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5G通信技術解讀|小基站里的大作為

52RD.com 2016年8月9日 雷鋒網            參與:11人 查看 我來說兩句
  

  與3G、4G相比,5G的新興技術主要是毫米波與波束成形。此外,在載波聚合、多天線輸入輸出(MIMO,Multiple Input Multiple Output)等4G技術上有了新的演進。那么,其對集成電路設計帶來了怎樣的挑戰呢?今天,我們就來預測一下5G挑戰下,集成電路的新趨勢——小基站。

  某天,在我家對面的中電信服務點上豎起了一個不高不低的鐵架子,上面有兩個金屬盒子,還有兩根高高豎起的天線。然而在時常進行廣場舞聚會的小區女性同胞們的反對下,幾天之后,中電信就只能乖乖的把那個鐵架子給撤了。

  筆者無法告訴大家基站會不會產生輻射,但是大家真的以為移動運營商會把基站撤走么?如果撤了,那你手機的信號格數應該就是最低的那一檔了吧。

  在摩爾定律的發展最直接的變化就把巨無霸變成袖珍丸。請看以下今天的基站長什么樣:

  你以為的基站Vs.基站實際的樣子。

  很多人會問一個問題,右邊那張圖不是路燈么?這就是小基站!可以偽裝在路燈、公交車站牌和任何不起眼角落的變色龍。

  隨著集成電路的發展,終端芯片的SoC漸漸走到了窮途末路,而基站芯片的SoC卻正在澎湃發展。由此,小基站在4G時期成為了對抗廣場舞大媽抗議的重要技術手段。

  問題來了,5G下,微基站會更有意義么?

  目前,限制小基站的主要是天線尺寸的大小。一般要求天線的尺寸與電磁波波長在同一個數量級,而電磁波波長就是光速除以頻率。3G/4G的載波波長在分米級,小基站的天線長度也差不多。但是在5G下,載波波長變成了毫米級(這也是之所以叫"毫米波"的原因)。所以天線可以做得更小,做得更多(實現波束成形和Massive MIMO)。

  小基站(Small Cell)的體積和稱呼從Micro Cell(微基站)、Nano Cell(納基站)、Pico Cell(皮基站)已經進化到Femto Cell(飛基站)。它們的主要應用場景在人口密集區、覆蓋大基站無法觸及的末梢通信。特別是完成號稱100Mbps-1GMbps的5G通信。小基站讓你工作閑暇之余,在一分鐘內下完一集高清《權利的游戲》成為了可能。未來,可以預期的是其會像你家的路由器一樣小,藏在CBD和大型Shopping Mall的角角落落。

微、納、皮、飛……數學定義表

  小基站的實現,除了摩爾定律帶來的高歌猛進外,還有很多智慧的硅工付出的辛勞努力。比如——非線性功放的數字預畸變(Digital Pre-distortion for Nonlinear Power amplifier)。

  小基站不僅在規模上要遠遠小于大基站,在功耗上也是必然指數式下降,畢竟占的是220V的市電。隨著集成電路的演進,雖然計算功耗不斷降低,但射頻發射機信號的發射功率沒有太大變化,畢竟這是由協議靈敏度決定。在大基站里,我們可以用非硅的工藝實現高線性度功放,反正功耗不Care。但是在理想的小基站里,PA也是做成SoC的。CMOS工藝的功放在線性工作范圍的低效率聞名遐邇,在大功率的輸出下功率即將飽和。預期單純地被限制在線性區是“坐井觀天”。

  于是天才型硅工就提出從在數字域尋找非線性PA的反函數,然后輸出一個非線性的數字控制碼。兩者疊加,就有了一個線性的高效率輸出。

  然后,這個問題的解法又再一次地普及到頻域,當寬帶功放在帶內的傳遞函數有波動時,也在數字域尋找其波動的逆函數,給出帶有頻率選通特性的調制結果,然后一疊加,又能看到幅度一致的EMV mask了。

帶有數字預畸變的發射系統

  這一思想的核心,就是把不隨摩爾定律變化的射頻功耗等轉化為跟著摩爾定律走的數字計算功耗,所謂As much digital as possible。

  在各式各樣的努力下,5G小基站變成了Pokemon Go中小精靈般散落在人間。于是新的問題就出現了,那么多小基站,萬一被踩一腳掛了怎么辦?況且其靈活性體現在其自由方便可配置上,如果動不動就要打電話給運營商派輛車過來,是否還合適呢?

  答案顯然是否定的。

  最后,我們要來介紹小基站實現中的另一個機制——自組網(Self Organizing Network,SON)。為了更好、更方便地對具有靈活性的小基站群進行配置、優化和修復,自適應的組網技術將取代大基站中繁雜的介入成本。

  有關調查指出,在5G應用場景中,50%以上的通信資源被1%的終端占用,而這1%往往在大城市的中心地帶和商業區。這些地區的實際通信場景復雜,需要可配置度高的網絡。更有甚者,這些區域的物聯網也比較豐富。在種種情況交疊下,SON可以被看作是5G通信與物聯網通信的的橋梁,為這樣的區域提供更有效的組網通信系統。

  如果有服務導向的自組網成為可能,那么未來的小基站的實際運營權可能從移動運營商轉移到部分轉換器實體商家和其他小企業運營單位手中。未來的“網管”不僅管著交換機、無線網,還要管都市移動通信。聽上去是不是很棒?

服務導向的自主網發展趨勢(Source:華為)

  由于社會和通信等一系列的原因,未來小基站會逐漸成為5G通信中不同于大基站的重要增長點,特別在城市CBD區域。毫米波將導致小基站的偽裝更加讓人難以分辨,與此同時,各種數字化的校準方法也實現了大基站到小基站的低功耗轉變。同時,自組網技術可能令5G的商業模式出現重大變革。

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評 論
2樓 lywx88 發表于 2018-9-30 18:24 回復
未來趨勢
1樓 RFer450 發表于 2017-2-5 18:22 回復
那位大神有DPD的入門資料,終端里邊的DPD和基站應該是一樣的把;
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