5G前瞻:利用反向思维迎接5G挑战

贸泽电子设计圈 2020-05-08
第五代(5G)无线技术有望借助移动网络实现全球互联。我们将一起了解创新的5G技术为支持超高速通信而实现的革命性飞跃,以及贸泽的关键电子元器件供应商如何为这一进程提供支持。


未来的连接
拥有长远技术眼光的史蒂夫·乔布斯(1955–2011)对丹麦哲学家索伦·祁克果(1813–1855)富有哲理的名言进行了拓展,祁克果的原话是:“要理解人生,需要往后看;要过好人生,必须往前看。”乔布斯将这个概念应用到了技术领域,他说:“你在向前展望的时候不可能将点点滴滴串连起来;你只能在回顾的时候将它们串连起来。所以你必须相信,这些点滴能够在未来的某一天串连起来。”
是的,未来这些点滴必定能更紧密地连在一起。而关于如何连接则需要反向思维。
第五代(5G)无线技术将确保未来的移动网络可以实现全球互联。可以这样说,我们的未来是超级连通的未来,彼时机器、电脑、机器人和人都将通过接口连接在一起。

本文将简要介绍创新的5G技术为支持超高速通信而实现的革命性飞跃,以及贸泽的关键电子元器件供应商如何为这一进程提供支持。作为工程师,我们现在正应该开动脑筋,进行反向思考,研究我们的无线通信基础设施如何对性能提出更高要求以满足未来的需求。



竞争已经开始
率先进入市场能为企业带来巨大的竞争优势。重要的网络服务提供商、手机制造商和元器件制造商都已经意识到了尽早入场的必要性。美国的Verizon和AT&T在内的服务提供商最近已宣布在部分城市开始支持5G服务,每月继续向更多城市推进的扩张计划也已完成制定。T-Mobile和Sprint将紧随其后。
包括摩托罗拉和三星在内的手机制造商也已提供符合即将到来的5G功能要求的硬件设备。电信设备提供商正在调整其产品,以满足即将到来的新要求。为做到稳妥周全,本文稍后将对电子元器件制造商如何应对不断变化的竞争格局进行探讨。
一个需要高度关注的议题是从固定无线接入点向5G移动非独立组网(NSA)和5G移动独立组网(SA)的转移。NSA将采用基于4G长期演进(LTE)核心的5G移动设备,而SA将得到5G特定核心的支持。

通往5G的道路
5G是当前所采用4G技术的自然演进。它具备可信的潜力,能够处理和管理比现有技术多三个数量级(103=1,000x)的数据和信息。它不仅代表了无线连接技术的演进,还代表了近乎瞬时的全新连接速度。
3G为用户提供了移动万维网访问,而4G让用户可以进行社交连接。但是,5G带来的互联新高度将催生众多应用,改变我们生活、工作和休闲的方式。它将为物联网(IoT)注入无限活力。这项技术革命将围绕能够支持新应用的无线基础设施而展开,这些新应用包括能够顺利驾驶并绕开障碍物的自动驾驶汽车等等。工业将通过工业物联网(IIoT)实现转变,其中机器人和工业自动化水平将提升至新的高度。工作和休闲方面也将出现各种令人兴奋的应用,如增强现实 (AR)、混合现实(MR)、虚拟现实(VR)和扩展现实(XR)。
5G进程中的一项关键内容是为确保这一全新基础架构安全、可靠且高效而制定的一组标准。第三代合作伙伴计划(3GPP)组织致力于保证这些标准的有效性。3GPP内部的技术规范组 (TSG)负责处理与无线接入网(RAN)、服务和系统方面以及核心网络和终端(CT)相关的问题。5G新无线电(NR)规范于2017年底部署。5G-1期与当前现行的Release 15相关联。与Release 15并行但将于晚些时候全面部署的是Release 16,它将实现5G-2期( 图1 )。

图1:3GPP的标准发布时间表显示了5G Release 15和Release 16的分期部署,这些版本预计将截止到2020年完成。(信息来源:3GPP)


5G资讯
现在让我们来看看5G推动连接技术发展的一些具体技术方法。
1
设备连接
5G的超宽带功能将增强移动宽带。它将允许更多设备接入互联网而不会造成问题,从而推动物联网的爆炸式增长。支持实现每平方公里(km2)>100万(>106)台设备的计划现已制定完成。
2
速度
与目前50Mbps的连接速度相比,5G的连接速度要快得多,具有保证1Gbps到10Gbps数据传输速率的潜力。下载速度也会提高。
3
延迟
延迟(数据传输开始前的时延)也会得到改善。时延将会降至1ms以下,这是至少>10倍数量级的改善,有助于实现可靠的低延迟通信。由于有了低延迟且快速移动的实时设备,自动驾驶汽车等应用将有能力比人类更快地实现本地处理、决策和响应。
4
频谱效率
通过新型的多输入多输出(MIMO)天线和相关技术,5G更高的频谱效率将使更多数据能够在指定频率下传输。
5
电源效率
5G强大的网络处理和控制能力将显著提高网络的电源效率,从而在降低每位数据传输能耗的同时完成更多的数据传输。尽管设备密度高并且数据流量大,但预计5G网络总体功率将低于当今水平。更低的功耗还将延长现场设备的电池寿命,确保用户在初次安装后不会因现场更换问题而难以应对。
6
吞吐量

考虑到各个方面相互之间的作用,前述所有事实都意味着5G数据吞吐量将呈爆炸式增长。高吞吐量需要高水平的基础设施提供支持,以确保顺畅运行。



5G元器件:现状概述
贸泽电子是业界知名的授权电子元器件分销商,致力于满足工程师设计和供应链的元器件需求。贸泽电子分销业界知名制造商的新技术产品,通过积极引入新品来支持5G应用。让我们来看一下部分企业如何集中力量支持即将到来的5G基础架构。(注:该列表并不全面,仅用作示例。以下公司按其名称字母顺序排列。)

01

Analog Devices Inc.(ADI)以追求创新、性能和卓越为使命,是一家历史悠久,成长迅速的技术公司。ADI在业内被公认为是数据转换和信号调理技术的世界知名企业,另外还从事射频(RF)和电源产品的生产。该公司的5G相关业务主要集中于放大器、时钟和计时、数据转换器、接口、隔离、微控制器单元(MCU)、电源管理、RF、传感器和无线连接的开发与供应。在5G领域,ADI将推出带JESD204B接口、速度为10.25GSPS的12 位、RF模数转换器(ADC)。其高速转换器包括AD9208(带JESD204B接口的双通道14位3GSPS ADC)和AD9176(16位12GSPS RF DAC,每通道数据速率为3GSPS)。ADI的ADF5356微波宽带合成器可用于实现锁相环(PLL)/压控振荡器(VCO)。

HMC8191/HMC8192混频器支持中频设计。ADMV1013/ADMV1014是上/下变频器。ADRF5024/5 SPDT开关可提供高隔离和低插入损耗,而ADL5920射频检测器提供正向和反向功率以及回波损耗的测量。



02

Intel始终致力于让美妙绝伦的未来体验成为现实。如果一项技术具有智能性和互连性,那么Intel所关注的就是不断增长的互连世界中对这项技术的未来需求-从网络到云,再到设备。这家公司正在投资兑现自己“永远在线”的5G连接承诺。Intel还提供现场可编程门阵列(FPGA)、片上系统(SoC)、复杂可编程逻辑器件(CPLD)和补充技术(如电源解决方案),为世界各地的客户提供高价值解决方案。Intel通过软件定义网络(SDN)和网络功能虚拟化(NFV)为专用网络带来了转变,使其在敏捷性、灵活性和可扩展性方面得到提升,从而成为了5G标准创建领域公认的领导者,为5G扩展搭建了舞台。现在,该公司正在与各种生态系统和垂直行业伙伴合作,进行5G标准和解决方案的定义、原型开发、测试和交付。从互联汽车到AR/VR、智能家居、工业应用和城市,Intel为实现下一代无线产品和服务提供了无可匹敌的规模、创新以及专业知识。



03


Micron Technology(Micron)是创新内存和存储解决方案的行业知名企业。该公司广泛的高性能内存和存储技术组合包括动态随机存取存储器(DRAM)、与非(NAND)/ 或非(NOR)闪存和3D XPoint™内存,正在改变世界利用信息以丰富人们生活的方式。Micron的内存和存储解决方案大力推动云端、数据中心、网络和移动接入等主要细分市场的发展创新,其中包括人工智能(AI)、机器学习和自动驾驶车辆等。Micron的3D与非门 (3D-NAND-gate)技术有望成为数据中心的一项资产。预计该技术将为数据存储密度的增加提供必要支持,从而使数据中心能够提高吞吐量并降低成本。更快的访问速度还可以更轻松地实现5G的低延迟和高速度。



04


NXP Semiconductors(NXP)为更加智能的世界提供安全连接与基础架构产品,推动解决方案的发展以使生活更轻松、更美好、更安全。作为嵌入式应用安全连接解决方案的世界知名企业,NXP正在推动安全互联车辆、端到端安全和隐私以及智能连接解决方案市场的创新。该公司是蜂窝技术芯片组的知名提供商,并且是该项技术在诸多领域的创建者。该公司很快将开发并提供种类丰富的数字网络处理器、安全接口和系统管理产品、高性能RF (HPRF)功率放大器以及智能天线解决方案。



05


Qorvo现可提供下一代射频智能元器件和解决方案,将人、场所和事物以更快速度、跨更远距离、通过更加可靠的方式连接在一起。Qorvo始终关注您的需求,致力于打造更加美好的互联世界。Qorvo通过各种射频连接解决方案推动5G部署,为不断增长的移动数据提供支持。其用于无线基础设施和移动设备的强大射频产品组合包括功率放大器(PA)、移相器、开关、集成模块和其他高性能射频解决方案。与5G相关的新发布产品包括带有集成SPDT开关的QPC100029–31GHz移相器、QPF4001GaN MMIC(单片微波集成电路)前端模组和针对28GHz相控阵5G基站和终端的多功能设备模块。



06

Skyworks Solutions(Skyworks)正在推动无线网络革命。作为无线前端解决方案的主要提供者,Skyworks是互联互通领域的专家。该公司通过提升自身技术佔前地位和扩大产品覆盖面来支持世界上众多最先进通信平台的功能,从而推动5G演进。Skyworks是业界最有影响力的标准化组织(包括欧洲电信标准协会(ETSI)和3GPP)的成员和关键贡献者,这些组织参与了对新兴5G应用至关重要的规范的制定。Skyworks主要专注于蜂窝5G手持设备和必要的5G基础设施。该公司的5G相关产品包括Skyworks Solutions PIN Diode Limiters,这一系列产品在无线或其他射频系统中用作无源接收器的保护器。



07


Silicon Labs是提供芯片、软件和解决方案的知名供应商,致力于打造智能化和连接程度更高的世界。在5G方面,Silcon Labs主要关注MCU、无线、传感器、计时和隔离产品与解决方案。



081


STMicroelectronics(ST)提供电源管理解决方案;种类繁多的微控制器、传感器以及连接和安全解决方案;以及接口和收发器、保护设备、RF前端和模拟元器件。拥有碳化硅(SiC)技术坚实基础的ST还在推动RF硅上氮化镓(GaN-on-Silicon)的发展,以实现未来高性能5G网络。



09


TE Connectivity (TE)提供的连接与传感器解决方案对于当今日益紧密连接的世界至关重要。TE相信每个连接都很重要。为了支持5G进程,TE Connectivity专注于必需的连接器、继电器、无源元件、传感器、端子和接头以及线缆。



10

Texas Instruments(TI)是模拟和数字嵌入式应用及处理半导体解决方案领域的一家知名企业。TI通过放大器、时钟和计时、数据转换器、接口、隔离、MCU、电源管理、RF、传感器和无线连接产品为5G提供支持。该公司当前支持5G的部分产品包括LMG3410R070600V 70mΩ GaN功率级以及电源管理产品LM5045和LM5036开关控制器。



结论
整个世界未来的连接一定会比过去更加紧密。
5G无线技术将确保未来的移动网络可以把我们所有人关联在一起。
超高速通信是创新的5G技术带来的革命性飞跃,而致力于为我们的未来开发先进技术和产品的电子元器件制造商正在将其变为现实。当他们的工程师团队回顾以前的技术局限性时,我相信他们可以将这些点滴串联起来,这样我们就无需重新回顾。做好准备,我们将迈向超级连通的未来。


作者:Paul Golata

Paul Golata于2011年加入贸泽电子。作为高级技术专家,Paul通过推动战略领导、战术执行以及先进技术相关产品的整体产品线和营销指导,为贸泽的成功做出了突出贡献。他通过撰写独特而富有价值的技术内容为设计工程师提供最新的电气工程信息和趋势,帮助贸泽电子成为大家最青睐的电子元器件分销商。
在加入贸泽电子之前,Paul曾在Hughes Aircraft Company、Melles Griot、Piper Jaffray、Balzers Optics、DSU和Arrow Electronics的制造、营销和销售相关部门担任过多种职务。他拥有伊利诺伊州芝加哥市德锐理工学院(DeVry Institute of Technology)的电机工程学士学位;加利福尼亚州马里布市佩珀代因大学(Pepperdine University)的工商管理硕士学位;德克萨斯州沃思堡市西南浸信会神学院(Southwestern Baptist Theological Seminary)的神学和商业领导力双硕士学位以及西南浸信会神学院的博士学位。

该发布文章为独家原创文章,转载请注明来源。对于未经许可的复制和不符合要求的转载我们将保留依法追究法律责任的权利。

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