5G时代最赚钱的半导体技术

5G 是第五代通信技术，是 4G 之后的延伸，是对现有的无线通信技术的演进。 其最 大的变化在于 5G 技术是一套技术标准，其服务的对象从过去的人与人通信，增加了 人与物、 物与物的通信。 根据历史经验， 我国移动通信的每十年会推出下一代网络协议。 随着用户需求的持续增长，未来 10 年移动通信网络将会面对： 1000 倍的数据容量 增长， 10 至 100 倍的无线设备连接，10 到 100 倍的用户速率需求， 10 倍长的 电池续航时间需求等等， 4G 网络无法满足这些需求，所以 5G 技术应运而生。需求 增加的最主要驱动力有两个：移动互联网和物联网。根据 ITU 给出的计划， 5G 技术 有望在 2020 年开始商用。 面对 5G 在传输速率和系统容量等方面的性能挑战，天线数量需要进一步增加， 利用 空分多址（SDMA） 技术， 可以在同一时频资源上服务多个用户， 进一步提高频谱效率。 硬件上，大规模天线阵列由多个天线子阵列组成，子阵列的每根天线单独拥有移相器、 功率放大器、低噪放大器等模块。软件层面则需要复杂的算法来管理和动态地适应与编 码和解码用于多个并行信道的数据流，通常被实现为一个 FPGA。 大规模天线阵列将 带来天线的升级及数量需 求，同时射频模块（移相器、功率放大器、低噪放大器等）的需求将爆发，此外数据的 增加将利好功能更加强大的综合处理模块如 FPGA 等等。 可以说 5G 的出现，将会推动半导体产业和终端往一个新的方向发展，创造一波新的价 值，我们不妨来详细了解一下。 什么是什么是 5G5G ？？ 5G 是第五代通信技术，是 4G 之后的延伸， 是对现有的无线通信技术的演进。 其最 大的变化在于 5G 技术是一套技术标准，其服务的对象从过去的人与人通信，增加了 人与物、物与物的通信。 回顾移动通信的发展历程， 每一代移动通信系统都可以通过标志性能力指标和核心关键 技术来定义，其中， 1G 采用频分多址（ FDMA），只能提供模拟语音业务； 2G 主 要采用时分多址（ TDMA），可提供数字语音和低速数据业务；3G 以码分多址 （ CDMA）为技术特征，用户峰值速率达到 2Mbps 至数十 Mbps， 可以支持多媒 体数据业务； 4G 以正交频分多址（ OFDMA）技术为核心，用户峰值速率可达 100Mbps 至 1Gbps，能够支持各种移动宽带数据业务。 移动通信标准的发展历程 5G 更强调用户体验速率，将达到 Gbps 量级。 5G 关键能力比以前几代移动通信更 加丰富，用户体验速率、连接数密度、端到端时延、峰值速率和移动性等都将成为 5G 的关键性能指标。 然而，与以往只强调峰值速率的情况不同，业界普遍认为用户体验速率是 5G 最重要 的性能指标，它真正体现了用户可获得的真实数据速率，也是与用户感受最密切的性能 指标。基于 5G 主要场景的技术需求， 5G 用户体验速率应达到 Gbps 量级。 面对多样化场景的极端差异化性能需求， 5G 很难像以往一样以某种单一技术为基础 形成针对所有场景的解决方案。 此外，当前无线技术创新也呈现多元化发展趋势，除了新型多址技术之外，大规模天线 阵列、超密集组网、全频谱接入、新型网络架构等也被认为是 5G 主要技术方向，均 能够在 5G 主要技术场景中发挥关键作用。 综合 5G 关键能力与核心技术， 5G 概念可由 “ 标志性能力指标” 和 “一组关键技术” 来共同定义。 其中，标志性能力指标为“ Gbps 用户体验速率”，一组关键技术包括 大规模天线阵列、超密集组网、新型多址、全频谱接入和新型网络架构。 5G 推进组定义的 5G 概念 目前 5G 技术已经确定了 8 大关键能力指标：峰值速率达到 20Gbps、用户体验数据 率达到 100Mbps、频谱效率比 IMT-A 提升 3 倍、移动性达 500 公里/时、时延达 到 1 毫秒、连接密度每平方公里达到 10Tbps、能效比 IMT-A 提升 100 倍、流量 密度每平方米达到 10Mbps。 ITU 定义的 5G 关键能力 中国 5G 之花概念 我国提出的 5G 之花概念形象的描述了 5G 的关键指标， 其提出的 9 项关键能力指标 中除成本效率一项外，其他 8 项均与 ITU 的官方指标相匹配。 5G5G的关键性能挑战及实现的关键性能挑战及实现 从具体网络功能要求上来说， IMT-2020(5G)推进组定义了 5G 的四个主要的应用场 景：连续广覆盖、热点高容量、低功耗大连接和低时延高可靠，而这些功能的实现都给 供应商带来了很大的挑战。 5G 主要场景与关键性能挑战 5G 技术创新主要来源于无线技术和网络技术两方面。其需求来自于以上的关键性能挑 战。我们可以将关键性能分为以下三个部分： 5G 关键性能分类 为了实现更高网络容量， 无线传输增加传输速率大体上有两种方法，其一是增加频谱 利用率，其二是增加频谱带宽。 提高频谱利用率的主要的技术方式有增加基站和天线的数量，对应 5G 中的关键技术 为大规模天线阵列（ Massive MIMO）和超密集组网（ UDN）；而提高频谱带宽则 需要拓展 5G 使用频谱的范围， 由于目前 4G 主要集中在 2GHz以下的频谱， 未来 5G 将使用 26GHz，甚至 6-100GHz 的全频谱接入，来获取更大的频谱带宽。 而对于关键任务要求上，尤其是毫秒级的时延要求，对于网络架构提出了极大的挑战， 5G 技术中将提出新型的多址技术以节省调度开销，同时基于软件定义网络（ SDN） 和网络功能虚拟化（ NFV） 的新型网络架构将实现更加灵活的网络调度。 1、 大规模天线阵列（ Massive MIMO） ：提高频谱效率，未来需要更多的天线及 射频模块在现有多天线基础上通过增加天线数可支持数十个独立的空间数据流， 以此来 增加并行传输用户数目，这将数倍提升多用户系统的频谱效率，对满足 5G 系统容量 与速率需求起到重要的支撑作用。大规模天线阵列应用于 5G 需解决信道测量与反馈、 参考信号设计、天线阵列设计、低成本实现等关键问题。 美国莱斯大学 Argos 大规模天线阵列原型机样图 大规模天线技术（ MIMO）已经在 4G 系统中得以广泛应用。面对 5G 在传输速率和 系统容量等方面的性能挑战， 天线数目的进一步增加仍将是 MIMO 技术继续演进的重 要方向。 根据概率统计学原理，当基站侧天线数远大于用户天线数时，基站到各个用户的信道将 趋于正交，在这种情况下，用户间干扰将趋于消失。巨大的阵列增益将能够有效提升每 个用户的信噪比，从而利用空分多址（ SDMA）技术，可以在同一时频资源上服务多 个用户。 空分多址技术（ SDMA）是大规模天线阵列技术应用的重要支撑，其基础技术原理来 自于波束赋形（ Beam ing） ,大规模天线阵列通过调整天线阵列中每个阵元的加 权系数产生具有指向性的波束，从而带来明显的信号方向性增益，并与 SDMA 之间产 生精密的联系。 空分多址提高频谱效率 大规模天线的优势可以归结为以下几点： 第一：提升网络容量。波束赋形的定向功能可极大提升频谱效率， 从而大幅度提高网 络容量。 第二： 减少单位硬件成本。 波