中興通訊5G創(chuàng)新實驗室將破解5G基站功耗的難題
今年是5G商用元年。自6月6日獲得5G牌照后,運營商開啟了5G商用網(wǎng)絡建設步伐,一些進度快的大城市已部署了數(shù)千座5G基站。運營商還向公眾提供了5G試用套餐,嘗鮮5G高速網(wǎng)絡,例如近日在山西舉辦的全國青年運動會,用戶可以用5G手機觀看“5G直播”,感受非凡的5G體驗。
5G已經商用,但多數(shù)用戶對5G的創(chuàng)新技術并不熟悉。作為全球主流5G網(wǎng)絡供應商之一,中興通訊近期向媒體開放了位于上海研究所的“5G創(chuàng)新實驗室”,揭開了5G商用背后部分“黑科技”產品的面紗。
中興通訊5G創(chuàng)新實驗室內景
天線和器件的創(chuàng)新
5G是移動通信行業(yè)一次重大的技術革新,部署在5G基站的天饋線系統(tǒng)和5G設備,包括里面的器件和芯片,都是滿滿的核心技術。早在4G時代,中興通訊針對性研發(fā)了射頻和天線一體化融合的天饋系統(tǒng),采用PCB直插式架構,無饋線、無電調、插損更小,且可以進行靈活的數(shù)字波束賦形。
天線和射頻模塊從分離架構走向了一體化架構,原來的架構是BBU+RRU+天線,變成了BBU+AAU。這一突破性的架構創(chuàng)新,已經成為了目前全行業(yè)5G宏站天饋前端的通行做法。C114從5G創(chuàng)新實驗室了解到,中興通訊正在研發(fā)下一代Massive?MIMO天線,將實現(xiàn)天線和濾波器的一體化融合,進一步降低5G基站整機體積和成本。
在這個過程中,中興通訊也讓濾波器越來越微型化。濾波器是基站信號發(fā)射非常關鍵的器件,以前4G Massive MIMO采用和傳統(tǒng)宏站一樣的金屬腔體濾波器,進入5G時代,中興通訊采用一體化成型、自動化調試工藝,在同等性能要求下,使用小腔體濾波器實現(xiàn)了體積縮小70%,重量縮小50%的成果,為整機瘦身。
在5G創(chuàng)新實驗室,中興通訊還展示了新一代陶瓷濾波器,使整機更輕更薄。據(jù)了解,陶瓷濾波器具有高抑制、插入損耗小、溫度漂移特性好的特點,二是功率容量和和無源互調性能都得到了很大改善,代表著高端射頻器件的發(fā)展方向,將成為5G時代的主流。
此外,對于另一個不可或缺的器件——功率放大器,中興通訊將其“芯片化”。2017年,中興通訊結合GaN(氮化鎵)材料,實現(xiàn)功放器件小型化飛躍,面積縮小1/2,機頂功率可以達到200W,功放效率達到47%。5G創(chuàng)新實驗室展出的5G第二代功率放大器,將在第一代基礎上繼續(xù)集成化,面積持續(xù)縮小,效率達到50%,帶寬達到200MHz,機頂功率達到320W。
自主研發(fā)芯片亮點頻出
如果將一臺5G 整機設備比做汽車的話,芯片和算法便類似于發(fā)動機與控制系統(tǒng)。
在基站的核心芯片領域,中興通訊采取自研的方式,實現(xiàn)了基帶芯片從28nm到7nm設計能力的飛躍,7nm芯片將在今年商用,并預計在2021年實現(xiàn)基帶芯片5nm。數(shù)字中頻芯片也實現(xiàn)了從40nm到7nm的三代自主研發(fā),7nm芯片將在今年商用,并計劃下一代芯片將實現(xiàn)5nm。
同時,搭載中興通訊的自研算法,為Massive MIMO整機性能保駕護航。通過Massive MIMO 系統(tǒng)仿真平臺和鏈路仿真平臺進行網(wǎng)絡級性能的提升,通過性能優(yōu)化平臺和智能節(jié)電平臺進行設備級的性能提升。
破解5G功耗難題
5G基站引入大規(guī)模天線技術,AAU的體積、重量、散熱都受到挑戰(zhàn)。5G原型機給人的印象,就是一個高耗電的“大家伙”。據(jù)悉,5G剛部署時,運營商以及行業(yè)客戶,都十分關注5G設備的重量和功耗問題,這些問題給安裝和供電帶來了不小的挑戰(zhàn)。
在5G創(chuàng)新實驗室可以看到,中興通訊對這塊難啃的硬骨頭下了大工夫,開發(fā)了很多新材料、新工藝。例如傳統(tǒng)設計的散熱齒,下部熱量上部擴散,造成散熱齒結構上部溫度高,降低散熱效率,成為散熱瓶頸。中興通訊獨特的V齒結構設計,改進散熱氣流,使冷空氣正面進兩側出,避免熱級聯(lián),散熱提升20%,成為業(yè)界首創(chuàng)。
中興通訊預計,5G第一代Massive MIMO基站體積減少1/3,重量減少1/3。到下一代基站,陣子數(shù)不變的情況下,AAU厚度會進一步降低,變薄30%。
后記
據(jù)介紹,能夠開發(fā)出大量創(chuàng)新型5G產品技術,與中興通訊自主構建的DevOps研發(fā)管理平臺分不開。這一平臺能夠同時管理全球范圍內3萬多名研發(fā)人員,支持全球15個研發(fā)中心、超過600個項目的研發(fā)需求,保障軟硬件產品質量、人均效率提升50%,大大加快了研發(fā)整體進度。
5G將對國民經濟百行百業(yè)的數(shù)字化轉型起到關鍵作用,其戰(zhàn)略價值無需多談。從全球范圍內看,5G正在快速走向商用,中興通訊作為全球四大供應商之一,持續(xù)聚焦5G研發(fā)投資,并已形成和正在開發(fā)一批高精尖技術成果,將為5G商用進程起到重要的推動作用。