今年早些時(shí)候，思科 (Cisco) 發(fā)布了其更新版的視覺(jué)網(wǎng)絡(luò)指數(shù)[1]，預(yù)測(cè)在 2017 年至 2022 年期間，移動(dòng)數(shù)據(jù)流量將增長(zhǎng)七倍，達(dá)到每月 77.5 艾字節(jié) (EB)。這相當(dāng)于通過(guò)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)了存儲(chǔ)在 190 億張 DVD 上的數(shù)據(jù)。而且是每個(gè)月。
如今，這為移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商帶來(lái)了巨大的商機(jī)。但它也預(yù)示著一項(xiàng)挑戰(zhàn)，即以合理的速度來(lái)回傳輸所有這些數(shù)據(jù)的能力。因?yàn)椋粌H是數(shù)據(jù)絕對(duì)量是趨勢(shì)，同時(shí)也包括未來(lái)應(yīng)用的類型，如增強(qiáng)現(xiàn)實(shí) (AR) 和車輛對(duì)車輛 (V2V) 的通信等，這些都需要更低的延遲和更高的帶寬。這一需求將被下一代蜂窩通信標(biāo)準(zhǔn) 5G 所滿足。
5G 在三個(gè)頻段
高頻：這一頻率高于 24 GHz 的最高頻段，需要技術(shù)創(chuàng)新、重新設(shè)計(jì)和新型材料，因此運(yùn)營(yíng)商將需要付出比其他兩個(gè)頻段更高的成本。
中頻：在sub-6 GHz 的頻率下，中頻對(duì)目前的 4G 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了重要升級(jí)，并采用了當(dāng)今的創(chuàng)新器件技術(shù)，如碳化硅基氮化鎵 (GaN-on-SiC) 器件，將大大減少了對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的修改。物料清單 (BOM) 的變化相對(duì)較小，這意味著這一頻段對(duì)于首次推出 5G 及相關(guān)數(shù)據(jù)密集型的應(yīng)用具有吸引力。到 2020 年，隨著第三代合作伙伴計(jì)劃 (3GPP) 的第 16 版完成，預(yù)計(jì)運(yùn)營(yíng)商將在這一頻段開(kāi)展大量活動(dòng)，并允許 5G 在公共頻段 (“NR-U”) 運(yùn)行，如 5 GHz 和 6 GHz。
低頻：更低的頻率 (< 2.2 GHz) 也可以用于 5G，如處理物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 數(shù)據(jù)，但只提供 4G 以上的增量升級(jí)。
圖 1：據(jù)Yole Développement，到2025年，各種5G商業(yè)應(yīng)用將使用在最合適的頻段，主流為sub-6 GHz的宏基站和小基站。[2]
運(yùn)營(yíng)商痛點(diǎn)
雖然更高的 5G 頻率可以提高速度和帶寬，但同樣的高頻更有定向性，信號(hào)更容易衰減。而且，僅僅增加帶寬并不會(huì)帶來(lái)容量的線性增加，因?yàn)楦叩膸捯矔?huì)導(dǎo)致更低的信噪比 (SNR)。這就需要通過(guò)增強(qiáng)信號(hào)來(lái)克服，這意味著增加發(fā)射功率、增加天線數(shù)量、增加基站數(shù)量。或者，如同在 5G 場(chǎng)景下一樣，采用所有這些選項(xiàng)。
為滿足數(shù)據(jù)容量需求而增加基站密度是有代價(jià)的。而且這可能會(huì)同時(shí)減少rooftop和塔臺(tái)位置的可獲性，以容納基站。
運(yùn)營(yíng)商將需要更小、更輕的設(shè)備，以便安裝在以前不可行的地方。此外，更小、更輕設(shè)備的安裝更容易也更便宜，這可以轉(zhuǎn)化為更低的基站租金。
尋求更小、更輕的基站
大型網(wǎng)絡(luò)設(shè)備供應(yīng)商已經(jīng)轉(zhuǎn)向基于碳化硅基氮化鎵 (GaN-on-SiC) 的設(shè)計(jì)，而不是傳統(tǒng)的硅 (Si) 基器件，以滿足其基站的高頻率、高功率需求。
雖然橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體 (LDMOS) 工藝技術(shù)已使硅 (Si) 基器件進(jìn)展到更高的功率密度，但與氮化鎵 (GaN) 的高頻率特性和碳化硅 (SiC) 的優(yōu)越導(dǎo)熱性相比，它們?nèi)燥@得很蒼白。
碳化硅基氮化鎵 (GaN-on-SiC) 使得系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)更高的功率密度，這將有助于不再需要像LDMOS 那樣采用大量熱管理硬件，從而減小基站尺寸。
氮化鎵 (GaN) 內(nèi)核？
與 LDMOS 相比，氮化鎵 (GaN) 在 5G 頻率下的效率更高，這也意味著每比特/秒的運(yùn)行成本更低，碳足跡也更少。Cree 旗下公司 Wolfspeed 是碳化硅基氮化鎵 (GaN-on-SiC) 器件市場(chǎng)的主導(dǎo)者。根據(jù)Wolfspeed預(yù)估，與使用 LDMOS 功率放大器的系統(tǒng)相比，在最大平均功率條件下工作時(shí)，碳化硅基氮化鎵 (GaN-on-SiC) 可以節(jié)省 200 瓦以上的直流功率。
參考資料：
[1]. 思科移動(dòng) VNI 預(yù)測(cè)與趨勢(shì)，2017 年至 2022 年:
www.cisco.com/c/en/us/solutions/service-provider/visual-networking-index-vni/index.html#~mobile-forecast
[2]. 5G 對(duì)電信基礎(chǔ)設(shè)施的影響，2019 年:
www.i-micronews.com/products/5gs-impact-on-telecom-infrastructure-2019/
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