4G和Pre-5G通讯基础设施射频前端的方案及市场发展趋势

　　第五届EEVIA年度中国ICT媒体论坛暨2016产业和技术展望研讨会

　　时间：2016.01.19 下午

　　地点：北京中关村创业大街 IC咖啡

　　演讲主题：4G和Pre-5G通讯基础设施射频前端的方案及市场发展趋势

　　演讲人：万文豪先生 - Qorvo基础设施和国防产品大客户销售经理

　　接下来的演讲来自美国Qorvo公司，是RFMD和Triquint合并后的一个新品牌。上周在我们论坛深圳站，Qorvo移动产品市场战略部的亚太区经理为我们详细解读了Pre-5G时代的市场变化和技术趋势，并带来支持载波聚合以及全频段，全支持真正意义全球通手机最新设备的方案。今天，Qorvo将会侧重分析4G和Pre-5G通讯基础设施射频前端的方案，以及相应市场发展趋势。我们荣幸地请到了Qorvo基础设施和国防产品大客户销售经理万文豪先生。他主要聚焦于移动通讯基站，微波点对点WLAN和光通讯解决方案业务。我们把时间交给万先生详细解读4G和Pre-5G市场发展趋势。

　　万文豪：虽然现在IOT非常热门，但其实没有这么快走到我们每个人身边来，为什么?大家有没有想过IOT背后的支撑是什么，是什么支撑这么大一个网络建设，这么多产品设备的介入?未来的世界是互联网的世界、物联网的世界，但我们现在还没有准备好，正是因为我们基础设施网络还在为IOT世界的到来做准备。

　　我们现在每个人都有上网的需求，或者用了很多套餐。目前很多公司包括很多媒体，甚至一些参考设计公司都在提供一些数据。根据Cisco在2015年提供的数据可以看到，整个移动数据的发展是非常大的，从2014年2.1EB到2019年24.3个EB，这是什么概念呢?

　　1EB=100亿G，现在全球大概70亿人口，平均每人每月多少G的数据的需求?所以在未来5到10年发展是一个数据量大爆发的过程。我们也可以想象是什么驱动数据的爆发和数据的需求。

　　IOT的设备是非常丰富的，另外一个是应用层面，我个人觉得未来对主流视频的数据需求会非常巨大。Cisco提供了一个从2014年到2019年的预测数据，数据量的年增长率是57%，设备的增长率大概99%。基本上所有公司在2020年的一个计划，或者一个预测，希望互联网能够上网的设备大概就是100亿部左右，当然不同的公司有不同预测的数量。

　　我现在介绍一下Cooper定律，大家可能非常清楚摩尔定律，摩尔定律讲的我们在半导体内一年半左右，我现在讲的当年它的预制，一年半我们所有晶体管内数量要翻倍。那么Cooper定律也是我们通讯行业非常重要的一个定律，它告诉我们什么呢?我们在两年半左右的时间，所有数据在现有频谱的基础上，业务量将增长一倍。从数据统计来看，在过去45年之内大概有100万倍的增长。所以在2010年或2009年的时候，通讯业内有一个共同的目标：1000倍。我们为了满足未来数据量增长的需求，会达到1000倍的增长!那我们如何来实现呢?现在用的4G，甚至是4+，我想现在6S的系统在网上能够查的，能够连上4+的网络了。目前业内一个共同的愿景是我们未来的5G至少能够覆盖我们现在所能预测到的需求。

　　这是在5G非常重要的一些指标。第一个非常重要的是：我们的数据率一定要达到10个G，现在网络1个G轻而易举，像赵女士介绍的，我们在深圳站也提到过，我们通过载波聚合技术可以实现1个G的流量。另外就是时延，这个意义是非常重要的。一个毫秒是什么意义呢?刚才实际上介绍了很多IOT的产品，其实并不是实时上传数据，或者是实时控制，1毫秒对于车联网来讲是非常重要的，我们要解决车联网的问题必须要让网络的时延小于1毫秒，这是5G必须要完成的一个目标。

　　还有数据，所有的设备容量的增加，所以我们预测5G在每平方公里，它的网络能够连接到100万台设备。这意味着从整个网络建设规划来讲，必须达到1000倍容量的需求，同时达到最佳性价比的要求。其他还有在5G方面的性能，可以看到这是4G目前的状况，这是5G我们要达到的目标，外围实际上就是5G的长期规划，未来5G的发展甚至可能在3年、5年已经不是主流的需求，或者成为更基本的需求，更广阔达到100个G的速率。

　　所以回到刚才1000倍的计划，我们如何实现它?在通信业界有一个拆分方法，我们可以通过扩大频谱，如何实现?我刚才跟一个媒体朋友交流到，大家对于5G可能谈到的都是微波频段，大家都很好理解。15、23、28，甚至40几G、70几G，80、90G都有，实际上目前业内已经demo出很多这种微波频段的平台，或者它的原始产品。

　　其实目前对我们每个人来讲最重要的是用现有的手机能够解决问题。因为你微波频段没有手机可以支持，我不认为大家现在用微波频段达到你手机数据的要求，现在整个业界的办法是通过6G以下的频段来扩充频谱。

　　前不久广电就想做IOT这块，他就说700兆是我们非常好的数据，做广阔、广泛的覆盖。

　　目前3.5G已经是板上钉钉了，也是我们要用在5G的频段，还有我们现在很多4.2G、4.8G，包括LTE-5.8G，都是目前在6G以下提出一个方向。所以未来频谱阶段要做一个很大的改变，因为我们公司本身有很大一部分在手机业务这块，手机的复杂性会越来越高，频段也会越来越多。

　　第二，1000倍的网络要增加它的密度。比如在我们现在的房间内，如果大家都同时有数据上传怎么办?我不觉得现在的4G网络能支持二三十位朋友上网的需求。所以我们要采用不同的网络架构，现在普遍的架构就是宏蜂窝，接下来微蜂窝，还有small cell，还有picocell、Femtocell。所以在网络覆盖这块会有不同的层次需求，从大中小到高速率不同的需求、不同的场景建设。

　　最后是我们今天要重点谈到的技术：Massive MIMO，就是大容量的多入多出天线技术。目前通过它可以实现3到6倍频谱效率的提升。

　　这里稍微列了一下为什么提到Massive MIMO，这个技术可以从这个公式看出来，我们每比特每秒速率，除上各自包括节点，我们必须有更多更高的数码流来支持未来容量的需求。第二件事儿其实回答了刚才1000倍的问题，在密度上要增加，增加不同的节点，在每平方公里增加更多的节点，更多的是small cell。

　　还有刚才提到频谱的增加。但是频谱的增加比较复杂，就说我们现在有多少频谱可以用，因为频谱已经成为一个稀缺资源了。

　　这是我们说的Massive MIMO，有些朋友不一定非常了解。左边这个图大家看像不像马蜂窝?这是在某个网站军事网站下载下来的，是军事雷达之类的，为什么没有提到Massive MIMO?其实它的应用已经是项目式雷达，大部分人比较清楚，而且这几年中国在雷达技术上面也发展得非常快。Massive MIMO已经成为非常主流、成熟的技术，从频谱的角度来讲，通过不同的相位的控制，或者幅度的控制，可以将所有的信号引导到一个用户上，或者多个用户，同时不同的带宽、不同的基站，同时指向一个用户。

　　Massive MIMO的应用对我们半导体厂商来讲，它的意义或前景机会存在在哪儿呢?因为我们现有的技术还不是传统的4G、3G技术，首先要建设新的网络，对我们所有的业内人士来讲都是非常重大的利好。第二因为引用了Massive MIMO，刚才讲可能是几千个或者几万个通道，当然我们现在传统的基站还不会上那么多通道，目前最高是上到128个通道，所以说每个通道都需要有很多的RF射频器件，对于我们来说射频器件需求会远远大于以前的模式。

　　还有因为你用到几百个通道，所以我们要求网络设备或器件设备供应商能够提供全集成化的方式、模式。这会大大增加复杂度，对我们来讲是喜闻乐见的，因为Qorvo的能力令我们更接纳集成化和小型化。还有技术以及我们生产能力，技术怎么实现这么大的容量?这么多的器件用在一个小小的设备里面，我们需要小型化，我们要很小的一个size。第二我们要有很高的效率，如果你的效率不支持，那你这个设备没办成为真正的产品。另外就是对产能的要求，因为一旦出货，出货量对于传统的半导体或通讯设备半导体来讲是非常大的要求。

　　大家都非常清楚，2G、3G之间有一个2.5代，大家很熟悉的以前上网经常用的GPRS，然后在3G、4G之间我们有3.5代。我们当时网络更新到SSPI或者HSUPI这块，然后CDMA、EVDO。我们说在未来5G将支撑我们的应用，支撑整个IoT的应用，现在在5G之前我们会有一个半代的过程，所以我们认为这是Pre-5G或者4.5G，实际上现在已经在整个业内ITU有一个标准的名字，叫做LTE-A-PRO，我们预计在2015年到2020年之间会有Pre-5G，一个4.5G的过程。

　　后面我会介绍Pre-5G，实际上有一部分地区已经开始在用了，Pre-5G有几个非常关键的功能特点，第一，现在我们用TDD频段，目前Pre-5G集中在2.6G，接下来中国移动的要求会在3.5G这块有一些应用，再往远一点就是5.8G这块的需求。第二个必须是Massive MIMO，因为你要解决现有技术能达到一个G的应用，不用载波聚合的话必须要用我们的Massive MIMO。第三,我们现在整个宏站的网络建设架构，实际上不会有任何变化。第四点也是非常重要的，我们现在每个人都可以用Pre-5G/4.5G的网络，因为现在手机都可以，不需要你换手机，这是一个非常重要的因素。我们要在2020年5G实现之前，用现有的手机就能够上网，就能够达到5G的体验，最后一点，目前业内已经达到3倍到6倍的频谱效率，未来会具备更高的效率，随着各种算法形成一个新的算法、扩展的话，我们会有更高频谱效率的应用。

　　在2015年巴塞罗那展上，有国内的公司展示了Pre-5G的概念，实际上已经在应用，中国移动在北京有研发中心，实际上就有Pre-5G的网点，目前公开的资料已经表明它有128个RF天线单元，频谱效率已经到3倍。其实这里面最重要的在边缘里的效率其实有10倍。

　　我们可能很多时候有一个体验，就是离基站比较近的时候上网还可以，当你到两个小区之间的时候，明显发现你上网的速率下降，或者你就上不了了。这个能解决我们在网络边缘的吞吐量。华为、爱立信已经有出货，华为已经在中东、欧洲有出4.5G的货，这里面出货的概念会有一点不一样，Pre-5G特别是5G的技术的总程还没有完成，大家还在讨论当中。Massive MIMO，或者一些CA,载波聚合，已经是非常主流的一种技术，所以我们已经开始有一些产品出货。你可以看到爱立信在Pre-5G也是有一些出货，不过爱立信有两个频段，一个是6G以下，还有一个微波频段28G，所以说还回到这个名字上来，我们现在业内其实没有完全把这个名字记下来，就4.5G或者Pre-5G，我们公司可能更倾向于Pre-5G的一个叫法。

　　对Qorvo来讲，Massive MIMO的意义到底是什么?这里有一个简单的图解，这是一个8×8的单元，这里面每个单元有一个模块，这实际上包括很多内容，有PA、LA、开关，滤波器甚至有一些DSA其他功能的器件在里面。可以看到传统的八通道TD-LTE的基站。我们今年就应该发货64通道的，所以对我来讲以前我发8个器件，未来希望有64个器件。而且这64个器件其中有非常多的代，有5、6个代。

　　Qorvo在整个设备领域拥有全部的技术，包括有源技术、放大器衰减器之类的，同时也有无源的滤波器技术。在目前应该是全球唯一一家主动元件加被动元件合在一起的公司。而且我们还有一项非常重要的未来技术：氮化镓技术，这是Qorvo在为面对未来5G，包括现在4G和已经过去的2G、3G做的技术储备。我们在5G的技术储备上已经完全准备好了。

　　刚才讲到我们为了在一个小小的机器里面能够容纳到64个或者128个射频通道，，那我们要求功放必须具有非常高的效率，同时也要有非常好的线性。那目前业界的主流方向就是氮化镓技术， Qorvo在氮化镓技术上的发展是非常早的，最早是在军品这块发展，所以在所有氮化镓产品里面，Qorvo是唯一一个具备了所有工艺的厂商，我们叫GaN 50到GaN 09，不同的栅宽，我们有不同的电压，如20伏、28伏、36伏、48伏、65伏，是目前界内唯一一家能提供全工艺的氮化镓厂商。

　　我们在氮化镓方面也有一个Roadmap，目前2015年、2016年我们主要是在4G这块，4G更侧重在大功率功放，以及提高线性效率这块，我们在接下来两年会重点针对Pre-5G有一系列产品出来。还有我们在5G高频这段会有更多的产品出来。实际上会提出高频这块。Qorvo在合并之前不管是RFMD还是TriQuint，有一个非常重要的产品线：微波产品线，我们可以做到非常高频，从6G来算，6G到100 G我们全部都有相应的产品。所以未来5G对Qorvo来说也是非常利好的消息。

　　现在我给大家介绍一下对Pre-5G已经出货的产品的一些支持。这是目前我在公开场合看到唯一业内提到的High Power BAW，BAW是另外一种表面波技术，我们通常谈到的是一种SAW，声表面波技术。BAW，体表面波技术，它有更高的处理大功率的能力，还有更好的温度漂移能力。我们基本上是业类唯一一家提出的平均功率可以达到5W的滤波器技术，现在这种范围有多大呢?其实非常小，我们现在做成的产品我们的原形5mm×5mm左右，相对于我们目前通用的技术就是陶瓷，或者说陶瓷已经是非常大的，就是说20几或者30几或者10几乘30几，还有一个更大的是腔体滤波器那就更大了，甚至超过我们一个笔记本大小。所以这个技术非常适合Massive MIMO和未来5G的发展。现在我们能够实现5G的平均功率承受能力。还有我们在阶段功放这块包括LNA，包括射频开关，因为这里面随着未来Massive MIMO的发展，会有5W、10W、100W、200W等不同的功率需求，所以会有一系列的产品出来。

　　刚才提到我们会做集成的一个模块，从2W到10W，这里面稍微提一下Doherty这个模块概念，这个Doherty技术能够提高功放的效率。那我们现在传统的Doherty效率就是百分之十几、百分之二十几左右，我们通过有一定专利的Doherty技术，可以实现45%到50%的效率提升，达到整个模块的效率，这是非常重大的变化，可能大家还没有体会到，未来手机也会用到类似的技术，你的效率会更高、耗电量会更小一些。

　　现在我简单介绍一下Qorvo， Qorvo实际是两大BU组成的，我们属于IDP的BU，我们现在主要有四大类产品：

　　一是国防产品，这里面就涉及到很多高频微波的应用;

　　第二就是光传输，在业内基本上是排第一的光传输提供商。

　　第三，也是最大一块业务是基站这块，我们是全球五大OEM最大供应商。因此可以说，大家只要用手机，只要通过手机上网或者打电话，都会经过Qorvo的半导体器件。现在所有基站或者手机里面也有我们的芯片，在基站里面我们可以做到100%的覆盖。也就是说100%的基站里面都有我们的器件。

　　还有一个和IoT非常相关的Wifi的产品线，这里面我们更侧重大功率这块，APG的应用，或者家庭里的应用，可能可穿戴产品不是我们事业部的方向，我们会更集中在更大的输出，或者我们在这边要做一个穿墙可以用到wifi芯片。

　　Qorvo最大的部门是在手机这块，我们在深圳站对手机未来的发展方向做了一个介绍，所以这边我就不做太多解释了。

　　这里重点介绍一下，我们IDP的产品非常丰富，我们有7000多个产品，有6000多个客户，在整个基站市场，我们是前五大OEM在小型号这块排名第一。我们在预研这块，有19个专家专门看一些前沿的技术，包括基础技术、材料的研发，这是我们整个产品线有点类似的方向。

　　Qorvo是一个非常国际化的公司，在欧洲、美国、亚洲有非常多的分支机构，我们现在重点介绍一下我们在中国的情况。Qorvo在北京有销售部门，同时还有一个工厂。去年底，在山东德州又新建了一个工厂扩展我们的产能，Qorvo还在上海、深圳、台湾都有相应的分支机构。

　　再强调一下，我们整个产品特别是在基站这块的应用，为了应对未来的需求，包括Pre-5G未来发展的趋势，我们会在产品投资方向有重点突出的方面，那现在4G这块我们会有一些战略技术，包括有一些SOI的技术，包括一些滤波器技术。

　　我们现在还有一块非常大的业务，是small cell这块，据预测我们的出货量会远远超过4G网络的出货量。这里面主流技术还是高效率高线性PA，刚才已经介绍到我们的4.5G的Massive MIMO技术，还有5G微波频段技术，基本上会在这个射频领域全领域都有。最后，我套用一句广告语：Qorvo专注射频领域超过30年!谢谢大家!