5G 正在改變行業(yè)、社會(huì)以及我們的交流和生活方式。5G 不僅僅是更快的 4G LTE，它還是電信歷史上最具變革性的技術(shù)之一。它比 4G 快 10 倍，支持 10,000 倍的網(wǎng)絡(luò)流量，可以處理 100 倍的設(shè)備，同時(shí)實(shí)現(xiàn)五十分之一的延遲和零感知停機(jī)時(shí)間。有助于兌現(xiàn) 5G 承諾的最重要技術(shù)之一是微機(jī)電系統(tǒng) (MEMS) 時(shí)序。MEMS 時(shí)序提供的解決方案比同等的基于石英的設(shè)備更小、功耗更低，并且它們更能抵抗惡劣的環(huán)境條件。

全面實(shí)現(xiàn)5G能力需要哪些技術(shù)變革？

盡管 5G 建立在現(xiàn)有的 4G 基礎(chǔ)設(shè)施之上，但大規(guī)模部署的 5G 網(wǎng)絡(luò)將需要對(duì)通信基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行全面重新設(shè)計(jì)。業(yè)內(nèi)專家普遍認(rèn)為，完全推出 5G 網(wǎng)絡(luò)并通過物聯(lián)網(wǎng)、自動(dòng)駕駛、遠(yuǎn)程醫(yī)療、人工智能以及虛擬和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)實(shí)現(xiàn)其全部?jī)r(jià)值可能需要十年時(shí)間。領(lǐng)先的運(yùn)營(yíng)商今年已經(jīng)開始在主要城市地區(qū)提供 5G 服務(wù)，支持端到端 5G 的最重要技術(shù)之一是 MEMS 時(shí)序。

是什么繼續(xù)推動(dòng)實(shí)現(xiàn) 5G 承諾的需求？

兌現(xiàn) 5G 的全部承諾需要超出當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)所能提供的性能、帶寬和延遲。到目前為止，我們已經(jīng)部署了 sub-6 GHz 網(wǎng)絡(luò)，市場(chǎng)需要 24-GHz 到 40-GHz 范圍內(nèi)的超快毫米波 (mmWave) 技術(shù)。這種轉(zhuǎn)變將需要廣泛部署戶外設(shè)備，以克服與毫米波頻率相關(guān)的視線、阻塞和覆蓋挑戰(zhàn)。

5G 出現(xiàn)了兩個(gè)重要的部署要求：網(wǎng)絡(luò)致密化，即在任何可能的地方添加蜂窩基站以增加可用容量的數(shù)量；以及云化，其中使用燈桿和其他電線桿來改造網(wǎng)絡(luò)并啟用 5G 供電的服務(wù)。由于它們暴露于沖擊、振動(dòng)、極端溫度和其他惡劣環(huán)境壓力源中，這些部署需要有彈性、堅(jiān)固耐用的定時(shí)組件，這意味著 MEMS。

5G可靠性如何保障？

確?？煽俊⒂袕椥缘?5G 毫米波網(wǎng)絡(luò)可能需要多達(dá) 100 倍以上的設(shè)備（基站、小型蜂窩、中繼器和中繼器）部署在更靠近客戶場(chǎng)所的位置，例如燈柱、交通信號(hào)燈、體育場(chǎng)、屋頂和外墻。大多數(shù)此類設(shè)備將在惡劣的戶外環(huán)境中運(yùn)行，并能承受極端溫度、風(fēng)、振動(dòng)和沖擊。

5G 實(shí)施會(huì)影響或涉及哪些技術(shù)？

受 5G 實(shí)施影響或涉及的硬件和軟件技術(shù)包括但不限于優(yōu)化的 RF IC、天線陣列、放大器、波束成形和波束管理技術(shù)。在最近召開的運(yùn)營(yíng)商定義的開放和智能無線接入網(wǎng)絡(luò) (O-RAN) 會(huì)議上，5G 對(duì)時(shí)間同步的需求是一個(gè)高度討論的話題。這是因?yàn)?5G 中涉及的許多基本技術(shù)不僅需要同步，而且實(shí)際上要求的時(shí)序?qū)R水平超出了以前以這種規(guī)模部署的任何水平。

為什么計(jì)時(shí)設(shè)備對(duì) 5G 部署如此重要？

計(jì)時(shí)設(shè)備是所有電子系統(tǒng)的心跳，包括通信基礎(chǔ)設(shè)施、工業(yè)設(shè)備、汽車系統(tǒng)和無數(shù)電子產(chǎn)品。將計(jì)時(shí)芯片想象成鋼琴演奏者使用的節(jié)拍器，為音樂家提供精確、穩(wěn)定的節(jié)拍，從而獲得更銳利、更清晰的音樂演奏。盡管計(jì)時(shí)技術(shù)在我們的生活中盛行，但相對(duì)較少的人——除了系統(tǒng)工程師和架構(gòu)師——意識(shí)到時(shí)鐘和振蕩器在過去幾十年的通信革命中發(fā)揮的關(guān)鍵作用。隨著我們進(jìn)入 5G 時(shí)代，計(jì)時(shí)技術(shù)比以往任何時(shí)候都更加重要。

5G 中有哪些不同的計(jì)時(shí)技術(shù)？為什么選擇硅基MEMS？

大多數(shù)電子系統(tǒng)在歷史上都使用基于石英的計(jì)時(shí)設(shè)備，其功能類似于在我們的模擬手表內(nèi)安靜地共振的石英晶體。Quartz 是一項(xiàng)已有 70 年歷史的計(jì)時(shí)技術(shù)，它的諧振器和振蕩器幾十年來一直為我們服務(wù)。然而，計(jì)時(shí)行業(yè)正在進(jìn)行一場(chǎng)悄無聲息的革命。基于微型、巧妙的微電子機(jī)械系統(tǒng) (MEMS) 諧振器的新一代計(jì)時(shí)設(shè)備已在需要最高可靠性和對(duì)環(huán)境壓力源的彈性的應(yīng)用中取代石英。MEMS 技術(shù)與模擬電路相結(jié)合，提供了一個(gè)完整的計(jì)時(shí)解決方案，它比同等的基于石英的設(shè)備更小、功耗更低，并且更能抵抗惡劣的環(huán)境條件。

為什么 MEMS 會(huì)成為事實(shí)上的 5G 定時(shí)技術(shù)？

MEMS 計(jì)時(shí)設(shè)備經(jīng)過多代技術(shù)的完善，并在許多要求苛刻的通信和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用（例如 4G LTE 和 5G 無線基礎(chǔ)設(shè)施）中穩(wěn)步取代基于石英的同類產(chǎn)品?；?MEMS 的諧振器、振蕩器和完整的“片上時(shí)鐘系統(tǒng)”設(shè)備提供比石英解決方案高幾個(gè)數(shù)量級(jí)的性能、可靠性和彈性。出于這些原因，MEMS 是部署在室外的 5G 宏基站和小型基站的理想精密計(jì)時(shí)技術(shù)，可幫助設(shè)備制造商和移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商兌現(xiàn) 5G 的承諾。

結(jié)論

5G 的成功將部分取決于客戶滿意度，不僅在于無與倫比的無線性能，還在于堅(jiān)如磐石的可靠性。使用 5G，根本無法解決因極端溫度、過度振動(dòng)或突然沖擊而導(dǎo)致的掉線或網(wǎng)絡(luò)中斷。無論是自動(dòng)駕駛汽車還是遠(yuǎn)程手術(shù)，運(yùn)營(yíng)商和用戶都必須能夠依賴 5G 作為故障保護(hù)技術(shù)。5G 設(shè)備制造商已經(jīng)開始在網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施中使用基于 MEMS 的計(jì)時(shí)技術(shù)。事實(shí)上，現(xiàn)在有超過 10 種不同的 5G 應(yīng)用使用 MEMS 計(jì)時(shí)設(shè)備。

是時(shí)候了：5G 革命正在進(jìn)行中，MEMS 計(jì)時(shí)技術(shù)的最新進(jìn)展將有助于為即將到來的無線網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新和轉(zhuǎn)型注入活力。

關(guān)于作者

Jeff Gao 是MEMS 技術(shù)市場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)者SiTime的產(chǎn)品營(yíng)銷總監(jiān)。Jeff 負(fù)責(zé)營(yíng)銷的各個(gè)方面，包括 5G 通信戰(zhàn)略。

審核編輯 黃昊宇