如今，这为移动网络运营商带来了巨大的商机。但它也预示着一项挑战，即以合理的速度来回传输所有这些数据的能力。因为，不仅是数据绝对量是趋势，同时也包括未来应用的类型，如增强现实 (AR) 和车辆对车辆 (V2V) 的通信等，这些都需要更低的延迟和更高的带宽。这一需求将被下一代蜂窝通信标准 5G 所满足。

 

　　5G 在三个频段

 

　　高频：这一频率高于 24 GHz 的最高频段，需要技术创新、重新设计和新型材料，因此运营商将需要付出比其他两个频段更高的成本。

 

　　中频：在sub-6 GHz 的频率下，中频对目前的 4G 标准进行了重要升级，并采用了当今的创新器件技术，如碳化硅基氮化镓 (GaN-on-SiC) 器件，将大大减少了对系统设计的修改。物料清单 (BOM) 的变化相对较小，这意味着这一频段对于首次推出 5G 及相关数据密集型的应用具有吸引力。到 2020 年，随着第三代合作伙伴计划 (3GPP) 的第 16 版完成，预计运营商将在这一频段开展大量活动，并允许 5G 在公共频段 (“NR-U”) 运行，如 5 GHz 和 6 GHz。

 

　　低频：更低的频率 (< 2.2 GHz) 也可以用于 5G，如处理物联网 (IoT) 数据，但只提供 4G 以上的增量升级。

　　图 1：据Yole Développement，到2025年，各种5G商业应用将使用在最合适的频段，主流为sub-6 GHz的宏基站和小基站。[2]

 

　　运营商痛点

 

　　虽然更高的 5G 频率可以提高速度和带宽，但同样的高频更有定向性，信号更容易衰减。而且，仅仅增加带宽并不会带来容量的线性增加，因为更高的带宽也会导致更低的信噪比 (SNR)。这就需要通过增强信号来克服，这意味着增加发射功率、增加天线数量、增加基站数量。或者，如同在 5G 场景下一样，采用所有这些选项。

 

　　为满足数据容量需求而增加基站密度是有代价的。而且这可能会同时减少rooftop和塔台位置的可获性，以容纳基站。

 

　　运营商将需要更小、更轻的设备，以便安装在以前不可行的地方。此外，更小、更轻设备的安装更容易也更便宜，这可以转化为更低的基站租金。

 

　　寻求更小、更轻的基站

 

　　大型网络设备供应商已经转向基于碳化硅基氮化镓 (GaN-on-SiC) 的设计，而不是传统的硅 (Si) 基器件，以满足其基站的高频率、高功率需求。

 

　　虽然横向扩散金属氧化物半导体 (LDMOS) 工艺技术已使硅 (Si) 基器件进展到更高的功率密度，但与氮化镓 (GaN) 的高频率特性和碳化硅 (SiC) 的优越导热性相比，它们仍显得很苍白。

 

　　碳化硅基氮化镓 (GaN-on-SiC) 使得系统能够实现更高的功率密度，这将有助于不再需要像LDMOS 那样采用大量热管理硬件，从而减小基站尺寸。

 

　　氮化镓 (GaN) 内核？

 

　　与 LDMOS 相比，氮化镓 (GaN) 在 5G 频率下的效率更高，这也意味着每比特/秒的运行成本更低，碳足迹也更少。Cree 旗下公司 Wolfspeed 是碳化硅基氮化镓 (GaN-on-SiC) 器件市场的主导者。根据Wolfspeed预估，与使用 LDMOS 功率放大器的系统相比，在最大平均功率条件下工作时，碳化硅基氮化镓 (GaN-on-SiC) 可以节省 200 瓦以上的直流功率。

 

　　参考资料：

 

　　[1]. 思科移动 VNI 预测与趋势，2017 年至 2022 年:

　　www.cisco.com/c/en/us/solutions/service-provider/visual-networking-index-vni/index.html#~mobile-forecast

 

　　[2]. 5G 对电信基础设施的影响，2019 年:

　　www.i-micronews.com/products/5gs-impact-on-telecom-infrastructure-2019/

 

　　关于Wolfspeed RF产品更多信息，敬请浏览：www.wolfspeed.com/rf