在過去幾年中,通信廠商和硬件制造商都在積極布局5G產品,例如針對毫米波、MIMO、載波聚合等一系列軟硬件應用的開發(fā)。

當前最新的5G硬件都是在配合相關標準,例如3GPPR15。雖然5G第一階段規(guī)范和更新還在進行中,但是可以通過軟件更新的方式來滿足要求。

目前已經推出的5G模組和收發(fā)機可以進行軟件升級,并且可以提供吞吐量處理功能,在當前毫米波還沒有正式使用的情況下,依然可以提升潛在帶寬。

目前很多硬件制造商和通信公司都在積極推進5G試驗和部署,這種情況在2019年將會持續(xù)。在5G標準正式完成前,各個廠商通過使用這類可以修改的NSA5GNR技術來滿足5G需求。對于硬件和核心網絡來講,為了滿足未來5G標準最終版本,可編程能力和靈活性顯得至關重要。

這些先行的5G芯片可以支持2Gbps數據速度和28GHz毫米波,以及NSA5GNR、波束賦形、天線切換、3D頻率規(guī)劃工具和虛擬化RAN等。

無論是器件還是網絡硬件制造商、運營商以及測試廠商,都在用模擬終端進行5GNR測試。5G終端商用芯片很有可能會在2019年大量推出,但是各大廠商究竟是僅僅支持sub-6GHz還是加入毫米波還取決于各自的研發(fā)進度。

射頻前端模塊簡介

射頻前端即RadioFrequencyFront-End,簡稱RFFE,是天線和射頻收發(fā)機之間的射頻電路部分。通俗的理解方式就是靠近天線部分的設備就是射頻前端。

5G標準正在如火如荼的推進,根據Qorvo預測,在未來10年內,5G終端將會成為手機產業(yè)中發(fā)展最快的部分。

根據StrategyAnalytics預測,5G終端的出貨量將會從2019年的200萬部增長到2025年的15億部,而且根據QualcommTechnologies調查顯示,由于數據速度的提高,有50%的消費者對5G手機表示有意愿購買。5G標準至今沒有最終完成,對于RF設計來說還存在很多指標上的不確定性,例如功率回退電平,區(qū)域頻帶組合,上行鏈路MIMO和補充上行鏈路(SUL)。

射頻前端市場

RF前端(RFFE)模塊市場將受到新的5G標準的高度影響。這主要來自于5G帶來的射頻模塊復雜度的提升,用量的大大增加。尤其是MIMO和CA技術在5G中的應用將會拉動射頻前端器件的需求。據YoleDéveloppement稱,預計2023年RFFE的全球市場規(guī)模將達到352億美元。

射頻前端除了用在各類型便攜設備中,還應用在WiFi設施、IoT、智能電網、可穿戴設備等,而其中三五族化合物半導體會占據RF市場的核心。

天線調諧器

天線調諧器是5G射頻前端中重要的控制器件,可以用來改善5G帶寬拓展帶來的匹配和效率降低的問題。

除此之外,天線調諧器還能夠簡化OEM廠商的設計過程,提高設計自由度。根據IHSMarkit預測,中高端天線調諧器在2016到2021年將會達到4%的年復合增長率。

濾波器

濾波器一直是射頻信號處理的重要部件,并且隨著通信時代的更迭用量在不斷增加。3G網絡的通信頻段有5個,而根據3GPP的更新,4GLTE已經增加到了52個波段,5G的標準還沒有最終確定,但是5G的加入會讓已經很密集的頻譜更加擁擠。

雖然對于單個手機來說要做到支持全球所有頻段很不實際,但是想要做到國際通用的功能豐富的機型,就需要在2G、3G和4G的發(fā)射和接收路徑上做到多達15個頻段的支持,同時也要支持WiFi、藍牙和全球導航衛(wèi)星系統(GNSS)。像這樣的4GLTE手機就需要30到40個濾波器。在5G時代,這個數字將會增加到60個以上。

濾波器的作用是通過特定頻率的信號,讓其他頻率的信號受阻。按照可以通過信號的類型可以分為四種類型:低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器以及帶阻濾波器。帶阻濾波器也叫做陷阻濾波器。

5G對濾波器帶來的影響體現在兩方面。

首先是頻率的變化,sub-6GHz中的3.5-6.0GHz更有可能采用BAW和溫度補償型TC-BAW濾波器;而毫米波濾波器將會使用基于EM技術的高性能的波導和腔體濾波器。其次是用量的提升,RF路徑的增加大大刺激了濾波器用量的提升,預計在5G手機中至少有60個。

根據Yole的預測,全球濾波器市場將會從2017年的150億美元增長到2023年的225億美元,年復合增長率達到19%。

射頻開關

射頻開關的作用是將多路射頻信號中的任一路或幾路通過控制邏輯連通,以實現不同信號路徑的切換,包括接收與發(fā)射的切換、不同頻段間的切換等,以達到共用天線、節(jié)省終端產品成本的目的。

射頻開關的主要產品種類有移動通信傳導開關、Wi-Fi開關、天線開關等,廣泛應用于智能手機等移動智能終端。智能手機可能包含10多個RF開關設備。

射頻開關在5G要求下既要滿足高功率高頻率要求,也要配合更加復雜的射頻信號路徑進行結構性提升。射頻開關可能會采用化合物半導體工藝如GaN、GaAs工藝等,或繼續(xù)沿用RFSOI工藝。根據QYRElectronicsResearchCenter預計,到2020年射頻開關市場會達到19.01億美元。

目前RF開關的主要市場被海外公司占領,國內的RF開關技術還有待提高,國產化趨勢可以期待。

放大器

功率放大器方面,寬帶和高功率也使得原來的4GLTE中的功率放大器不再滿足要求。包絡追蹤技術需要進一步加強,或者采用平均功率追蹤技術,但是也會產生相應的功率放大器效率問題。

4x4MIMO上行鏈路會增加功率放大器的使用量,在5G時代StrategyAnalytics預測稱手機內的PA或多達16顆之多。根據Marketandmarkets預測,功率放大器市場預計將從2018年的214億美元增長到2023年的306億美元,復合年增長率達到7.4%。

5G時代,智能手機射頻前端需要處理的頻段數量大幅增加,所需元器件數量隨之增加。另外,高頻段信號對濾波器、PA等射頻前端元器件性能的要求也更高,這些導致了射頻前端設計復雜度的提升,也帶來了射頻前端價值量的提升,產業(yè)鏈有望迎來新的發(fā)展機遇。

審核編輯 ：李倩