[分享] 从基站到终端，端到端 5G 射频前端解决方案

btty038 2019-12-22 22:11 楼主

5G 的到来会给射频前端带来巨大的影响，在 5G China 2019 大会上，Qorvo 亚太区市场高级经理 Lawrence Tao（陶镇）分享了题为《从基站到终端，Qorvo 端到端5G射频前端解决方案》的演讲。

Qorvo 亚太区市场高级经理 Lawrence Tao（陶镇）

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首先，在移动设备端，如下图所示，在未来三年，移动设备中的射频前端市场会跃升到200亿美元，而 5G 会在当中扮演一个非常重要的动力角色。根据 Lawrence 的观点，这主要是由 5G 的频率和速率的转变、应用场景的改变带来的结果。

他举例说到，到了 5G 时代，需要4个下行的 MIMO，2个上行的 MIMO，这是 4G 时代的一倍，加上 3.5Ghz 和 4.8Ghz 频段的增加，这就需要更多更强的射频前端器件来满足这样的需求，这样就催生了移动设备端的 RFFE 机会。

Lawrence 同时表示，相对于 4G 的 64QAM，5G 要求有 256QAM，这就给 PA 提出了新的难题；又因为 5G 有了新的频谱，还要兼容 4G 的载波聚合，这就需要更多更好的射频器件来满足需求。

再者，5G 时代，手机都走向了全面屏，这就压缩了手机原来的 PCB 板和天线的尺寸，这就要求射频器件在更小的空间实现更多的功能；此外，在 5G 里面，手机需要支持更高的功率，射频前端非常复杂，这就造成射频前端的损耗特别大，这就需要更大的功率才能来满足需求。

“从2020年开始，移动终端里面的射频半导体容量都是以每年10亿美元的频率增加”，Lawrence 补充说。“到 5G 时代，这些射频器件的集成化会越来越高，这主要是由上述的移动设备的形态的改变所引发的”，Lawrence 强调。

从 Lawrence 的介绍我们得知，在2010年，每个射频前端模组里只有四个晶圆，只集成了简单的 PA 和开关等主动器件；而到了2016年，除了 PA 和开关等主动器件外，还集成了如滤波器这样的被动器件，单个模组里面集成的晶圆也高达了十几个；到2020年的 5G 时代，我们还需要集成更多的 PA，更多的双工器，支持更多的 5G 频段。

除了移动端，5G 给基站的射频前端也带来了巨大影响。

如上所示，2017年，基站射频市场总额只有4亿美金，但到了2022年，这个数字将飙升达到16亿。这主要的增长动力是来自 5G 宏基站所需的大规模的天线阵列，MIMO（例如32、64，甚至128通道），毫米波（需要512通道，甚至1024通道的天线阵列），尤其是毫米波，更将给射频带来巨大的成长机遇。

“这就给 GaN 工艺带来了机会，因为相较于其他工艺，它有更高的效率和功率。我们认为 GaN PA 会越来越重要，在未来的移动基础设施的基站里面会有非常大的需求”，Lawrence 表示。而从下图我们也可以看到，在 5G 基站中，GaN 的采用率会越来越高。

为什么 GaN 会在未来受到欢迎？我们可以从 Lawrence 所举的一个例子中找到答案。

如下图所示，在同等 65dBm 发射功率的前提下，与使用 SiGe 打造的 MIMO 天线阵列相比，使用 GaN 工艺打造的 MIMO 天线阵列在功耗方面降低了40%，在 die size 方面降低了94%，而在成本方面降低了80%。这在 5G 时代，尤其是毫米波时代带来的优势非常明显。因为后者需要很多的基站布置才能满足信号覆盖需求，而 GaN 带来的布局优势是显而易见的。