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5G商机鼎沸 通讯芯片商军备竞赛再启
发布时间:2018-05-14 丨 阅读次数:234

5G NSA核心标准于2017年年底确定,5G NR SA紧接着也要在2018提出,意味着5G商业化目标已不远矣。 为抢攻5G市场商机,半导体业者新一代解决方案纷纷出笼,再掀新一波军备竞赛。

  3GPP第一个5G版本Rel.15已经于2017年12月份正式冻结,即非独立组网(NSA)核心标准已经冻结,这意味着5G新无线电(5G NR)第一个版本第一阶段协议已经完成,相较于原计划提前了半年。

  另一方面,按照中国5G技术研发试验第三阶段测试计划安排:2018年完成5G NSA和5G独立(SA)架构规范制定,以及5G NSA架构的室内测试和外场测试;2018年Q2完成室内和外场环境建设 ;2018年Q3至2018年Q4完成5G SA架构的室内和外场测试;2018年Q4启动5G终端和互操作测试。 由此可见,5G的商用时程可说马不停蹄,而半导体商也快马加鞭,竞相推出新一代解决方案,加强市场布局力道,掀起新一轮的5G军备竞赛。

  调制解调器芯片送样/网络仿真 高通抢5G市场动作频频

  为抢攻5G NR商机,高通(Qualcomm)继2017年发布Snapdragon X50 5G调制解调器芯片后,又于2018 MWC上宣布,Snapdragon X24 LTE调制解调器芯片进行送样。 该产品为全球首个Category 20 LTE调制解调器芯片,不仅可支持高达2Gbps下载速度,也强化在LTE基础架构之上的5G新无线电多重模式装置与网络发展。

  Snapdragon X24于下行链路支持高达7个载波聚合,在多达5个聚合的LTE载波上支持4×4 MIMO,总计高达20个LTE共存空间流,让搭载Snapdragon X24 LTE调制解调器芯片的装置, 能够利用所有行动电信营运商所提供的频谱资源,无论是授权频谱或是授权辅助接取(LAA)。

  除此之外,透过支持全维度多重输入多重输出(FD-MIMO)大规模天线技术,Snapdragon X24能够为未来5G新无线电网络奠定基础,从而进一步提升系统容量。 另外在上传链路当中,该产品可以支持Category 20、256-QAM调变、3×20MHz载波聚合。

  另一方面,高通也进行两项独立网络仿真实验。 第一项实验仿真在德国法兰克福的一个NSA 5G新无线电网络,于带宽为100MHz的3.5GHz频谱上运行,底层则是搭配Gigabit等级LTE网络跨5个LTE频段运作。

  第二项实验仿真则是在加州旧金山的一个假定NSA 5G新无线电网络,在带宽为800MHz的28GHz毫米波频谱上运行,底层Gigabit等级LTE网络跨4个LTE授权频段以及多个授权辅助接取(LAA)频段运行。

  上述两项网络仿真均利用位于法兰克福和旧金山的现有基地台,实现5G新无线电基地台与现有的真实LTE基地台共同并行能力。

  满足5G通讯需求 ADI强化射频芯片效能

  由于5G采用大规模天线数组技术,对于射频组件的整合度、带宽和成本具有更高的要求。 对于高频毫米波频段,基于SiGe SOI制程的射频链路组件将取代GaAs制程而成为主流,其优势在于能提高方案整合度并降低成本。

  另一方面,对于5G低频的射频前端设计,整合度和成本也是主要的挑战之一;而新分配的4.9GHz频段,相关射频组件的性能和成熟度则仍然有待提高。

  ADI通讯基础设施业务部中国区策略市场经理解勇(图1)表示,高频毫米波主要的技术特点为频带宽,其适用于各种宽带讯号处理;天线尺寸小、波束窄、方向性佳,空间分辨力高,以及追踪精度也较高。 至于缺点方面,则主要是容易受到大气衰减和吸收的影响;高频毫米波由于波长小,在空间传播很容易被阻挡和吸收,也因而导致其作用距离不可能太远。

  因此,PA、LNA、RF Switch、RF filters/Duplexers,以及天线等都是5G射频讯号链路不可或缺的关键组件,其性能指针的好坏,将直接影响5G基地台的无线指针如发射杂散和接收灵敏度, 进而影响到系统的性能和容量。

  为此,ADI在5G高频和低频领域同时着力,持续加大研发投入,以推出创新性的射频解决方案引领市场并推动5G的商用进程。 目前在高频领域基于SiGe制程推出针对5G需求的更高整合度和更优性价比的毫米波射频方案;针对大带宽则推出了28nm CMOS制程的射频采样数据转换器;而在低频领域,则推出更高整合度、更低功耗的射频全讯号链整合方案。

  解勇指出,行动通讯发展的趋势和市场驱动力为大容量、大连接以及智能化。 因应网络连接需求的急速成长,5G技术的连接是跨产业、跨领域的;而基于大规模机器型通讯(mMTC)、超可靠度和低延迟通讯(URLLC)和增强型行动宽带通讯(eMBB)这三种应用场景,5G创建了一个丰富的市场机会, 以因应全体消费者和各类经济体。

  解勇进一步说明,5G发展的早期阶段将改变行动宽带,营运业者将积极寻求增量机会,并且拓展关键的企业级垂直市场;而后期的主要影响力,将会展现在新智能自动化的工业驱动力上。 对于射频组件,则须要考虑共平台的设计来同时支持这三种场景。

  解勇认为,2018年是5G标准、技术研发及产业成熟关键的一年,也是5G走出实验室,更多因应准商用转型的过程。 在2018年,5G关键技术标准化将日趋成熟,端对端成为热点;Rel-15走向完善,Rel-16纵深讨论;eMBB之后,高频技术及因应更低时延和更高可靠性的技术将成为聚焦热点;新型5G核心网SBA架构更进一步完善, 网络切片则从切片能力朝向自动化管理扩展;以支持更广泛的应用场景。

  新一代5G NR调制解调器助力 英特尔将于2019年发布5G计算机

  为加速5G布建,英特尔则是备有5G NR多模调制解调器--Intel XMM 8000系列及Intel XMM 8060。 Intel XMM 8000系列可于中低频6GHz以下以及高频毫米波频段运行,将多种装置连接至5G网络,包括PC、手机、固定无线客户端设备(CPE),甚至车辆等。

  至于Intel XMM 8060则提供多模支持,包括完整5G NSA与SA、多种2G、3G网络(包括CDMA),以及4G既有模式。 该产品预计于2019年中搭配客户端装置出货,预期在2020年广泛布建5G网络之前,加速5G装置的部署。

  与此同时,英特尔也致力透过5G调制解调器加速5G发展脚步,宣布现正与戴尔(Dell)、惠普(HP)、联想(Lenovo)以及微软(Microsoft)合作,运用Intel XMM 8000系列,将5G联网功能导入Windows PC,预估首台内含5G联网功能的高效能个人计算机将在2019下半年问市。

  英特尔指出,个人计算机是处理惊人数据量的中央枢纽,5G世代即将到来,不仅会带来大量的待处理数据,也将为个人计算机用户带来崭新的体验。 想象一下在任何地方享受没有线路束缚的虚拟现实;或者是在停车场以每秒250MB的速度下载文件;甚至在乘坐自驾车到学校的途中还能持续玩多人游戏等。 随着这波数据转型的前进,个人计算机势必得为迎接5G做好准备。

  高通/华为纷出击 强推5G智能手机2019年问世

  5G商用时程持续加快,在各家芯片业者积极布局之下,首款5G智能手机,更有可能于2019年亮相。 根据Gartner研究指出,距离高通公布第一款5G调制解调器芯片组已有一段时间,并在2017年10月完成首次行动装置的5G联机测试。 虽然高通的调制解调器体积已经小到可装进智能型手机里,但离5G产品的商品化与正式推出还有一段距离。

  Gartner认为2018年预期将会针对5G调制解调器进行更多测试并重新加以设计,而商业化的5G产品则将在2019年问世,且预估2019年5G智能型手机出货量将达到900万支,2021年将达1.5亿支。

  看好5G手机市场潜力,华为、高通相继加快5G手机部署脚步。 华为不久前发布了该品牌首款3GPP标准的5G商用芯片巴龙5G01(Balong 5G01),以及基于该芯片的首款3GPP标准5G商用终端设备。 并预计将于2019年第四季度推出首款5G智能手机。

  至于高通,则是宣称已有多家无线网络营运商采用旗下Snapdragon X50 5G调制解调器芯片,在6 GHz以下和毫米波(mmWave)频段上进行现场空中传输(Over-the-air)5G新无线电行动试验;包括AT&T 、英国电信(British Telecom)、中国移动(China Mobile)、韩国电信(KT Corporation)、NTT DOCOMO等,都将基于3GPP Release 15版本的5G新无线电标准展开试验。

  高通表示,该公司将在2018年至2019年初与营运商展开5G新无线电实地试验,预计在2019年开始5G新无线电网络的商用布建,以及推出多模智能型手机。

  5G手机来势汹汹,资策会智能系统研究所资深项目经理林奕廷(图2)表示,在5G基础建设尚未到位的情形下,2019年所推出的5G智能手机,较可能是采「双模块」的方式,也就是手机内包含4G LTE与5G模块;同时, 由于高频段还未确定,因此5G手机会先朝6GHz以下的频段发展。

  林奕廷提醒,虽然目前各大芯片商纷纷投入5G智能手机市场,不过,过高的单价或将成影响5G智能型手机发展的关键之一。

  林奕廷进一步解释,目前4G手机对大多数消费者而言,已经足以使用,而5G手机虽然具备更佳的运算能力和传输效率,但其高昂的价格,可能成为消费者望而却步的关键因素。 消费者会愿意花多少额外的费用购买5G手机,享受那些是否真正需要的高效能功用,将会是未来手机芯片制造商的思考重点。

  物联网为5G部署重点 URLLC商用发展利多

  5G商机庞大,半导体业者竞相发布相关解决方案,力拼2019年推出终端商用产品。 资策会智能系统研究所前瞻行动通讯系统中心工程师李颖芳(图3)指出,5G和4G最大不同在于,5G的应用范围不仅仅限于手机上,更延伸到物联网各种领域,像是工业、医疗、家庭等。 也因此,国际行动通讯组织(IMT)制定了eMBB、URLLC及mMTC三大应用方向。 其中,URLLC因符合工业物联网(IIoT)低延迟需求,目前已有业者积极投入该领域发展。

  资策会智能系统研究所前瞻行动通讯系统中心资深工程师蔡宗谕表示,目前针对eMBB的建设多以6GHz以下为主,但eMBB要在5G高频频段订出后,才会发挥更大的效用,因此其商用服务大概会在2020年或2021年之后才开始萌芽。

  mMTC的应用特征为连接大量组件设备,发送数据量较低,并且须要具备较低的制造成本以及很长的电池寿命。 此一特征跟NB-IoT、Sigfox或LoRa相似,所面临的竞争对手较多,因此营运商须先观望,待找到合适的商用模式,再投入发展。

  至于URLLC,其标准包括用户平面的延迟部分需低至0.5ms以下,错误率(Block Error Rate, BLER)在1ms的延迟与封包大小为32bytes的情况下要达到10-5以下(TR 38.913),才能符合如IIoT 、V2X等高可靠度(错误率低于10-5)且低时间延迟(低于1毫秒)的应用。

  李颖芳说,工业4.0是市场热门议题,而URLLC的规格正好符合IIoT的布建需求,且其频段应该是落在3.4GHz~3.8GHz之间,不像eMBB还须等高频段频谱制定完成;因此,现已有多家业者开始进行URLLC的相关测试, 例如华为、高通等。

  总结来说,随着5G NSA核心标准底定之后,市场掀起新一轮的军备竞赛,半导体业者纷推出相关解决方案,改善网络容量、极大化频谱效率,期能带来更惊艳用户体验,如沉浸式360度影片、联网云端运算等, 力求2019年就能迈入5G商用阶段。

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