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封面故事 | Cover Story - 5G
所以，RF 前端需要在高频段内非常宽的信道上保
持足够的增益和高线性度。
同时存在与宽带宽信号有关的功率效率挑
战。为了最大限度地提高 4G LTE 的效率，常用
的方法是引入包络跟踪和数字预失真。如果采用
包络跟踪，通过不断调整功率放大器的电源电压
来优化效率，从而跟踪 RF 包络。
不幸的是，今天的包络跟踪器只能支持高达
40MHz 的带宽。由于这种局限性，包络跟踪不适
用于 100MHz 的 5G 信号。相反，功率放大器必
须在固定电压的平均功率跟踪模式下运行，同时
在整个频率范围内提供高频率线形操作。对于传
输链来说，结果就是实质性的效率下降，同时还
有对于功率放大器设计的高度线性要求。
对于 LTE，5G 需要具有相对较快增益建立时
图1. 5G应用分类。 间的多增益态 PA。如果采用最复杂的下行链路调
叶变换扩展 OFDM（DFT-s-OFDM）。5G 的前端（包 制方案 256QAM，那么在低噪声放大器中也需要
括非独立无线电）将必须支持这两种波形。 高线性度。关键优值是优异的误差矢量幅度，以
在这两者中，CP-OFDM 有着最大的挑战， 及需要当今 64QAM LTE 信号上的改进二阶截点。
但也是最有前途的，咯为网络运营商提供几个关
键的优势。其属性包括提供资源块的最高效频谱 更高的输出功率
封装（高达 98%），并提供空间多路复用的优势， 为了最大限度地提高手机的工作范围，人们
从而可支持多输入多输出（MIMO）技术。由于 正在努力提高射频输出功率，因为这可以弥补高
这些优点，CP-OFDM 是在优先考虑最大限度地 频时的更大传播损耗。这需要支持 3GPP 功率等
提高网络容量时（例如在城市和建筑物内）的最 级 2 标准，该标准使天线处的手机输出功率翻倍，
主要候选。挑战在于 CP-OFDM 产生比 4G LTE 即从之前标准的 23dB 增加到 26dB。通过转向功
更高的峰均功率比。其影响是功率放大器需要更 率等级 2，运营商能够使用高频频段来实现可与
大的功率回馈，并且需要在很宽功率水平上实现 低频段所提供运营范围相媲美的运营范围，而无
高的线性度。 需构建广泛的新的无线基础设施。
另一种选择是 DFT-s-OFDM，它可以提供效 然而，这不是唯一的好处。功率等级 2 还改
率较低的频谱封装—最高可达 90%，而且对于 善了内建的接收。与 4G LTE 相反，其中 3GPP
MIMO 来说效率也较低。但是，这种形式的 5G 功率等级 2 标准仅用于有限的 TDD-LTE 频带集
上行链路，与目前使用的 LTE 上行链路具有相同 合，而对于 5G 等级，功率等级 2 则是所有新业
的波形，由于峰均功率比较低，所以可以提供更 务频段的基准要求。因此，所有 5G RF 前端都必
大的工作范围。由于这些特点，当优先考虑最大 须支持这种高输出功率，同时管理相关的热挑战，
化覆盖范围时，例如在人口较少的地区，人们会 包括散热。
希望使用 DFT-s-OFDM。 除了这些热挑战之外，向 5G 非独立无线电
的转变将给设备制造商带来棘手的任务，即将
大带宽 更加复杂的 RF 内容，塞进分配给 RF 前端的已
4G LTE 和 5G 之间最大的区别之一是信号 经很拥挤的空间中。与其中 MIMO 是可选的 4G
的带宽 ：通常为每载波 100MHz，而采用 LTE 的 LTE 不同，5G 实现预期在标准的下行链路中使
每载波最多为 20MHz（尽管使用 CA 支持高达 用 4×4MIMO ；而一些设备也可以为上行链路使
60MHz）。较宽的带宽和新的 5G 波形的组合推动 用 2xMIMO，从而为极高的数据速率提供前所未
峰值平均功率比远高于任何先前的蜂窝通信标准。 有的 200MHz 上行链路带宽。在手机内容纳额外
10 化合物半导体 2018年第2期 www.compoundsemiconductorchina.net
