随着第一版的5G新无线(5G NR) Release 15标准在去年12月底定,来自全球各地的电信营运商与技术供货商在今年的世界移动通信大会(MWC 2018)齐聚一堂,竞相发布其5G芯片、天线、互操作性测试结果、新的合作伙伴关系以及5G商用部署计划。 MWC_2018 MWC 2018

移动产业的目标是尽早在2019年启动并运行5G网络。

然而,在编织所有美好的愿景背后,很显然地,必须仰赖毫米波(mmWave)频段布署其5G网络的美国蜂窝营运商,目前正面临一连串前所未有的设计、验证和实施等问题。

是德科技(Keysight Technologies)通讯部门策略规划经理Michael Griffin说:“针对6GHz以下的射频(RF)蜂窝(Cellular)频段,我们只需要关注信号质量如何。”如今采用5G毫米波,“我们最需要担心的第一件事就是信号在哪里。”

5G的毫米波频段目前仍存在着高传播损耗、(directivity)以及灵敏度受阻碍等问题。

联发科技(MediaTek)总裁陈一舟(Joe Chen)在接受《EE Times》采访时说:“我们目前正大量投资于5G。”他补充说,“虽然在4G时代落后了,但从那时起我们的调制解调器团队进行了大量的工作,应该能够满足先进的5G技术要求。”

这说起来简单,但5G毫米波在系统与芯片设计方面的要求与4G截然不同。由于信号具有高度指向性的本质以及更高的损耗,供货商必须开发多种天线。

陈一舟坦言,根据使用者如何拿手机、与其头部有多么接近或者是否边走路边讲电话等情况,都可能很容易失去信号。

对于移动产业而言,当务之急在于必须掌握RF设计方面的知识,以及为手机内部的天线数组进行更策略性的布局。

英特尔(Intel)在MWC展示了首款采用5G技术的二合一概念个人计算机(PC)。有些参观者对其罕见的天线布局感到意外。英特尔在这款PC原型机的背面整合了两个4 x 4组件组成的大型天线模块。 Intel_2in1 英特尔展示二合一PC原型,背面搭载两个大型的天线数组单元

英特尔通讯与设备事业群先进装置技术总监Baljit Singh强调这只是一款原型。他说,英特尔一直在学习如何优化相控天线数组的设计和布局。如果其中一个天线区块遗失信号,软件就会触发动态切换信号接收到另一个天线数组区块。Singh说:“这并不是无法解决的问题。我们正为此开发多种解决办法。”

至于每个数组应该使用多少天线组件(是4×4、8×8或更多?)、应该安装多少天线(2支或更多?)以及应该加在PC或手机(侧边或背面?)的什么位置?目前都还没有最佳实践的教科书。据联发科技表示,天线数组将不可避免地会与电池争夺空间。这些信息将成为系统设计人员的专有知识,他们都希望利用这些知识来差异化产品。

是德科技的Griffin指出,5G毫米波的挑战让测试变得更加复杂。他表示,不只是最终的5G系统必须测试,RFIC也一样要通过测试要求。

由于天线和RFIC紧密整合在5G毫米波架构中,工程师无法透过电气连接器来测试RFIC的性能。因此,芯片设计人员在设计之前就必须进行空中传输(OTA)测试,但这是他们之前从来不曾做过的。

Griffin补充说,5G毫米波还带来新的“波束成形和波束控制”。依据信号的可用性(是否有足够的5G小型基地台?),5G系统必须能够利用主波束或切换到旁瓣,以提高信号强度和链路预算。Griffin强调,这种波束成形和波束控制机制使得5G测试更加复杂化。

接下来我们将分享在MWC 2018观察到的5G新方案,期望有助于读者迅速掌握5G的最新发展动态。

联发科技

在5G时代,你可能经常会被问到:“你拿5G智能型手机的姿势对吗?” 061ednc20180402 5G手机的设计师注意到消费者拿手机的方式很不一样。由于5G毫米波RF信号对于障碍物十分敏感,包括使用者的手、头部或鼻子,都可能在无意中阻挡了信号传输。 062ednc20180402 063ednc20180402 MTK_antennaarrays 联发科展示搭载最新5G技术的手机原型

5G毫米波信号并不是静态的;波束成形可以持续地变化。手机需要一组接收5G毫米波信号的天线组件。例如,联发科在MWC展示的5G原型中加进了两个2 x 8的天线组件。天线数组越大,接收效果越好。但天线必须在紧密封装的手机中与电池争夺空间。

华为(Huawei)

华为在今年MWC的展示重点都与5G客户端设备(CPE)有关。 065ednc20180402 该公司发布了一款名为Balong 5G01的5G调制解调器芯片,据称可支持5G的所有频段,包括sub-6GHz和毫米波,以提供适用于多种用途的完整5G解决方案。

华为展示包括5G移动Wi-Fi、5G CPE和5G调制解调器芯片。鉴于华为Balong 5G01芯片的规模,它可能更适于整合至热点,而非5G手机中。它的尺寸太大了。尽管如此,该公司宣称这款芯片将使华为成为“第一家提供包括网络、设备与芯片级功能的端对端5G解决方案。” Huaweiproductlineup 华为展示5G移动Wi-Fi (左)、5G CPE(中间)和5G调制解调器芯片

高通

去年MWC的5G重点在于从理论上讨论5G的潜在应用——从大规模宽带到关键的通讯以及大规模机器通讯。 067ednc20180402 今年,高通(Qualcomm)的展示将转变为模拟5G的测试结果。其模拟建模了德国法兰克福(Frankfurt)和美国旧金山(San Francisco)的实际情况——这两个城市都以现有的基地台位置与频谱分配为基础。

旧金山的模拟基础在于一个执行于800MHz、28GHz频谱的毫米波建模网络。4G的中级浏览速度为71Mbps;到了5G时代,它将跳升至1.5Gbps。对于许多营运商而言,目前的5G都属于“大规模宽带”,以便更快速地浏览网页和下载8K视频。 QualcommX505Gmodem 高通发表自家5G调制解调器芯片——X50

高通列举18家主要的公司都将在2019年发表的5G移动设备中整合其X50调制解调器系列,包括诺基亚(Nokia)/HMD、Sony、小米(Xiaomi)、Oppo、Vivo、宏达电(HTC)、LG、Asus、ZTE、夏普(Sharp)和富士通(Fujitsu)等公司。不过,在这份名单中独缺全球前三大手机制造商——苹果(Apple)、华为和三星(Samsung)。

英特尔

英特尔在其二合一“概念”PC的背面加进了5G和天线数组的设计,引发诸多讨论。这两块模块不仅巨大,而且位于一个不寻常的位置。英特尔一直围绕着5G毫米波进行大量实验,试图解决这个问题。 069ednc20180402 英特尔展示其39GHz 5G RFIC与天线数组

5G毫米波天线数组的布局在基于5G蜂巢式的车对车(V2V)、车对基础设施(V2I)方面将变得更加重要。如果仅仅改变手中的重量就可能很轻易地失去手机信号,那么想象一下以70mph的时速执行任务关键的V2V通讯将面临多大的挑战。

Baljit Singh说,英特尔在MWC展示的车辆中内建4个5G天线数组模块——分别位于这辆SUV的前面、后面以及两侧。“去年我们在东京御台场与Docomo、电装(Denso)和爱立信(Ericsson)合作测试基于5G的C-V2X。它的进展十分顺利,我们很快就可以完成这项任务。” Intel5GC-V2X 英特尔连手Docomo、Denso和爱立信进行基于5G的C-V2X测试

爱立信

爱立信(Ericsson)工程师Daniel Figueiredo展示高通与爱立信合作开发的5G NR试验成果。尽管4G无线信号在3.5GHz频段下能够达到几公里,但他表示,5G毫米波信号只能延伸几百公尺,这意味着营运商必须安装许多小型基地台。 Ericsson_5G Daniel Figueiredo解释5G NR技术

对于5G的关注主要集中在大规模频段上。NTT Docomo智慧ICT平台研究部下城拓也(Takuya Shimojo)藉由爱立信的摊位展示日本营运商的”5G核心“(5G Core)成果。例如,网络切片(network slicing)技术是5G网络实现物联网(IoT)服务的关键。他解释,该技术将根据所需时间与位置以分布式网络提供连接能力,而非传统以垂直分组方式在单一网络中定位网络功能。 072ednc20180402 NTT Docomo智慧ICT平台研究部下城拓也在爱立信摊位展示5G Core成果

是德科技

是德科技展示为5G设计打造的小型天线量测暗室。Michael Griffin指出,5G毫米波本身就很复杂了,再加上5G NR与2G、3G、4G、802.11、免授权频谱共存,带来无止尽的各种频段组合,造成了LTE和5G NR之间的各种问题,包括时间校准、功率传输、信号协调与移动性等。 073ednc20180402 是德科技通讯部门策略规划经理Michael Griffin认为,在5G毫米波时代,最怕找不到5G信号…

OTA测试需要天线量测暗室和设备,为发射机产生已知的模拟毫米波信号,然后分析由喇叭天线撷取的发射信号。是德科技为芯片设计人员提供这样的测试暗室。例如,新创公司Movandi与Keysight合作验证其mmWave前端波束成形设计。针对Movandi,是德科技的Movandi说:“在新创公司的RFIC和波束成形天线数组方面,Movandi似乎比其他公司的进展更早几步。” Keysight_chamber 是德科技展示5G小型天线量测暗室

FCC

美国联邦通讯委员会(FCC)主席Ajit Pai在MWC发展专题演讲中表示,他计划在今年秋天举行毫米波频段拍卖会。更具体地说,他指的是在今年11月将会拍卖28GHz频谱,随后则是针对24GHz频谱进行拍卖。 075ednc20180402 FCC主席在MWC发表专题演讲

美国国会必须在今年5月13日以前通过立法,Pai警告说,延迟国会采取行动可能会“推迟美国5G的未来”。

然而,就算在5月13日失败了也并不一定意味着整个5G的发布会戛然而止。Pai推动毫米波频谱的拍卖计划似乎受到T-Mobile和AT&T等主要营运商的游说行动影响——他们最近不断地敦促委员会拍卖电波。

这些营运商希望透过更多的毫米波频谱与Verizon竞争,Verizon在上个月收购了拥有各种毫米波频谱授权的Straight Path公司。

编译:Susan Hong

本文授权编译自EE Times,版权所有,谢绝转载

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