國內5G射頻晶元的機遇、挑戰

行業前沿

選自泰伯網，「黃鑫：5G時代對國內射頻晶元的機遇和挑戰」。

6月14日，第六屆WGDC大會在北京國家會議中心開幕。在本屆大會的空間大數據+軍民融合峰會上，北京中科漢天下電子技術有限公司總經理黃鑫做了主題演講，以下為演講實錄。(內容未經本人審核)：

各位大家好！我是來自北京中科漢天下電子技術有限公司的黃鑫，非常高興參加北京WGDC論壇，我的PPT是「5G時代對國內射頻晶元的機遇和挑戰。」這個PPT分為四個部分，一個是5G移動通信的願景，第二是移動終端射頻前端的發展趨勢。第三是5G終端高頻器件的挑戰。

這張圖是典型的移動通信技術的標準的演進，大家可以看出來每一代是十年。3G包括TD-SCDMA，主要應用於桌面的互聯網，用於中速的數據。現在處於4G時代，主要有兩個一個是TD-LTE及增強FDD LTE及增強，主要應用在移動互聯網和物聯網方面。預計2020年5G可以發布，峰值在10-20Gbps以上，每個用戶可以體驗到0.1-1Gbps，時延1毫秒，連接1百萬每平方千米，到了5G時代是無處不在的萬物互聯的時代。

這是我國的5G推進計劃，在3G形成突破，4G國際同步，5G引領全球。

5G的無線技術空口分為，不考慮向後兼容性的新設計。

然後是4G演進的設計，基於4G架構的增強版。

另外是WLAN，對於蜂窩系統的補充。

對於我國來說技術的研發和實驗分為兩個階段，一個是3GPP版本15，預計到2018年底，包括增強型移動寬頻，主要集中於suB-6GHz的頻率。

階段2，預計到2019年底，集中於毫米波28G以上的頻率。

這是5G的應用場景和願景，ITU規定了5G的場景分為三個。第一個是增強移動帶寬，第二個是超高時延的低可靠低時延的通信，這個方面主要應用於車聯網和一些工業自動化。另外也可以為海量的移動通信進行服務。

我國有了IMT2020（5G）推進，我們應用到移動互聯網和移動物聯網場景，一個是連續廣域覆蓋，一個是熱點高容量，低功耗大連接，還有低時延高可靠。5G對於4G來說，演進一個是傳輸速率當中，1G提高到10G。時延提高到5倍，功耗低於4G，連接的設備每平方公里支持的設備達到100以上，主要應用于海量的互聯網方面。同時5G的資費非常便宜，是4G的十分之一，另外一個特點是無處不在的連接。

下面回顧一下移動終端的發展演進過程和未來的發展趨勢。在座的各位大家都用手機，我相信大家用的都是智能手機。現在在手機商的大力推廣下，比較清楚手機裡面關鍵器件的名字，比如說應用處理器、基站，用的屏，這是一個典型的無線網路架構圖，左側是終端側，中間是切入網，另外是核心網。上面手機跟下面手機怎麼通信呢?首先手機發生信號到基站，基站通過信號到下面一個基站，大家看到基站和基站的傳輸是有線傳輸，手機跟基站傳輸是無線傳輸。現在中國移動郊區的基站傳輸是500米，室內是10米。手機這樣的方式如何讓500米之外的基站接入到信號呢?

這是一個典型的收發機，從終端一個收發機的架構。這邊是基站，中間是中射頻，另外一個叫射頻前端。現在我所說的裡面射頻前端最重要的器件是射頻功放，它的作用把傳過來的小信號進行放大，類似於大喇叭的作用。大喇叭是把聲音放大，功放把功率放大，可以把小信號功率推到可用的範圍之內，通過天線饋送出去，讓人感知到信號。射頻前端主要包含一個是功放，另外一個是開關，開關主要做頻段的切換，另外是收發的切斷。濾波器是將不用的信號進行濾掉，LNA是接收時用到的一個器件，提高手機接收的靈敏段。在整個裡面最重要的是一個射頻功放和天線開關。像現在目前的所謂的終端射頻前端裡面，主要包含功率放大器和天線開關，這邊是有元器件。另外，濾波器還有其他的一些器件主要是集中在PC機板上。

這是目前4G的趨勢，4G的終端頻段的數目急劇增加。最早2G是3個頻段，目前4G可以達到45個頻段，未來5G可以達到60-80個頻段。頻段的增加帶來射頻難度的增加，整個的射頻價值越來越大，包括功放、濾波器等等。這是說的雙4G、全網通、三模、五模、六模，八頻、十三頻，帶來整個的手機射頻前端的增加。

最左邊這張圖是最典型的射頻前端的圖，這是典型的3G射頻前端圖，包含兩到三個晶元。有一個是TXModule，還有單頻的功放，像這個晶元是雙頻晶元，針對不同的客戶可以提供單頻的功放。Band1或者Band5這樣。

這是一個4G的模塊可以看得出來4G比3G複雜很多。主要是用LB的PA實現，在所有的濾波器都是在版圖上的，這些終端是在晶元上的。

未來會在4G+，所有版圖的濾波器集中在晶元裡面。目前國內還沒有開始做，像國外比較大的廠商已經推出了這樣晶元，現在可能成本比較高，它的一致性、可靠性會稍微差一點，從未來來看肯定是一個趨勢。因為手機越做越薄，越做越小，對於板子的面積要求比較高，未來肯定是一個趨勢，我們公司現在也在這方面做前期的布局。

下面講一下5G終端高頻器件的挑戰。

這是我們國家提出的叫5G之花，5G來說主要是速率的提升。比如說峰值速率，超過十個G。

對於10個G的傳輸速率怎麼實現的?有兩個方面。

提高頻譜的利用率，提高編碼效率。比如說在QPSK是四個點，一個碼源可以承受兩個bps信息，在屏幕利用率、碼源、效率完全一樣的話，最直觀的是提高頻譜帶寬，另外提高載波頻率。比如說下行到1個Gbps時，幾個載波數據加在一塊是100Gbps。比如說5個20兆的載波是100Gbps。如果載波聚合變成一個G的時候，就可以完成10個G的下載速率。右邊是高通去年提出的X50的MODEM，這個是用8個100兆的載波聚合，可以實現5個G的下載速率。

為什麼說要提高到28G和60G呢?是因為現在在5G以下的頻譜非常緊張了，只能把目光瞄到比較高的頻段來進行載波頻段的提升。

5G的挑戰，從前面我講這麼多之後可以看出來，5G對於射頻來看，一個是頻段會增加，並且頻段會特別寬。另外，頻率的提高，雖然5G分為兩個頻段，一個是6G以下，一個是6G以上。6I以上的頻段3.4、3.6、3.8的頻段，對於我們來說難度也比較高。像另外的頻段70G、80G難度更高。另外5G射頻都會有非常大的提升，功耗降低。

怎麼樣來解決射頻前端的挑戰呢?主要從最基本的工藝和材料上進行研究，持續的投入。現在我們發現有這麼多的半導體材料，包括Silicon、siGe、GaAs、GaN、inP等。這是完成的解決方案，第一個是一體化、小型化，另外還有一個複雜的子系統，因為頻段比較多，還有負離子感應比較多。另外散熱的問題，因為工作頻率比較高，所以散熱比較大。

氮化鎵的電壓功率在12伏，現在我們的手持終端裝上電池一般在75伏，另外成本高，因為所有的東西都是這樣的，如果量大的話成本都會下來。

氮化鎵、砷化鎵不管在軍用和民用方面都有廣闊的應用。

在軍事方面主要是機載雷達和可攜式雷達做。

我們公司成立於2012年7月份，將近5年。總部在北京，在美國有兩個研發中心，在深圳、上海、香港都有銷售、技術支持、物流中心。產品開發方向，公司主要做晶元，一個是做手機射頻功放晶元，還有一個是無線通信晶元。去年銷售4個億，今年銷售6個億，發展還是比較快的。

里程碑事件，我們國內首家射頻晶元進入三星的。去年晶元出貨量在6.8億顆，累計國內第一。

這是市場排名，2G是63%，3G是40%多，4G一個月大概400萬的項目。這是我們的核心競爭優勢，像我們2G的一個單晶元，用一顆晶元就可以實現競爭對手三顆晶元的功能，我們的成本會比較低，並且容易備貨。

這是我們的經營情況，目前基金累計銷售20億顆晶元，月出貨量7000萬，被三星、中興、TCL等知名品牌手機採購。

最後說一下我們的願景，現在集成電路在國內比較火，上有國家的大政策，中間有產業大整合，我們企業希望迎來大發展。也希望藉助這股春風，能夠在五年內實現每年銷售額25億，進入到全國前15位，實現我們的強國之夢和強軍之夢。

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