用于下一次电信演进的无线射频技术

射频、连接性和软件方面的进步对于提高物联网 (IoT) 和工业物联网实时嵌入式系统的功能和可扩展性至关重要。企业对更高运营效率以支持更高决策能力和更低成本的日益增长的需求正在将无线技术连接模型扩展到所有垂直市场，例如智能电网和智能城市。无线电架构、电路实现和半导体技术的新发展正在增强集成，以实现服务于消费和工业部门的新产品。

在与 Maurizio Di Paolo Emilio 的书面交流中，Keysight Technologies的 5G 项目经理 Roger Nichols 和汽车和能源解决方案负责人 Frederic Weiller 讨论了无线/射频市场相关技术的前景和挑战。

M：功率射频半导体技术已经存在于许多设备中，例如射频功率放大器。您如何看待该技术的未来市场份额机会？

Roger Nichols：功率半导体的份额多年来一直在增长，横向扩散金属氧化物半导体 (LDMOS) 技术的早期工作现在发展到氮化镓 (GaN) 使用的显着增长。LDMOS 在早期技术中具有重要用途，可用于 1 GHz 以下的大量成本相对较低的应用。然而，砷化镓 (GaAs) 是一种“射频功率半导体”，如今几乎每部为第 3 代及以后生产的手机都配备了 GaAs 射频前端。因此，GaAs 的份额很大，并且在过去四年中一直相对稳定。

 

GaN 用于移动基础设施（蜂窝站点）功率放大器的增长，特别是在 2012-2015 年的大型 LTE [长期演进] 扩建中，牢固地确立了 GaN 在主流用途中的地位，相关的数量有助于降低成本用于更广泛的商业通信用途。关于 5G 技术——尤其是那些需要“中频”、3 至 7 GHz 功能的技术，当然还有那些需要在 24 至 52 GHz 的 FR2 频段中运行的技术——是否能够负担得起使用更昂贵的射频功率化合物半导体 (III-V)。所以问题是，体积的哪些部分是由硅和/或硅锗 (SiGe)、GaAs 甚至 GaN 驱动的？答案将是一个混合体。

硅在工艺和封装技术方面是最便宜和最成熟的。与构建放大器阵列相关联的技术，每个与天线阵列中的天线子集相关联，允许与单个放大器相关联的单个元件不可能获得的增益。基于硅的相控阵天线技术在某些 5G 应用中显示出前景，即使在 FR2 频段也是如此。但 5G 将推动对从低至 600 MHz 到至少 47 GHz 的频段的投资。事实证明，3 至 7 GHz 之间的新商业无线电频段的链路预算（发射器和接收器之间允许的射频功率预算，以确保接收器具有足够的信噪比）具有挑战性，从而推动了对高效功率放大器的更多需求和低噪声接收放大器。

毫米波 (mmWave) 网络分析仪可让您全面表征互连和有源设备，例如低于 6GHz 和毫米波频率的放大器、混频器和变频器。

III-V 族技术，例如 GaAs 和 GaN，可以生产效率更高的放大器，因此尽管存在成本、产量和技术挑战，但对这些技术的需求将会不断增长。数十年来，是德科技一直致力于帮助我们的客户设计和测试来自这些和其他流程的设备。我们拥有自己的 III-V 族射频功率半导体制造和封装技术，可用于我们自己的测试设备。随着我们推进我们自己的流程和我们帮助我们的客户做同样的事情，我们希望这个 [活动] 作为一个不断增长的机会继续下去。

M : 电信部门正在接近采用 5G 无线标准。由于数据传输速度远高于4G，这肯定会提高设备的效率。您如何衡量这项新兴技术的潜力？大规模建立5G需要什么？

尼科尔斯：5G 的愿景远不止数据传输速度的进步。“惊人的快”只是 5G 词汇中已包含五年多的五个愿景短语之一。其他是“人群中的优质服务”、“超实时可靠的通信”、“最佳服务随处可见”和“无处不在的事物通信”。其潜力不仅仅是超快的电影下载或更好的视频游戏体验。5G 的其他重点领域包括系统容量的大幅增加，不仅是为了增加用户和设备的数量，而且是为了处理各种各样的应用程序——从具有大量低数据需求连接的应用程序到那些连接较少但对数据速度要求很高的人。

更重要的是 5G 网络的设计要灵活得多，网络功能的大部分都在软件中实现。这将允许对物理网络进行虚拟“切片”，将不同的切片应用于不同的应用程序集。例如，网络的一部分将用于传统的移动宽带用途，另一部分可能用于与促进自动化运输相关的高可靠性或低延迟应用。潜力是更广泛的企业和应用程序可以利用网络并为网络运营商及其各自的供应链开辟新的商业模式。

那么需要什么？建立新一代无线网络有三个典型的重点领域。所有这些都基于政策和标准的基础，这些政策和标准共同使技术得以建立和推广。首先，需要构建网络本身，而这必须在保持传统网络平稳运行的同时进行。其次，用户，无论是人还是机器，都需要用户设备和设备接入网络。第三，必须开发和加强新应用的软件和商业模式。总而言之，这些需要数年时间才能建立。

第一个商业“生产”5G 网络于 2018 年底开通，未来几个月还会有更多网络。与所有前几代人一样，这些[部署] 仅从几个有限的地理区域开始，并从那里开始发展。自 2013 年以来，是德科技一直与业界合作，推动 5G 的研究、开发、试验和发布。我们很高兴看到这些首批系统启动并运行，并将继续成为这一代发展的一部分。

M : 自动驾驶汽车的成功与传感器——例如无线电探测和测距（雷达）和光探测和测距（激光雷达）——以及连接技术密切相关。5G 无线协议如何实现自动驾驶汽车之间增强的、更高效的连接？

Frederic Weiller：随着自动驾驶、联网汽车和 5G 的发展不断获得动力，无线通信技术在保持整个车辆、基础设施和行人生态系统同步方面发挥着关键作用。为了提高道路安全并减少事故数量，随着自动驾驶的出现，这可能变得更具挑战性，迫切需要车辆观察周围发生的事情，预测即将发生的事情，相互沟通，并采取主动安全措施。

 

汽车生态系统集成了多种无线技术，允许车辆无缝共享和接收信号，从而使道路更安全。这些技术包括：

高级驾驶辅助系统 (ADAS)，被称为汽车的“大脑”。这些系统通过使用巨大的计算资源、传感器融合、机器学习和路径规划来帮助自动化驾驶过程；

与雷达、LiDAR 和光学传感器（相机）的传感器融合；

集汽车以太网联网、强大信号处理、高清地图高精度导航、人工智能于一体的高速信息系统。

车对万物（V2X）是一种无线通信系统，使车辆、路边基础设施和弱势道路使用者能够相互连接并相互通信。虽然专用短程通信 (DSRC) 已从早期开始受益，但该表显示了蜂窝 V2X 如何不仅迎头赶上，而且为未来做好准备。

蜂窝车联网 (C-V2X) 目前基于 3GPP Release 14 LTE-A Pro 蜂窝调制解调器技术。今天，作为 C-V2X 的初始版本的 LTE-V2X 即将商用，它将允许车辆相互通信并与周围环境进行通信。

审核编辑：刘清