隨著5G時(shí)代到來(lái)，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)將成為移動(dòng)通信發(fā)展的主要驅(qū)動(dòng)力，同時(shí)，移動(dòng)智能終端也將定義為個(gè)人移動(dòng)計(jì)算平臺(tái)，要求能夠?qū)崟r(shí)處理各種計(jì)算、商務(wù)、應(yīng)用和娛樂需求。因此，5G時(shí)代的移動(dòng)智能終端芯片要在計(jì)算架構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)連接架構(gòu)、控制系統(tǒng)架構(gòu)的軟硬件設(shè)計(jì)方面不斷升級(jí)和更新，滿足5G新技術(shù)對(duì)芯片兼容能力、傳輸速度、低功耗性能等方面的性能要求。

巨大發(fā)展機(jī)遇

高速視頻和語(yǔ)音通話、超高清視頻、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、自動(dòng)駕駛、移動(dòng)醫(yī)療、物聯(lián)網(wǎng)、智能制造、智慧城市等各種新興應(yīng)用將不斷涌現(xiàn)，高速語(yǔ)音圖像識(shí)別與傳輸、智能感知、海量數(shù)據(jù)處理、深度學(xué)習(xí)、窄帶物聯(lián)網(wǎng)（NB-IoT）等多類技術(shù)創(chuàng)新加速，推動(dòng)軟硬件的性能需求不斷提升。

2020年以后，5G將主導(dǎo)通信網(wǎng)絡(luò)市場(chǎng)發(fā)展。國(guó)際技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)迭代的契機(jī)推動(dòng)芯片研發(fā)不斷加速，企業(yè)面對(duì)5G技術(shù)轉(zhuǎn)折點(diǎn)紛紛加快進(jìn)行技術(shù)儲(chǔ)備，抓緊僅剩的2~3年時(shí)間進(jìn)行技術(shù)儲(chǔ)備。系統(tǒng)集成商與運(yùn)營(yíng)商加快關(guān)鍵技術(shù)研究及樣機(jī)驗(yàn)證。芯片設(shè)計(jì)廠商競(jìng)相推動(dòng)5G關(guān)鍵技術(shù)組件成型，致力于成為2020年第一批5G商用芯片提供商。

2016年10月，高通宣布推出業(yè)界首個(gè)5G調(diào)制解調(diào)器芯片驍龍X50，并預(yù)計(jì)于2017年下半年開始出樣，2018年上半年推出首批商用終端。今年年初英特爾已發(fā)布了它的5G基帶方案并預(yù)計(jì)下半年小量試產(chǎn)，隨后，三星也發(fā)布了它的5G射頻芯片并預(yù)計(jì)明年可以提供商用芯片。國(guó)內(nèi)，華為海思成立的5G專項(xiàng)組已經(jīng)做了大量的終端芯片技術(shù)準(zhǔn)備，借助與華為5G網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的同步優(yōu)勢(shì)，能夠更快地形成聯(lián)調(diào)效應(yīng)，預(yù)計(jì)2019年推出相關(guān)產(chǎn)品。展訊也早就參與了國(guó)家5G標(biāo)準(zhǔn)的制定工作，成立了專門的5G研發(fā)團(tuán)隊(duì)，預(yù)計(jì)在2019-2020年之間推出符合5G標(biāo)準(zhǔn)的商用射頻芯片。

技術(shù)演進(jìn)路線

從技術(shù)特征、標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的角度分析，5G時(shí)代技術(shù)發(fā)展存在4G演進(jìn)空口和5G新空口兩條技術(shù)路線。

4G演進(jìn)技術(shù)路線是基于4G框架在幀結(jié)構(gòu)、多天線、多址接入等方面引入增強(qiáng)型新技術(shù)，如小型化基站相關(guān)技術(shù)、3D-MIMO、增強(qiáng)型CoMP、增強(qiáng)型中繼、FDD和TDD的融合等，在保證兼容4G體系的同時(shí)進(jìn)一步提升系統(tǒng)性能，在一定程度上滿足5G場(chǎng)景與速率、時(shí)延等性能指標(biāo)需求。例如將MIMO技術(shù)升級(jí)成為Massive MIMO，其中天線配置從16x16增長(zhǎng)至256x256，從而帶來(lái)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)覆蓋和傳輸速度的提升。

5G新空口技術(shù)路線主要是面向新場(chǎng)景和新頻段進(jìn)行全新的空口設(shè)計(jì)，包括6GHz以下的低頻新空口技術(shù)和6GHz以上的高頻新空口技術(shù)。這些新空口技術(shù)不需考慮與4G框架的兼容性，通過(guò)新的技術(shù)方案設(shè)計(jì)和引入創(chuàng)新技術(shù)來(lái)滿足5G業(yè)務(wù)需求及挑戰(zhàn)，特別是高頻段及物聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景需求。

5G頻譜影響芯片通信帶寬

5G網(wǎng)絡(luò)與4G網(wǎng)絡(luò)最根本的變革是頻段的擴(kuò)展。5G網(wǎng)絡(luò)在中低頻段形成有效地網(wǎng)絡(luò)覆蓋，對(duì)用戶進(jìn)行控制、管理并保證基本的數(shù)據(jù)傳輸能力，而高頻段與低頻段聯(lián)合組網(wǎng)，為用戶提供高速數(shù)據(jù)傳輸。6GHz以下低頻段是以現(xiàn)有LTE-A作為5G無(wú)線電接入網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，而從6GHz到100GHz的高頻率則需要進(jìn)行體系架構(gòu)、無(wú)線組網(wǎng)、無(wú)線傳輸、新型天線與射頻以及新頻譜開發(fā)與利用等關(guān)鍵新技術(shù)的探索。

根據(jù)通信原理，在頻譜利用率不變的情況下，增加帶寬可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸速率的增長(zhǎng)。無(wú)線通信最大信號(hào)帶寬大約是載波頻率的5%左右，因此載波頻率越高，可達(dá)到的芯片信號(hào)帶寬也越大。由于各國(guó)的空余頻段與技術(shù)基礎(chǔ)不同，使得選取與主推的5G頻段不盡相同。例如，美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)主推28GHz（27.5～28.35GHz）、37GHz（37～38.6GHz）和39GHz（38.6～40GHz）頻段，并將現(xiàn)有57～64GHz非授權(quán)頻段擴(kuò)展至71GHz，能夠體現(xiàn)出以高通為代表的一批美國(guó)芯片設(shè)計(jì)企業(yè)的技術(shù)方向。而我國(guó)提倡中低頻段的應(yīng)用，意向頻段主要包括3.3～3.6GHz、4.4～4.5GHz、4.8～4.99GHz等中低頻段，以及25GHz和39GHz的高頻段，主推頻段不同從而直接影響到海思、展訊等國(guó)內(nèi)通訊芯片廠商的技術(shù)研發(fā)與國(guó)外有所差異。

新空口技術(shù)決定芯片發(fā)展新方向

隨著每一代移動(dòng)通信出現(xiàn)，空中接口關(guān)鍵技術(shù)均會(huì)發(fā)生革命性躍變，如從模擬至數(shù)字、從FDMA至TDMA、從CDMA至OFDM等。5G新空口技術(shù)（5G New Radio）是由國(guó)際5G標(biāo)準(zhǔn)化組織3GPP選定的，用于規(guī)范新的5G無(wú)線空中接口，其目標(biāo)是將數(shù)據(jù)傳輸速率、網(wǎng)絡(luò)容量、時(shí)延、可移動(dòng)性、能量效率和覆蓋能力提高到一個(gè)全新水平。5G新空口技術(shù)要充分利用可用頻譜，實(shí)現(xiàn)低、中、高頻段的組網(wǎng)覆蓋，因而需要軟硬件的不斷適應(yīng)和升級(jí)。

新型多址技術(shù)和先進(jìn)調(diào)制編碼

5G通信中，超高數(shù)據(jù)吞吐率的關(guān)鍵是超寬帶信號(hào)調(diào)制（通常認(rèn)為達(dá)到500MHz以上），要實(shí)現(xiàn)在有限的頻帶內(nèi)傳輸更多的信息，就要基于新的基帶芯片多址技術(shù)和信號(hào)編碼技術(shù)。

新型多址技術(shù)通過(guò)疊加傳輸，不僅可以提升用戶連接數(shù)，還可以有效提高系統(tǒng)頻譜效率，同時(shí)還可以有效降低傳輸時(shí)延。除LTE采用OFDMA（正交頻分多址）技術(shù)外，新型多址技術(shù)還包括SCMA（稀疏碼多址接入技術(shù)）、PDMA（圖樣分割多址接入技術(shù)）、MUSA（多用戶共享接入技術(shù)）、NOMA（非正交多址接入技術(shù)）等。

先進(jìn)調(diào)制編碼采用高階的調(diào)制方式和更高的碼率，能夠在大帶寬和信道好的條件下提供較高的頻譜效率和碼長(zhǎng)，保障5G傳輸?shù)母咚俾市枨蟆］^為知名的編碼方式有華為主推的控制信道Polar Code（極化碼）和高通主推的數(shù)據(jù)信道LDPC（低密度奇偶校驗(yàn)碼）。

新載波和天線技術(shù)的多頻多模結(jié)構(gòu)

高速數(shù)據(jù)傳輸和高密度連接都是5G技術(shù)的核心目標(biāo)，其關(guān)鍵技術(shù)主要針對(duì)射頻傳輸技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。為滿足5G技術(shù)目標(biāo)，基于濾波器組的多模多頻射頻芯片需要使用物理層新技術(shù)，其中典型代表一方面是大規(guī)模天線技術(shù)，另一方面是新型多載波技術(shù)。

大規(guī)模MIMO技術(shù)是利用發(fā)射端的多個(gè)天線各自獨(dú)立發(fā)送信號(hào)，同時(shí)在接收端用多個(gè)天線接收并恢復(fù)原信息的天線系統(tǒng)。由于使用多天線系統(tǒng)，信號(hào)的傳輸路徑增多，從而實(shí)現(xiàn)空間復(fù)用，能夠有效地提高系統(tǒng)的頻譜效率和可靠性。同時(shí)，通過(guò)將波束集中在很窄的范圍內(nèi)大幅度降低干擾和發(fā)射功率，從而提高功率效率。

新型多載波技術(shù)，包括F-OFDM技術(shù)、UFMC技術(shù)和FBMC技術(shù)等。它們都是通過(guò)優(yōu)化濾波器的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)頻帶的更高效利用，因此，對(duì)應(yīng)了不同的濾波器硬件設(shè)計(jì)。

全雙工網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

全雙工（full-duplex）無(wú)線通信技術(shù)被認(rèn)為是5G通信中極具潛力的進(jìn)一步挖掘頻譜資源的技術(shù)之一。與傳統(tǒng)的時(shí)分雙工（Time-Division Duplexing，TDD）或者頻分雙工（Frequency-Division Duplexing，F(xiàn)DD）方式不同，全雙工技術(shù)旨在能夠允許設(shè)備間同時(shí)進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)傳輸，因此全雙工技術(shù)理論上可以使得無(wú)線頻譜資源利用率翻倍，同時(shí)同頻全雙工還能對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的物理層設(shè)計(jì)帶來(lái)極大的好處。同頻全雙工技術(shù)主要面臨的問題在于同頻段同時(shí)收發(fā)產(chǎn)生的巨大自干擾。目前，通過(guò)模擬端干擾抵消、數(shù)字端干擾抵消和天線抵消等技術(shù)手段，已經(jīng)使得同頻全雙工通信成為可能。另外，同頻全雙工技術(shù)面臨的另一個(gè)技術(shù)挑戰(zhàn)在于對(duì)MIMO系統(tǒng)的支持，對(duì)于多天線系統(tǒng)，自干擾消除的復(fù)雜度將隨著系統(tǒng)天線數(shù)目增加而急劇增加，因此導(dǎo)致系統(tǒng)設(shè)計(jì)面臨巨大困難。

毫米波技術(shù)對(duì)射頻芯片提出要求

毫米波是指波長(zhǎng)在毫米數(shù)量級(jí)的電磁波，其頻率大約在30GHz～300GHz之間。5G移動(dòng)通信需要的高傳輸速率、高網(wǎng)絡(luò)容量需要更多的頻譜資源來(lái)提供支持，而毫米波通信技術(shù)因其頻譜資源豐富、方向性強(qiáng)等特點(diǎn)是5G移動(dòng)通信重要的技術(shù)方向之一。

在毫米波通信系統(tǒng)中，因毫米波信號(hào)的傳播損耗較高，使得射頻芯片要對(duì)微弱信號(hào)具有較高的靈敏度。同時(shí)，為保證CMOS器件對(duì)微弱的毫米波信號(hào)能快速響應(yīng)，還需增大芯片的工作電流，從而使得芯片功耗增加。另一方面，因毫米波信號(hào)波長(zhǎng)接近或小于設(shè)備導(dǎo)線的長(zhǎng)度，可能出現(xiàn)線路阻抗不匹配時(shí)的“傳輸線效應(yīng)”，發(fā)生信號(hào)反射、干涉、衰減、疊加等各種信號(hào)畸變，極大地影響信號(hào)的傳播。因此在設(shè)計(jì)射頻芯片時(shí)必須考慮毫米波傳輸線效應(yīng)，才能確保芯片正常工作。

措施建議

加強(qiáng)組織領(lǐng)導(dǎo)，健全協(xié)調(diào)保障機(jī)制

加強(qiáng)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)、技術(shù)研發(fā)合作，知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)、試點(diǎn)應(yīng)用推廣等領(lǐng)域的指導(dǎo)、組織和實(shí)施工作。健全移動(dòng)智能終端芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展相關(guān)的協(xié)調(diào)和推進(jìn)機(jī)制，重點(diǎn)加強(qiáng)在5G標(biāo)準(zhǔn)和頻率上的合作，支持相關(guān)機(jī)構(gòu)與各國(guó)的溝通與對(duì)話，保障移動(dòng)智能終端芯片產(chǎn)業(yè)化的快速推進(jìn)。

加大技術(shù)研發(fā)力度，實(shí)現(xiàn)核心技術(shù)突破

發(fā)揮設(shè)備制造企業(yè)、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商等在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)制定和研發(fā)中的支撐作用，積極推動(dòng)建立以企業(yè)為主體，產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合的技術(shù)創(chuàng)新體制。發(fā)揮科研單位和高校在基礎(chǔ)研究中的帶動(dòng)作用，建立有效的協(xié)同機(jī)制，支持5G移動(dòng)智能終端關(guān)鍵核心技術(shù)尤其是芯片、關(guān)鍵元器件等薄弱環(huán)節(jié)的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。同時(shí)，加大標(biāo)準(zhǔn)制定和知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)的力度，構(gòu)建自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)體系，加強(qiáng)我國(guó)在5G通信領(lǐng)域的核心競(jìng)爭(zhēng)力。

推進(jìn)產(chǎn)業(yè)鏈創(chuàng)新協(xié)同

統(tǒng)籌規(guī)劃5G通信產(chǎn)業(yè)的重大專項(xiàng)工程，加強(qiáng)與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等應(yīng)用領(lǐng)域的融合創(chuàng)新研究，整合終端制造、芯片研發(fā)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備制造等產(chǎn)學(xué)研資源，開展關(guān)鍵技術(shù)產(chǎn)品研發(fā)與應(yīng)用示范驗(yàn)證。推進(jìn)公共服務(wù)平臺(tái)建設(shè)，支持電信企業(yè)、互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)與行業(yè)用戶加強(qiáng)合作，積極探索新技術(shù)、新業(yè)態(tài)和新模式，為產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供共性技術(shù)研發(fā)、知識(shí)產(chǎn)權(quán)、人才培訓(xùn)、市場(chǎng)推廣等方面的支撐服務(wù)。
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