率在4．4－5GHz ， n41就是在2．5GHz的頻率。）
5G的重耕， n1、n3、n71 ，這里的n代表new radio ，相對于4G時代的B代表band 。 Band1 ， band3與n71這三個頻段是第一批都進行4G重耕的頻段，可能不同運營商有不同的規劃， band1 ， band3可能會在中國，但是在未來哪年不是一個短期能看到的，主要的重耕可能會發生在歐洲， n71發生在美國。
關注八：除了RF的影響，還要考慮天線分工
未來在5G的前端架構里面，除了PA、濾波器、LNA等傳統的射頻收發器件以外，需要更多的是前端的天線怎么分配，多工器如何支持更好的載波聚合。
天線分工器有不同的組合，不同頻段、不同功能性的組合，所以在未來5G的智能手機里，天線的分工會是占比相當大的設備器件，這也是伴隨著5G衍生起來的新設備前端器件。天線分工器可能需要更多的跟手機廠家合作，他們決定了手機里用哪幾根天線，每根天線支持什么樣的頻段。
除此以外，因為天線越來越多，但手機上還希望一根天線的覆蓋更寬的范圍，未來在5G時代天線調諧技術相比較4G時代會用的更加多。
【三年內會商用的5G射頻與測試的八個關注點】SA相比較NSA來說，最大的區別在于SA場景不需要與4G兩路共存，但需要兩路的發射，比如中國移動就是走的SA的場景，它目前就明確規劃在3．5G、4．8G需要兩路上行的情況。 SA相比較NSA來說，有更多一系列針對5G－NR標準的規格，所以會有更多復雜的射頻前端架構的解決方案。