5G 網(wǎng)絡(luò)具有 NR 接入標(biāo)準(zhǔn)和特性，因此適用于具有 不同應(yīng)用的多個(gè)垂直市場。這樣便造成了過多的硬件 需求，包括對有源天線系統(tǒng) (AAS) 等設(shè)備的需求，這 也通過集成天線讓遠(yuǎn)程無線電頭端的概念發(fā)生演變。 這種集成有助于解決 5G 在以下方面所面臨的挑戰(zhàn)： 利用空間多樣性和局部波束來提高容量，實(shí)施大規(guī)模 MIMO (mMIMO) 技術(shù)。

一、 AAS、mMIMO 和波束形成 

AAS 技術(shù)可以最大程度提高基站效率，便于運(yùn)營商大 幅度提升其容量（5G 最高可增加五倍）及其網(wǎng)絡(luò)的覆 蓋范圍。功率放大器 (PA) 集群與天線元件是 AAS（目 前最多可包含 1,024 個(gè) PA）的基本組成部分，可提供 完整的網(wǎng)絡(luò)接入功能，以連接至基帶節(jié)點(diǎn)，其中基帶 節(jié)點(diǎn)可位于與 AAS 相同的位置或者中央辦公室（云 RAN）中。通過 mMIMO（這種技術(shù)基于空間多樣性， 針對個(gè)人用戶支持多個(gè)同步和單獨(dú)的數(shù)據(jù)路徑）可實(shí) 現(xiàn)頻率復(fù)用，并且頻率復(fù)用已成為提高 BTS 容量的 主要促成因素，用于實(shí)施空間多路復(fù)用。

采用多種不同的天線時(shí)，還能使用增強(qiáng)型波束形成技 術(shù)，這種技術(shù)使用的是 3D 定向和集中波束。該技術(shù) 降低了相鄰?fù)ǖ乐械母蓴_，并以等量的功率最大限度 提高可到達(dá)距離，將數(shù)據(jù)流量定向到所需的目標(biāo)。因 此，它可以優(yōu)化整體容量并實(shí)現(xiàn)更高的無線電信號 吞吐量。

AAS 是在 4G 的最后階段開始部署的，現(xiàn)在，AAS 作 為一種新型裝置在需要提高容量和覆蓋范圍的地方 得到了廣泛應(yīng)用。實(shí)施支持可向后兼容 4G 硬件的新 頻譜以及支持可升級軟件的基帶，也將推動宏 BTS 的硬件升級。

要增加新服務(wù)的覆蓋密度，尤其是在高層公寓樓、體 育場館、購物中心和主題公園等密集環(huán)境中，將需要 部署小型蜂窩，從而以更低的功耗和更高的比特率使 傳輸更加接近用戶。

從硬件角度來說，最突出的挑戰(zhàn)為密度，主要包括：首 先，如何在越來越小的封裝中實(shí)現(xiàn)全面熱管理。第二， 如何通過功能和組件的大規(guī)模集成有效地滿足期望。 第三，在實(shí)現(xiàn)這一切的同時(shí)，以低功耗保持高性能。

為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，AAS 內(nèi)部的一切組件，從收發(fā)器到 時(shí)鐘，再到電源管理，都必須進(jìn)行重新設(shè)計(jì)或調(diào)整，才 能滿足隨著該新設(shè)備中組件數(shù)量不斷增加而生成的 挑戰(zhàn)性要求。這可以從射頻 (RF) 收發(fā)器開始實(shí)現(xiàn)，集 成更多的射頻收發(fā)器，添加輔助功能并創(chuàng)建智能系統(tǒng) 解決方案，以通過常見的電源管理對許多新的組件進(jìn) 行集群化操作。

二、 計(jì)時(shí)、集成收發(fā)器和功耗 

高度集成的多通道 RF 收發(fā)器是 5G 硬件藍(lán)圖的核心 要素。這不僅需要高達(dá) 1GHz 的 RF 信號帶寬，還需要 支持多頻帶操作。實(shí)施 RF 取樣技術(shù)，能夠在更簡單 的架構(gòu)中以較低的成本實(shí)現(xiàn)所描述的特性。串行器/ 解串器收發(fā)器具有高于 10Gbps 的性能，并且具有集 成的低抖動鎖相環(huán) (PLL)/壓控振蕩器 (VCXO)，作為 這些新興片上系統(tǒng)的另一類關(guān)鍵功能，它們可通過允 許使用頻率較低的參考時(shí)鐘來簡化采樣時(shí)鐘的生成。

滿足 5G 高帶寬網(wǎng)絡(luò)的計(jì)時(shí)要求不容忽視。在當(dāng)前的 移動網(wǎng)絡(luò)中，計(jì)時(shí)源（電壓控制晶體振蕩器 (VCXO)/ 溫度補(bǔ)償晶體振蕩器 (TCXO)）必須具有非常低的抖 動，并能夠滿足持續(xù)降低的噪音要求，以支持高階正 交調(diào)幅，獲得最佳的毫米波傳輸性能。

根據(jù)云 RAN 架構(gòu)，最新的通用公共無線接口 (CPRI) 規(guī)范（名為 eCPRI (Ethernet CPRI)），作為基帶單元 (BBU) 池和遠(yuǎn)程無線電單元 (RRU) 網(wǎng)絡(luò)之間的多點(diǎn) 鏈接，提供高帶寬鏈接來處理多個(gè) RRU 的要求。由于 5G 前傳傳輸中采用了 5G eCPRI，因此需要滿足新的 計(jì)時(shí)要求。在點(diǎn)對點(diǎn)的 CPRI 鏈接中，必須從本質(zhì)上 保證時(shí)間同步和頻率同步，但這種同步已不再是事后 才考慮的問題，而是需要作為整個(gè) 5G 計(jì)時(shí)解決方案 的一部分加以解決。因此，時(shí)鐘樹已經(jīng)從 CPRI 傳輸 采用的基于 VCXO 的抖動清除器解決方案演變?yōu)榛?于 TCXO 的網(wǎng)絡(luò)同步器解決方案，以處理 eCPRI 中的 計(jì)時(shí)需求。

此外，5G 宏基站針對 6GHz 以下的傳輸還將支持多 載波全球移動通信系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn) (GSM)，因此，時(shí)鐘樹還 必須滿足不違反整體 GSM 阻塞器規(guī)范的點(diǎn)相位噪聲 要求。對于 5G mMIMO 基站來說，采用波束形成技術(shù) 可使頻譜得到有效利用，同時(shí)最大限度減少干擾。這 對于 RF 信號鏈的時(shí)鐘樹中的各種輸出之間的偏斜 形成了緊密的約束。除了系統(tǒng)級的天線校準(zhǔn)計(jì)劃外， 還有多種板級和芯片級技術(shù)（例如，零延遲模式），它 們能夠最大程度降低時(shí)鐘樹在工藝、電壓和溫度角上 的延遲變化，以提高波束形成效率。 

5G 也在改變負(fù)載點(diǎn)范式，以適應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)、小型蜂窩網(wǎng) 絡(luò)和有源天線的一系列功耗需求，其中功耗擺動（擴(kuò) 展）范圍在零點(diǎn)幾瓦到數(shù)百瓦之間。更具體地說，隨著 功耗/電流要求的提高，配電母線的值已更改為 12V， 以滿足 AAS、分布式天線系統(tǒng)和新一代 mMIMO 無線 電的要求。

由于 RRU 和 BBU 中的功耗增加，電源管理總線 (PMBus) 的作用越來越明顯。與此同時(shí)，高壓降壓型 變換器正在不斷改進(jìn)以適應(yīng) PA 數(shù)量的增加，需要 3D 熱耗散和具有可變電流限制的 100V 操作轉(zhuǎn)換器。為 了在增加密度的同時(shí)，在無線電中提供精密的時(shí)鐘 和收發(fā)器電路，還可以通過多通道專用轉(zhuǎn)換器來降 低尺寸和噪音，將轉(zhuǎn)換器作為低壓差穩(wěn)壓器的替代 品，開關(guān)速度高于 1MHz，以便在保持效率的同時(shí)降 低尺寸。

最大程度縮減物料清單內(nèi)容、復(fù)雜性和成本是贏得 5G 硬件競賽的關(guān)鍵，而將功能集成到集成電路中是 實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)的方式。半導(dǎo)體公司將必須與他們的 基站設(shè)備客戶緊密合作，生產(chǎn)高度集成的射頻收發(fā) 器、經(jīng)過優(yōu)化的信號鏈和電源，以支持 5G 技術(shù)的不 斷發(fā)展。