5G

你正在研究5G的必争之地——射频前端？

发现功率放大器和射频前端模块的测量不是想象的那么简单.别怕！小编这就奉上射频测试技术白皮书,帮你攻克难题。

功率放大器（PA）是现代无线电中不可或缺的射频集成电路（RFIC）之一。无论是作为分立元件还是集成前端模块（FEM）的一部分，PA会显著地影响无线发射机的性能。例如，无线PA的附加功率效率（PAE）在很大程度上会影响移动设备的电池寿命，其线性度会影响接收机解调传输信号的能力。

分立元件与集成前端模块

在GSM和UMTS等技术发展的早期，移动设备通常会为每个GSM和UMTS无线电配备独立的放大器。然而，LTE和WLAN技术的出现以及更多无线电频段的使用推动了对集成化程度更高的射频前端技术的需求。

如今供应商正在尝试将更多设备封装到单个组件中，包括PA、低噪放大器（LNA），双工器和天线开关。因此，现在射频测试工程师的任务通常是测试高度集成的前端模块（如图1所示），而非一个独立的PA。尽管前端模块测试所需的测量与分立组件的测量基本相同，但是测试集成前端模块通常还需要额外的步骤来配置待测设备（DUT）。

上篇微信我们分析了提供新型毫米波FWA服务所需的架构、半导体技术（<a href="http://mouser.eetrend.com/content/2018/100012753.html">技术“硬”货丨5G固定无线接入阵列(FWA)与RF前端之间的权衡取舍(上)</a>），本文我们将继续介绍实现用于基站收发信机（BTS）的混合波束成型技术与全数字波束成型技术的射频前端(RFFE)组件，并还讨论专用于5G FWA市场的GaN-on-SiC前端模块（FEM）设计。

前端半导体选项

下一代5G网络的愿景是：相比现有的4G网络，在容量、覆盖范围和连接性方面实现数量级提升，同时大大降低运营商和用户的每比特数据成本。图1显示了5G技术和网络实现的多项使用案例和服务。5G新无线电(NR)标准化第一阶段的重点是定义一种无线电接入技术(RAT)，利用新的宽带频率分配(包括6GHz以下和24GHz以上的频段)，以实现国际移动通信2020年及之后的愿景展望中提出的大峰值吞吐量和低延时。

<center><img src="http://mouser.eetrend.com/files/2018-07/wen_zhang_/100012753-45284-x1.j…; alt=“图1：5G使用案例” ></center><center>图1：5G使用案例</center>

作为IMT2020主要的候选技术， 5GNR在3GPP的快马加鞭地统一协调下急速前行，按照计划，今年第一个5G标准会冻结，将为运营商提供一套5G初期部署的可行方案。

5GNR 是5G New Radio的简称，是当今通信产业最炙手可热的研究和开发重点，除了企业间的竞争，国家与国家之间的产业政策的竞争也十分激烈，频谱是直接交锋的战场。

貌似5G比4G多1G，可实际上，5G的情怀可比4G大了许多，可以说4G还在量变的最后阶段，5G已经发生了质的改变。按照现在流行的话讲，发生了“结构性”变化。

5G 发展日新月异。从下一代革命性无线技术的模糊概念，到一些可望不可即的目标，再到日趋成熟的用例和技术标准，5G 发展日新月异，目前已具备可实现目标和可实施标准。在这一过程中，5G 展现出与当前蜂窝网络截然不同的特征。

它的用途是什么？

早先，人们经常讨论 5G 将带来的量变： Gbps 级带宽、竞争激烈的城市市场中巨大的面密度、出色的能效等。LTE 仍然有其局限性。而 5G 愿景被认为难以实现。许多应用领域的系统架构师认为 5G 是一种极速、高度可用和可靠的网络，将帮助他们摆脱困境。

希望不以任何光纤或铜线开拓固定宽带接入市场？5G 可实现媲美光纤的速度，能够助您一臂之力。希望不使用 5 公斤的头盔体验移动增强现实？小菜一碟：通过无缝、始终可用的高带宽连接，5G 将帮助您在云中完成所有繁重的计算任务。想要一辆后备箱没有超级计算机的自动驾驶互联汽车？您只需一个 5G 调制解调器，云端会带给您无与伦比的自动驾驶体验（图 1）。希望将物联网 (IoT) 系统的传感器和制动器直接接入互联网？如您所愿。

随着全球物联网的部署数量持续地增加，据羿戓设计所了解，2016-2021年全球物联网端点之复合年均成长率以19.4%的速度高速成长，IDC预估2021年的物联网端点安装数量将高达361亿个，显示物联网市场有着很大的发展机会，此外IDC的研究报告也提出物联网市场的驱动力与潜在阻力。

一、驱动力

(一). 装置容量和宽带需求

简介

我们对高速移动数据的渴求是无止境的。可是在城市环境中可用RF频谱已经饱和，显然需要提高基站收发数据的频谱利用率。

基站包含大量天线，因此，提升基站频谱效率的一种方案是通过这些同一频率资源与多台空间上分离的用户终端同时通信并利用多径传输，故通过基站提升效率是方案之一。这种技术常被称为massive MIMO（大规模多入多出）。您可能听到过massive MIMO被描述为大量天线的波束赋形。随之而来的问题是：何谓波束赋形？

波束赋形与Massive MIMO的关系

不同的人对于波束赋形这个词有着不同的理解。波束赋形是指根据特定场景自适应的调整天线阵列的辐射图。在蜂窝通信中，许多人认为波束赋形是将天线功率主瓣指向用户，如图1所示。调整各天线收发单元幅度和相位，使得天线阵列在特定方向上的发射/接收信号相干叠加，而其他方向的信号则相互抵消。一般不考虑阵列和用户所处的空间环境。这是波束赋形，不过只是它的一种特别实现。

4G 的到来仿佛还在昨日，5G 却已近在咫尺。根据 3GPP 的规划， 5G 的大规模测试和部署，最早将于 2019 年开始。也就是说，最快还有一年多的时间，我们就可以享受到 5G 带来的全新体验。然而作为全球通信标准，5G 的意义当然不局限于网速更快，移动宽带体验更优，它的使命在于连接新行业，催生新服务，比如推进工业自动化、大规模物联网、智能家居、自动驾驶等。这些行业和服务都对网络提出了更高的要求，要求网络更可靠、低时延、广覆盖、更安全。各行各业迥异的需求迫切呼唤一种灵活、高效、可扩展的全新网络。5G 应运而生。

<center><img src="http://mouser.eetrend.com/files/2017-08/wen_zhang_/100007522-24440-1.jp…; alt=“” width="600"></center><center>图 1：5G 的应用领域</center>

人类对高速移动数据的渴求是无止境的。可是，在城市环境中可用RF频谱已经饱和，显然需要提高基站收发数据的频谱利用率。

提升基站频谱效率的一种方案是通过基站内的大量天线实现同一频率资源与多台空间上分离的用户终端同时通信，并利用多径传输。这种技术常被称为Massive MIMO（大规模多入多出）。

您可能听到过Massive MIMO被描述为大量天线的波束赋形。随之而来的问题是：何谓波束赋形？

波束赋形与Massive MIMO的关系

不同的人对于波束赋形这个词有着不同的理解。波束赋形是指根据特定场景自适应的调整天线阵列的辐射图。在蜂窝通信中，许多人认为波束赋形是将天线功率主瓣指向用户，如图1所示。

业界普遍认为，混合波束赋形将是工作在微波和毫米波频率的5G系统的首选架构。这种架构综合运用数字 (MIMO) 和模拟波束赋形来克服高路径损耗并提高频谱效率。
如图1所示，m个数据流的组合分割到n条RF路径上以形成自由空间中的波束，故天线元件总数为乘积m × n。数字流可通过多种方式组合，既可利用高层MIMO将所有能量导向单个用户，也可以利用多用户MIMO支持多个用户。

<center><img src="http://mouser.eetrend.com/files/2017-06/wen_zhang_/100006708-21275-yn1…; alt=“” width="600"></center><center>图1. 混合波束赋形框图</center>