Page 14 - 网络电信2021年6月刊下

运 营 商 动 态
和试验验证，业界已经基本明确5G毫米波适合部署在相对空旷无
[5]
遮挡或少遮挡的空旷环境 。
（1）行业专网：5G毫米波系统与MEC、网络切片等技术相结
合，满足行业客户低时延、大带宽、安全隔离的需求，为用户
提供高速率+ 高保障+本地化的应用解决方案。
（2）业务分流：与5G中低频率混合组网，吸纳中低频流
量，向体育场馆、展示区域等热点区域提供业务分流，为用户
提供灵活的流量配置方案。如即将在2022年冬奥会向观众提供
数字化观赛体验的智慧观赛、智慧场馆等业务。
（3）回程（Backhaul）链路：5G组网中，通过毫米波向宏
蜂窝基站与小区基站间提供回程链路，为运营商迅速部署和开
通5G服务提供解决方案。
二、5G毫米波终端实现影响因素
5G系统Sub-6GHz和毫米波频段在协议层的设计保持了基本
一致，使得毫米波终端实现的关键因素集中在终端因新增高频
通信功能所带来的基带芯片、射频器件、高频天线和设计等方
面的实现挑战。
1. 芯片和器件
2018年市场已出现第一代毫米波芯片，主要支持欧美广泛
使用的n260和n261频段-2019年出现的第二代毫米波芯片已能够
支持毫米波全频段。目前高通的第三代5纳米制成工艺的5G基带
芯片X60已可支持NR毫米波与Sub-6GHz的双连接和载波聚合，并
同时支持毫米波频段100MHz单载波带宽和最大800MHz下行聚合
带宽和400MHz上行聚合带宽-毫米波基带芯片是我国5G产业链上
的薄弱环节，急需突破以满足产业要求。
终端射频前端主要器件也需满足毫米波频段高阶调制方式
及多用户通信等需求。高频功率放大器、低噪声放大器需要进
一步提升和改善输出功率、功率效率及线性度等性能；锁相环
系统需要进一步改善其相噪及调谐范围等性能；滤波器需要提
升其带宽、插入损耗等性能；AD/DA转换器至少需满足1GHz的信
道带宽的采样需求，并提升精度和降低功耗；新型的高频阵列
天线需满足高增益波束和大范围空间扫描等方面需求。
与Sub-6GHz终端射频前端多采用分立器件不同，毫米波终
端射频前端一般采用集成器件提高集成度并降低高频损耗。器
件集成度的进一步提升对材料工艺方案、天线及终端整机设计
提出了更高要求。
2. 工艺方案
5G毫米波终端射频器件频率、集成度等特性，反映到芯
片器件的工艺上呈现不同的需求。目前制造支持低频段的射频
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前端器件的材料主要为CMOS为主的硅基工艺，在毫米波频段
为提升器件的高频物理特性，一般采用化合物工艺，如砷化镓
GaAs、氮化镓GaN、磷化铟InP等。化合物工艺比硅基工艺具有
更低的噪声系数、晶体管截止频率和更强功率。图2展示了毫米
波通信终端在芯片、器件和工艺领域涉及的主要组成。
基带芯片：主要是高速数字信号处理，通常与GPU、CPU集成
为SoC，一般工作在中频，通常由先进制成的Si-CMOS工艺设计。
硅基毫米波芯片：主要包括AD/DA、混频和信号放大和波束
赋形等模块。得益于近年来消费电子对高集成度系统的需求，
促进了具有低成本优势的硅基工艺不断进步，芯片商可根据毫
米波系统架构设计制造低功耗多通道的收发系统芯片。
功率芯片：主要包括功率放大器、低噪声放大器和开关
等，是毫米波系统射频前端与低频段射频前端差异最大的核心
器件，其性能直接影响系统通信质量。终端厂商既可以选择成
本较低但实现复杂度高的硅基芯片，也可以采用性能优异但成
本较高的化合物芯片。
阵列天线：由于毫米波射频前端与阵列天线间的互联端面
对高频极度敏感，业界通常是将前端等有源器件如PA等直接集成
在阵列天线背面形成一体化封装，封装集成天线（AiP,Antenna
[6]
in Package）技术得到了迅猛发展 。工艺制成技术中，应用最
广泛的的硅基CMOS工艺已经进入7nm以下制成的节点，但技术主
要集中在欧美与中国台湾地区企业，国内如中芯国际等企业的
制成还相对落后。与之形成差异的是，国内在化合物半导体方
[7]
面具有一定的产业基础，与国外技术相差并不大 。
3. 高频天线
毫米波终端设计通常需要将毫米波和中频频段涉及系统分
离以提高系统稳定性。高频天线的设计需要同时满足天线峰值
增益、空间覆盖、双极化辐射、多频带覆盖和尺寸体积等多项
[8]
需求，从而使天线与芯片的一体化封装集成成为必然 。目前
AiP技术发展较为成熟，如高通从2018年开始就以每年一款的速
度连续推出三款5G毫米波AiP天线模组。
5G毫米波终端天线模块的设计，需要保证终端不论方向和手
持位置，都能得到不同天线模块的有效覆盖，在发送和接收期间
均能够保持足够的链路裕量。解决这个问题的主要方法通常是在
5G毫米波终端内的不同位置放置多天线模块，从而提高5G毫米波
通信的鲁棒性。如终端使用过程中个别毫米波天线模块在通信时
被人体遮挡，通过激活终端上的另一个天线模块即可快速发现并
切换到另一条新的传输路径上，从而保证无线链接的稳定。
上述分析中涉及的芯片器件、工艺和天线等细分领域，国
内整体上落后于美国，特别是高频器件方面的产业化水平明显
网络电信 二零二一年六月