全球第一个5G标准完成并发布中国话语权大幅提升

2017-12-22 10:17:28 来源: 北京晨报

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全球5G标准迎来一个重要的里程碑时刻——第一个5G标准完成并发布，而中国力量担纲重要角色。昨日，产业界在传递着这个激动人心的消息：在国际电信标准组织3GPP RAN第78次全体会议上，5G NR首发版本正式冻结并发布。这将是全球第一个可商用部署的5G标准。这一标准比原计划提前六个月完成。

“5G要商用了。”北京邮电大学教授曾剑秋分析指出，这意味着5G结束学术讨论期进入市场化商用的新阶段。

3GPP是5G标准的主导方，据了解，在这个汇集了运营商、设备商、芯片商等行业巨头的全球顶级俱乐部里，有中国的三大运营商以及华为、中兴两大设备巨头。引人关注的是，中国移动作为唯一报告人和协议主编，领导完成了5G空口场景和需求研究项目，输出5G空口技术纲领性文件，后续所有技术研发和标准化均以此文件为准绳。

中国移动副总裁李正茂表示，第一个5G NR版本为全球统一的5G系统打下坚实的基础。“我们相信下一个重要的里程碑将是2018年6月完成独立组网的5G NR标准，提供5G端到端的能力，将为运营商探索企业和垂直市场发挥至关重要的作用。”

中国电信和中国联通也纷纷表示，随着第一版5G标准的完成，计划2018年在中国多个主要城市开展5G外场测试，并为即将到来的5G商用做好准备。按照三大运营商的日程表，2020年将实现5G商用部署。

中国是全球5G标准总设计师之一

什么是5G NR？通信圈里人将NR(New Radio)称为“新空口”，这里的“新”是相对于4G而言。5G标准体系是个繁杂工程，需要逐步定型。其中的无线空口技术，作为移动通信系统基础设施建设中投资占比最重的部分，一直是业界研发和标准化最“豪”的领域，更是各方博弈的战场。

据了解，3G时代有三大平行技术标准，4G时代有两大技术路线，而到了5G时代，全球将统一技术路径。

那么，在这场竞赛中中国担纲什么角色？5G首个标准落地，中国的专家发挥了重要作用。中国早在2015年就启动了5G相关的研究，在5G NR标准化工作已经历了26个月。

中国信息通信研究院副院长王志勤此前表示，我国位于全球5G产业第一梯队，是标准的总设计师之一。

曾剑秋指出，在5G标准上中国具备了引领全球的实力。1G、2G时代，中国在通信标准中完全是跟随者，3G时代中国提出的TD-SCDMA在争议中成长，在4G时代中国主导的TD-LTE则与另外一大国际标准平起平坐，而5G时代，中国的话语权大幅提升。

5G将给半导体厂商带来哪些机遇？

随着移动设备市场的减速，物联网、智能硬件没有获得预期的火爆，无人驾驶汽车遥遥无期，工业领域增长缓慢，在4G上吃到了甜头的半导体厂商唯有将目光投向了或许在近期内能实现的小目标5G，也就是第五代移动通信。

根据市场调研机构 ReportsnReports的报告显示，5G网络到2025年会产生2500亿美元的年营收，这势必会给目前正在给近来苦苦挣扎的半导体产生带来一线新的曙光。

行业内的人都知道，现在的LTE网络的运行频率区间是 700 MHZ到3.5 GHZ，但在5G的时代，除了LTE会持续存在外，未授权的毫米波频段（30 GHz到300 GHz之间）也会同时共存，以提高无线数据容量。这样就会给移动系统和基站系统的处理器、基带和RF设备带来了更多的新需求。对于RF芯片供应商来说，5G 会给他们带来一种前所未有的新需求，当中就包括了一种叫做毫米波相控阵天线的技术。

这种已经应用在太空和军事的毫米波设备逐渐迁移到了汽车雷达、60 GHZ WiFi和将要到来的5G身上。但这并不是简单的迁移，设计产品和设计运行方式方面毫米波会给厂商带来新的挑战。

不但这种芯片的设计会变得很困难，甚至在测试方面也给厂商带来了新的挑战。在 NI的一篇文章中有提到，由于这些毫米波的波长都是介乎 1到10 mm之间，而厂商为了提高频谱的利用率，从物理层上探索MIMO、干扰协调等技术方法，这就会带来很高的路径损耗，有些频段甚至在水蒸气中也会面临传输损耗的挑战。另外在密集的城市环境信道测量中会发现，那些融合了方向可控制天线波束和网络拓扑蜂窝系统需要更高的链路预算。

综合看来，5G将给半导体产业带来以下机会：

（1）化合物半导体崛起良机

5G 提出要覆盖毫米波频段，将可用通信频率提升至 6GHz-300GHz 区间。这些技术场景对射频器件的性能，比如功率、线性度、工作频率、效率、可靠性等提出了极高的要求。以功率放大器（PA）为例， PA 功率附加效率（PAE）最低要求 60%，目前 skyworks 的 GaAs PA 可以做到 78%，而最好的硅基 CMOS 产品仅能做到 57%。虽然高通也推出了基于CMOS工艺的射频前端芯片，但由于击穿电压低、衬底绝缘性差、高频损耗大等先天缺陷，实际上在线性度、功率、效率、可靠性等多个方面都无法满足要求。由于 5G 通信全频带通信的特性，5G 手机中射频前端芯片数量将进一步增加，带动以GaAs为代表的化合物半导体产业链发展。

（2）GaN将迎来爆发

而在基站端，由于对高功率的需求，GaN 因其在耐高温、优异的高频性能以及低导通损耗、高电流密度的物理特性，是目前最有希望的下一代通信基站PA芯片材料。5G采用高频频谱虽然能提供更高的数据传输速率，但这一频段的电磁波传输距离很短，且容易被障碍物阻挡。这意味着，移动运营商可能需要建设数百万个小型基站，将其部署至每根电线杆、每栋大楼，每户房屋，甚至每个房间，也就意味着基于GaN的 PA芯片需求将出现飞跃增长。根据市场调查机构 Yole 的估计，GaN 功率器件需求有望在今后5年内爆发，CARG 可达 90%以上。2015 年 9 月，英飞凌已经开发出了用于 5G 无线通信基站的 GaN 功率晶体管，其它半导体厂商也在积极跟进。除此之外，锗硅、碳化硅等器件也将在5G时代赢得一席之地。

（3）封装技术新需求

5G时代的射频芯片将大量采用高频的毫米波段。相比现在的射频芯片，毫米波芯片的封装要复杂得多，封装过程中的连线、垫盘和通孔等结构必须小心设计，避免妨碍到芯片上的射频功能。

另外，从2G、3G到5G时代，智能手机芯片采用的工艺技术也越来越多样化。例如，对于手机PA来说目前最好的工艺是GaAs，而开关最好的技术是SOI，滤波器则采用压电材料。材料的不同使得这些器件很难通过片上系统（SOC）的方式实现集成化，而系统性封装（SiP）恰好能满足这么多要求。对于集成化的射频前端，先进封装将是必不可少的技术。SiP封装需要的凸块（Bump）、硅通孔（TSV）、晶圆键合（Wafer-Bonding）等工艺将带动上游设备、材料厂商的进一步发展，并使得封装厂和代工厂在半导体中端（Middle-End）这一新领域同时展开合作与竞争。

今天是《半导体行业观察》为您分享的第1494期内容，欢迎关注。