集成電路基板 - 利用GaN實現6GHz以下5G大規模MIMO

氮化鎵科技在6GHz以下的5G應用中發揮著重要作用，可以幫助實現許多目標，包括更高的資料速率。

預計到2.021, the number of people with mobile phones (5.5 billion) will exceed the number of water users (5.3 billion). 佔用頻寬的視頻將進一步新增對移動網絡的需求, 占移動通信流量的78%. 1 5G networks using massive multiple input and multiple output (MIMO) technology will become the key to supporting this growth. 根據戰畧分析預測, 到2023年, 5G移動連接預計將從2019年的500萬增長到近5.77億. 2
MIMO基礎知識
每一代無線技術都利用天線科技的進步來提高網絡速度. 3G使用單用戶MIMO, 它使用多個同時的資料流程將數據從基站傳輸到單個用戶. 4G系統主要採用多用戶 MIMO科技, 將不同的資料流程分配給不同的用戶, 並提供比3G更好的容量和效能. 5G將引入大規模MIMO以進一步新增容量，並提供高達20Gb的資料速率/s.
5G massive MIMO description
5G claims to be able to increase network capacity and data rate while reducing operating expenses as much as possible. 用戶還希望無線資料服務的質量能够達到有線水准.
5G大規模MIMO可以幫助運營商實現這些目標. 它將為許多用戶提供高資料速率，並有助於提高容量. 它不需要額外的頻譜來支持實时多媒體服務. 此外, massive MIMO utilizes beamforming (a technology that aggregates signals from multiple antennas into a single strong beam) to send signals directionally to a single user, 從而降低能耗.

Advantages of spatial multiplexing and massive MIMO
Massive MIMO科技 uses a large antenna array (generally composed of 64 dual-polarized array components, at least 16) to achieve spatial multiplexing. 空間複用在同一資源模塊中提供多個並行資料流程. 通過擴展虛擬通道的總數, 它可以提高容量和資料速率，而無需添加額外的塔和頻譜.
在空間複用中, 每個空間通道承載獨立的資訊. 如果傳播環境中的色散足够豐富, 許多獨立的子通道將在相同的分配頻寬中生成, 囙此，無需額外的頻寬或功率成本即可實現多工增益. 複用增益還指訊號空間分佈的自由度； 在大規模MIMO配寘中, 自由度控制系統的總體容量.

在採用大規模MIMO後，多天線將發送和接收訊號集中到一個小的空間區域，從而大大提高輸送量和能效。 資料流程越多，資料速率越高，輻射功率的利用效率就越高。 該方法還提高了連結的可靠性。 天線的新增意味著空間分集的自由度更高。 它可以提高發送和接收資料流程的選擇性，增强消除干擾的能力。

大規模MIMO提供了幾個優勢，包括：

防止在不必要的方向傳播並减少干擾

–减少延遲，獲得更快的速度和更高的可靠性

减少衰减和下降，提高信噪比（SNR）

–提高頻譜效率和可靠性

–更高的能效

5G大規模MIMO和部署在6GHz以下

顯然，要實現5G 20Gb/s的資料速率目標，需要毫米波頻譜。 然而，在毫米波可以用於移動通信之前，必須解决幾個關鍵挑戰。

儘管運營商和原始設備製造商繼續努力改進毫米波科技, 短期內, 6GHz以下頻率將是5G網路技術的首選. 6GHz以下的頻率適用於農村和都市地區, because the technology supports long-distance high-speed data transmission (Figure 3). 運營商最初打算在3個頻率範圍內部署5G,300至4,200 MHz和4,400至5,000兆赫, 支持高達100 MHz的通道頻寬.
6GHz以下的大規模MIMO通過在基站中使用大量天線來解决干擾問題, 使基站能够向都市地區的大量用戶提供服務. 大規模MIMO還可以改善峰值, 平均的, 和邊緣輸送量, 通過實現用戶覆蓋率和容量之間的最佳平衡，最大限度地提高成本效率.

如果沒有系統設計挑戰, 這些技術進步不會發生. 6GHz以下的大規模MIMO波束形成科技將促進小型, 高性能, cost-effective power amplifiers (PA) in massive MIMO陣列. 此外, because 5G modulation mechanisms are becoming more and more complex (such as 256-QAM), wireless infrastructure PAs need to be very efficient under deep power output backoff conditions (up to or more than 8dB) to achieve the required linearity.