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IT世界|5G时代，PA大战开始( 二 )


RRH位于基站塔顶部 ， 由三个左右的大长方形盒子组成 。 天线单元位于塔顶 。 RRH处理射频信号的转换 ， 而天线发射和接收信号 。
RRH盒内有一组芯片 ， 由发射和接收链组成 。 简单地说 ， 在单元中接收数字信号 ， 然后转换成模拟信号 ， 上变频为射频频率 ， 经过放大、滤波 ， 然后通过天线发送出去 。
“一个相对高端的LTE基站可能有四个发射机 。 ”研究公司Mobile Experts的分析师Dan McNamara说：“在每座基站上 ， 都会有四个功率放大器发出信号 ， 捕捉并发送给客户 。 每一个信号塔上其实有三组基站 ， 都按照信号从塔中辐射出去的方式来处理一个特定的圆圈 。 所以 ， 实际上有12个发射器 。 ”
同时 ， 运营商现在正在部署5G ， 与4G相比 ， 5G有望提供移动网络速度 ， 延迟降低10倍 ， 吞吐量提高10倍 ， 频谱效率提高3倍 。 ASE的研究员Sheng Chi-Hsieh说道：“移动通信系统正在从4G向5G迁移 ， 新的无线电（NR）频段分布在两个定义的频率范围（FR） ， 即FR1:450MHz到6GHz和FR2:24.25GHz到52.6GHz 。 主要面向三大应用 ， 分别是大规模物联网、低延迟和增强型移动宽带（eMBB） ， 分别用于大规模连接、超高可靠性和低延迟以及容量增强 。 ”
每个国家都有不同的5G战略 。 对于5G ， 中国使用3.5GHz作为频率 ， 5G基站类似于4G系统 ， 但规模要大得多 。
IT世界|5G时代，PA大战开始图1：宏基站和天线的演变 。 来源：5G美国
与4G中的12条传输链不同 ， 5G中有32条或64条传输链 。 “5G中的等效系统将在每个无线时间内有32或64个功率放大器 ， 这需要大量的元器件 。 ”McNamara说道 。
下一步是将部分或全部RRH集成到天线中 ， 这些综合基站利用大量的MIMO天线系统 。 结合微型天线、大规模MIMO、波束成形技术等与用户通信 。
与此同时 ， 在美国 ， 5G是碎片化的 ， 一些电信公司正在部署更快版本的5G ， 使用28GHz的毫米波频率 。 如今 ， 毫米波仅限于固定无线业务 ， 这将是一个面临各种挑战的利基市场 。
当运营商开始部署3.7GHz的C波段技术时 ， 美国5G的大规模部署将出现 ， 但C波段部署的时间尚不清楚 。
GaN与LDMOS
一般来说 ， 5G基站将采用基于GaN的高频率功率放大器 ， 而LDMOS在较低波段中 。
多年来 ， 基站采用了基于LDMOS晶体管技术的功率放大器芯片 ， LDMOS晶体管是一种类似MOSFET的横向器件 ， 它有一个源 ， 一个闸和一个漏 。
LDMOS与MOSFET略有不同 ， 源极与晶圆背面的P+衬底相连 ， 这使得晶片背面成为晶体管的源极连接 ， 包括Ampleton、NXP等公司都在销售LDMOS产品 。
以硅为基础 ， 在200mm晶圆厂中加工LDMOS ， 制程为0.14μm 。 LDMOS晶体管用于开发基站标准Doherty功率放大器芯片 ， Doherty功率放大器架构有两个放大器部分 ， 使系统的效率更高 。
LDMOS仍在不断改进 ， 但可以说它在2GHz以上的频率上遇到了问题 。 Cree公司Wolfspeed部门的副总裁兼射频产品总经理Gerhard Wolf说：“历史上 ， GSM的频率是900MHz ， 然后是1.8GHz和2.1GHz 。 在这些传统频段 ， LDMOS占主导地位 。 然后 ， 你还拥有2.69GHz频段7和41 ， 并不断提高 。 与LDMOS相比 ， GaN在更高频率下的效率更高 ， 尤其是在3.5GHz水平上的效率更高 。 ”
GaN是一种宽禁带技术 ， 宽禁带是指电子从轨道上挣脱所需的能量 。 GaN的带隙为3.4ev ， 而硅仅为1.1ev 。
与其他技术相比 ， GaN器件具有更好的特性 ， 实现更高功率 ， GaN还可以实现更高的瞬时带宽 ， 这意味着系统中需要的放大器更少 。
但是射频GaN比LDMOS昂贵许多 ， 同时线性度也是射频GaN的一个问题 ， 这涉及到功率放大器在不失真的情况下放大信号的能力 。


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