5G 正在改變行業、社會以及我們的交流和生活方式。5G 不僅僅是更快的 4G LTE，它還是電信歷史上最具變革性的技術之一。它比 4G 快 10 倍，支持 10,000 倍的網絡流量，可以處理 100 倍的設備，同時實現五十分之一的延遲和零感知停機時間。有助于兌現 5G 承諾的最重要技術之一是微機電系統 (MEMS) 時序。MEMS 時序提供的解決方案比同等的基于石英的設備更小、功耗更低，并且它們更能抵抗惡劣的環境條件。

全面實現5G能力需要哪些技術變革？

盡管 5G 建立在現有的 4G 基礎設施之上，但大規模部署的 5G 網絡將需要對通信基礎設施進行全面重新設計。業內專家普遍認為，完全推出 5G 網絡并通過物聯網、自動駕駛、遠程醫療、人工智能以及虛擬和增強現實實現其全部價值可能需要十年時間。領先的運營商今年已經開始在主要城市地區提供 5G 服務，支持端到端 5G 的最重要技術之一是 MEMS 時序。

是什么繼續推動實現 5G 承諾的需求？

兌現 5G 的全部承諾需要超出當前網絡所能提供的性能、帶寬和延遲。到目前為止，我們已經部署了 sub-6 GHz 網絡，市場需要 24-GHz 到 40-GHz 范圍內的超快毫米波 (mmWave) 技術。這種轉變將需要廣泛部署戶外設備，以克服與毫米波頻率相關的視線、阻塞和覆蓋挑戰。

5G 出現了兩個重要的部署要求：網絡致密化，即在任何可能的地方添加蜂窩基站以增加可用容量的數量；以及云化，其中使用燈桿和其他電線桿來改造網絡并啟用 5G 供電的服務。由于它們暴露于沖擊、振動、極端溫度和其他惡劣環境壓力源中，這些部署需要有彈性、堅固耐用的定時組件，這意味著 MEMS。

5G可靠性如何保障？

確保可靠、有彈性的 5G 毫米波網絡可能需要多達 100 倍以上的設備（基站、小型蜂窩、中繼器和中繼器）部署在更靠近客戶場所的位置，例如燈柱、交通信號燈、體育場、屋頂和外墻。大多數此類設備將在惡劣的戶外環境中運行，并能承受極端溫度、風、振動和沖擊。

5G 實施會影響或涉及哪些技術？

受 5G 實施影響或涉及的硬件和軟件技術包括但不限于優化的 RF IC、天線陣列、放大器、波束成形和波束管理技術。在最近召開的運營商定義的開放和智能無線接入網絡 (O-RAN) 會議上，5G 對時間同步的需求是一個高度討論的話題。這是因為 5G 中涉及的許多基本技術不僅需要同步，而且實際上要求的時序對齊水平超出了以前以這種規模部署的任何水平。

為什么計時設備對 5G 部署如此重要？

計時設備是所有電子系統的心跳，包括通信基礎設施、工業設備、汽車系統和無數電子產品。將計時芯片想象成鋼琴演奏者使用的節拍器，為音樂家提供精確、穩定的節拍，從而獲得更銳利、更清晰的音樂演奏。盡管計時技術在我們的生活中盛行，但相對較少的人——除了系統工程師和架構師——意識到時鐘和振蕩器在過去幾十年的通信革命中發揮的關鍵作用。隨著我們進入 5G 時代，計時技術比以往任何時候都更加重要。

5G 中有哪些不同的計時技術？為什么選擇硅基MEMS？

大多數電子系統在歷史上都使用基于石英的計時設備，其功能類似于在我們的模擬手表內安靜地共振的石英晶體。Quartz 是一項已有 70 年歷史的計時技術，它的諧振器和振蕩器幾十年來一直為我們服務。然而，計時行業正在進行一場悄無聲息的革命。基于微型、巧妙的微電子機械系統 (MEMS) 諧振器的新一代計時設備已在需要最高可靠性和對環境壓力源的彈性的應用中取代石英。MEMS 技術與模擬電路相結合，提供了一個完整的計時解決方案，它比同等的基于石英的設備更小、功耗更低，并且更能抵抗惡劣的環境條件。

為什么 MEMS 會成為事實上的 5G 定時技術？

MEMS 計時設備經過多代技術的完善，并在許多要求苛刻的通信和網絡應用（例如 4G LTE 和 5G 無線基礎設施）中穩步取代基于石英的同類產品。基于 MEMS 的諧振器、振蕩器和完整的“片上時鐘系統”設備提供比石英解決方案高幾個數量級的性能、可靠性和彈性。出于這些原因，MEMS 是部署在室外的 5G 宏基站和小型基站的理想精密計時技術，可幫助設備制造商和移動運營商兌現 5G 的承諾。

結論

5G 的成功將部分取決于客戶滿意度，不僅在于無與倫比的無線性能，還在于堅如磐石的可靠性。使用 5G，根本無法解決因極端溫度、過度振動或突然沖擊而導致的掉線或網絡中斷。無論是自動駕駛汽車還是遠程手術，運營商和用戶都必須能夠依賴 5G 作為故障保護技術。5G 設備制造商已經開始在網絡基礎設施中使用基于 MEMS 的計時技術。事實上，現在有超過 10 種不同的 5G 應用使用 MEMS 計時設備。

是時候了：5G 革命正在進行中，MEMS 計時技術的最新進展將有助于為即將到來的無線網絡創新和轉型注入活力。

關于作者

Jeff Gao 是MEMS 技術市場領導者SiTime的產品營銷總監。Jeff 負責營銷的各個方面，包括 5G 通信戰略。

審核編輯 黃昊宇