PCB新聞 - 亞6GHz 5G網絡的電晶體科技發展趨勢

新冠肺炎的爆發給全球供應鏈帶來了挑戰. 但在此之前, RF和 微波電晶體工業 已經面臨巨大阻力. 蜂窩通信市場, 尤其是手持設備, 占化合物電晶體收入的50%以上. 十多年了, 此應用程序一直是業界的强大推動力, 但現在一些後續行動很薄弱. 2019年射頻砷化鎵設備收入下降, 主要原因是智能手機出貨量下降. 然而, 化合物半導體產業的前景依然光明. 這一樂觀估計主要源於 5G網絡 和設備. 這一新標準有望成為整個半導體行業的增長引擎.
5G市場
2019年以來, 無線運營商一直在部署 5G網絡 和設備, 囙此，人們應該熟悉5G願景的3個覈心. 圖1簡單地顯示了它的主要組件和這3個項目可以實現的功能. 運營商和設備製造商將面臨的挑戰是實現這些場景的及時性和範圍.
5G實際上是一個被廣泛使用的不準確術語. 它可以指獨立和非獨立兩種形式. 後者使用現有的LTE覈心和信令網絡組網. 此外, it is also divided into millimeter wave frequency band (also known as "FR2" or "high frequency band") and sub-6GHz frequency band (also known as "FR1", consisting of "low frequency band" and "mid frequency band"). 3GPP行業標準組織正在加緊5G標準化工作，修訂Rel-15； 同時, Rel-16/17標準將側重於5G的其他方面，預計將在2022年底前獲得批准.
除了不斷提高科技標準, 大家普遍關注5G商業模式. 運營商如何區分5G和LTE網絡? 5G網絡能否實現全部或一小部分願景?
5G network Sub-6GHz frequency band
Deploying a new generation of wireless networks is an expensive project, 囙此，運營商正在努力開發5G應用程序並將其貨幣化. 雖然每個人都在5G願景的3大場景上投入了大量的研發工作, 的早期階段 5G市場ing mainly focused on enhancing mobile broadband (eMBB). 運營商在網絡覆蓋率和速度上相互競爭, 這也間接影響了亞6GHz的網絡架構和科技.
Disadvantage
If you want to compare speed or capacity, 那麼5G網絡的6GHz以下頻段將不會立刻佔據主導地位. 這是香農-哈特利定律的附帶結果. This law describes the theoretical value of the maximum data rate that can be transmitted in a specific channel bandwidth:
C = B*log2 (1+SNR)
Among them, C is the limit of channel capacity (bit/s), B is the channel bandwidth (Hz), SNR是信噪比.
儘管世界各地每天都在分配新的低於6GHz的頻段, 這些頻帶的頻寬只能以數十或數百MHz為組織進行量測. 在毫米波段, 頻寬通常為GHz級. 與毫米波相比, 這是亞6GHz網絡的根本缺點. 圖2顯示了易立信如何認為現有LTE網絡應該發展到覆蓋範圍最佳的5G, 容量和效能. 混合網絡結合了現有的2G/3G/4G標準和頻段, 以及5G亞6GHz和毫米波段. The entire evolution process begins with carrier aggregation (CA) in different LTE frequency bands. The evolved network has dual connectivity (DC), 其中下行連結在覆蓋更多通道頻寬的5G子6GHz頻段上運行, 當上行連結訊號保留在LTE網絡中時. 最後, 該網絡陞級為一種型號，包括在低於6GHz和毫米波頻段上的CA和DC的多種組合.

Advantage
The ideal situation for operators to upgrade their LTE network to a fully functional 5G network. 這一演變過程涉及多個頻段和標準, 以及CA和DC, 導致實施複雜而昂貴. 雖然網絡的子6GHz部分存在通道頻寬不足的問題，並且新增了混合網絡的複雜性, 它還為5G網絡帶來了許多好處.
低頻段的一個主要優點是訊號傳播特性. The 路徑損耗 of the transmitted signal increases with the increase of frequency in a multiple relationship of 20log10(f). 在相同距離的情况下, 28GHz的訊號損耗比700MHz高32dB. 考慮到基站的恒定最大發射功率, 這種高頻段下新增的路徑損耗極大地限制了28GHz設備的覆蓋範圍. 而且, 與毫米波訊號相比，亞6GHz訊號具有更低的建築穿透損耗. 這對於部署 5G網絡 在大都市地區.

在多輸入多輸出（MIMO）科技和大規模MIMO天線的應用中，亞6GHz網絡也具有明顯的優勢。 MIMO依賴於基站和用戶終端中的多個發射機和接收機。 因為散熱器是分開的，所以傳輸的訊號沿著不同的路徑到達接收器。 使用空間分集和複用科技，再加上單通道多資料流程和多通道傳播，可以提高訊號魯棒性（信噪比）和資料速率。

這種MIMO天線架構將成為大多數5G網絡的支柱，因為如果等式1中的通道容量近似為一階，MIMO天線可以將其新增n倍（n等於天線輻射器對的數量）。 在3GPP之前發佈的標準版本中，天線結構僅限於8T/8R配寘，即8個發射機和8個接收機。 術語“大規模MIMO”（mMIMO）也非常普遍，但現在它基本上意味著發射機的數量遠遠超過8個。 在當前5G部署中，我們可以看到mMIMO基站和接入點的每個天線最多有1024個散熱器。

mMIMO在Sub-6GHz上的實現 毫米波PCB 是不同的, 導致架構和設計標準的細微差异. 低於6GHz的訊號比毫米波訊號具有更長的波長, 囙此會發生更多透射反射. 這可以創建更豐富的多徑傳播環境，並發揮MIMO的優勢. 此外, 建立和維護最佳無線連結需要瞭解通道狀態資訊, 其中包括處理和更新散射等參數資訊, 衰退, path loss, 和阻塞. 上述操作在低於6GHz的頻帶中更具可重複性, 從而為訊號傳播提供更有利的環境.