5 g的崎岖不平的道路

5克来了,但并不是随处可见,并不是所有的,而不是最快的版本的这项技术。事实上,可能的情况是,5 g将推出第一个人口稠密的城市地区,在2020年或2021年开始,越来越广泛应用在未来十年。

但5克不可能完全取代4 g LTE,正如从4 g LTE智能手机今天卷3 g和2 g接待减少。向后兼容性是一个重要的因素在所有这些标准。5 g信号频率非常高。这项技术可以扩展到300 GHz, LTE和2.6 GHz。虽然允许信号携带更多数据我们扩展带宽增加数据密度,更高的频率也使得更容易受到干扰的信号对象(如树木,建筑,和人。甚至自己的身体可以阻止毫米波信号。

“5克挑战包括回程、选址和光谱,”James Faucette说,摩根士丹利(Morgan Stanley)的执行董事,在最近的一次演讲中。“5克,你需要数百倍的基站。5 g运营以更高的频率比之前的无线标准,当你达到毫米波他们将几乎盖住一个房间。信号的不可预测性和他们能走多远是大问题。”

图1:光谱与范围。来源:摩根士丹利(Morgan Stanley) /半空间站

这一切都已经停止5 g的发展,但它确实影响了技术推广计划。可能是第一个实现固定无线,这基本上是视距。毫米波信号不会穿过窗户,所以他们需要天线。必须有这么多中继器和小细胞站点租赁将成为一个航空公司的财务问题,Faucette说。“公司将不得不支付租金一个更多的人。”

图2:5 g技术采用曲线吻合。来源:Gartner

准备5克
Pyeonchang今年的冬季奥运会,韩国,暗示了这一技术的未来。带宽的增加展出了从虚拟现实到8 k视频,它不需要特殊的3 d眼镜。三星甚至为选手提供SmartSuits,使用传感器身体位置和发送振动信号映射到可穿戴设备。

其实无人驾驶汽车预计将提高对这项技术的需求。

“5 g代表所需的基本技术自主驾驶经验,”史蒂文·刘说,副总统的联华电子企业营销部门。“vehicle-to-vehicle采用率的上升(V2V)和vehicle-to-infrastructure (V2I V2X)意味着持续增加车载雷达系统的数量。这些系统所需的技术包括汽车防撞雷达和全球定位系统,以及所需的传感器与信号灯和车辆调度程序进行交互。这些工作与现有系统,如旅客舒适度和信息娱乐控制和发动机监测子系统调节温度、轮胎气压、气体。长途运输卡车将需要负载均衡系统,负荷转移,曲线和风切变共同努力确保货物不会损坏在运输和集装箱卡车是稳定在整个旅程。所有这些5 g通信应用程序将是至关重要的,执行各自的操作系统的能力。”

事实上,5 g可以辅助和自主车辆的关键,它可以改变电子的设计中使用这些工具。但这可能至少部分取决于这是先准备好。

“电动汽车和ADAS的发病的发病,连接在车辆可能成为4 g / 5 g的故事,”Mike罗莎说,策略和技术营销主管应用材料“200 mm设备产品组。“这在很大程度上是基于一个时间表。当5 g上线时,硅含量的数量可能会减少,因为你有更多的记忆在云中。不会用于一切,但很大一部分的处理可能是5克管服务。”

一个故事的两种技术
5 g有两种味道。利用一个增速低于GHz乐队,在4 g LTE提供适度的改进。另一个利用频谱24 GHz以上,最终前往毫米波技术。作为一般规则,随着频率升高,速度和更快地携带更多的数据的能力。另一方面,随着频率的增加,信号可以向下传播的距离。其结果是,更多的需要中继器和基站。半导体行业这是个好消息,但是这也意味着新的比以前的无线技术可能需要更长的时间,因为所需的基础设施,使其所有工作将显著增加。

“5 g频率非常高,低噪音,将使新的应用程序,”杰米·谢弗说,22日都不会计划主任GlobalFoundries。“对基站,这将需要一个数字前端的数据转换器。5 g手机,这些手机将低功耗,你将需要一个前端模块集成。但是对于诸如面部识别,5 g (24 - 40 GHz将是最好的解决方案。”

5 g设备将能够拼凑出部分的信号,也使用称为波束形成技术和波束跟踪,以及大规模的MIMO(多输入多输出)。

图3:128 -天线MIMO试验台由布里斯托大学和隆德大学。资料来源:国家仪器

所有这些权衡。随着频率增加,电影用于射频过滤的厚度下降,这创造了另一个问题。

“在2到2.5 GHz,前端射频电影- - - - - - - -通常是一个铝氮电影通常约1微米厚,“应用材料的罗莎说。“随着频率更高,变得越来越薄。这个过程很难控制压力均匀一个8英寸和12英寸晶圆。所以你增加钪掺杂,但这还远远不够。最终你得到的,你需要看看你如何开发这些电影,气急败坏的今天。在短期内,这不是一个大问题,但随着时间的推移,我们需要看看替代方式存款这些电影。”

甚至这些电影中使用的材料可能会改变。例如,铌酸锂被认为是一个可能的替代氮化铝,因为它可以双机电耦合的效率。虽然今天的切换使用硅锗,可以取代氮化镓在基站,这将需要增加权力平衡驱动更多的信号中继器,和电力成本上升的力量本身。

其他技术问题
这也不是局限于基站。5 g手机可能很快耗尽范围,让他们寻找信号。会耗尽电池的速度比在大力追捧的地区。

“与用户设备,有很多工作要做在天线上,当你的设备,它会工作,”莎拉·约斯特说,高级产品营销经理软件定义无线电国家仪器。“也有努力进行创建高效的所有这些天线波束模式。如果你有8到多达64输入手机上,光束模式将会非常大。你可能已经12传输和12接收模式,和所有这些可能不同振幅。”

这使得耗费大量时间测试5 g芯片使用今天的设备和方法。“今天,考试时间是毫秒,”约斯特说。“如果你添加在所有这些光束模式和更多容量,可以看到测试倍2500倍了。你仍然需要测试那些芯片,但现在你需要一个不同的方法。我们看的是无线测试。”

这种方法的优点是,它提供了连续测试设备优化信号,但它是一个测试的新概念。“这样做的优点就是你可以升级这是一个模块化的平台,这样你就能跟上变化的标准,”约斯特说。“它允许平台作为一个真正的网络的一部分,它可以让你在设计过程中早些时候打电话。”

这可能是结合一些版本的外部系统级测试,以加快这一进程,以及内建自测。

计划的变化
事情没有得到更清晰的设计方面,。未知数很难优化芯片设计。因此,灵活性需要添加,在体系结构层次上都有灵活的结构和布局,并与可编程逻辑层面。

“人们想知道他们是否会需要更大的控制系统,“Sundari Mitra说的首席执行官NetSpeed系统。“这需要一个基本体系结构的变化。有更多动态计算要求,这意味着一个新的复杂程度,在这些设计。你不能把传统的织物和模具到5克,因为它需要异构计算。这不仅仅是一个单一处理器需要访问内存。”

5克,从任何角度看,是一个颠覆性技术。但与其他破坏性技术相结合时,尤其是自主驾驶,未知的数量显著增加。

“一辆汽车需要5 g连接所有的时间如果是自治的,”泰Garibay说,首席技术官ArterisIP。“这些汽车将每小时生成tb的数据。这将是由边缘处理芯片。但是5 g甚至传送数据后处理的关键。挑战将结合不同类型的处理和I / O。对于任何人类很难钩在一起很好。”

不像前几代技术,采用5 g可能将是一个混合的技术将在很长一段时间的发展。所以虽然相对快速的推出,5 g手机和基站覆盖范围以外的城市可能会花上几十年。事实上,它是不清楚这项技术会普遍。

“如果你看看所有的5 g系统,原型,”Mike Fitton说,战略规划和业务发展高级总监Achronix。“这就是为什么他们都在可编程序逻辑。标准有不同的应用程序都在变化出现。所以你需要构建一些可编程asic。你看看3 g和4 g,这些技术的早期市场几乎完全是基于fpga,然后经常被asic压低成本和权力。我们看到相同的5 g。但是5 g将需要更长的时间。这个市场的第一部分将超高频,然后毫米波。所以你会有4 g的海洋,然后5 g将开始出现在岛屿,它会从那里搬出去。”

不过,当这种情况发生时还不清楚。的首席执行官杰夫•泰特Flex Logix说,兴趣eFPGAs大幅上升,因为所有这些不确定性。“有越来越多的嵌入式fpga 5 g的兴趣比以前5克,”他说。“在一个基站,有权力约束。如果你能摆脱并行转换器,给你大的电能节省。这很重要,因为性能需求正在增加。与此同时,将会有更多的基站。现在大约是每英里,但其中5 g密度站需要更大。你会看到一个母亲站,然后女儿站,这将有更大的对权力的约束。”

这预示着嵌入式可编程设备,因为它们比asic具有更大的灵活性和更小和更低的功率比离散的fpga。

Achronix Fitton指出,在下个版本的5 g规范,发布16日将添加一些额外的功能。“你会看到这个IoT-types的应用程序,你有飞船稳定性极强,低延迟,和新用户模型将开始出现。”

技术转型
投入的角度看,有很多5 g的移动部件的生态系统,从最初的5 g推出和继续未来的迭代技术。实际上,这就像管理一个三维矩阵,矩阵内的部分在不同阶段的研究,开发,甚至定义。

“5克,你有模拟、数字和射频聚在一起,“Ranjit说Adhikary,负责营销的副总裁ClioSoft。“一旦你开始使用这项技术,你会得到错误,迁移作为知识产权的一部分,一段时间后没有人能说为什么有些事情做了。人们移动到不同的公司和很多知识就消失了。”

Adhikary说这影响IP开发、优化和特征,发展与技术。“5克,现在我们没有多少第三方知识产权。但我们需要确保这推出的所有捕获的系统级的角度来看,包括脚本和流动。整个趋势开始电缆调制解调器,协议和规格变化如此之快,甚至在几个月很难跟踪更改。现在你有更多的公司在世界各地,所以你必须跟踪哪个部分你使用哪个版本的规范开发,和哪个版本的第三方知识产权。如果有一个新版本的规范,你怎么联系的所有点,使用IP是谁?”

结论
跨多个市场和技术的不确定性变得交织在一起,引发更多的问题是如何将使用5 g技术在未来,当它将商用,并最终成本是多少美元和其他资源。

“所有这些额外的要求包括耐力和成本,仍构成重大的系统设计和制造的挑战在将来实现电气自动控制,“联华电子的刘说。

5 g在这些技术的变化是一个重要的拼图,但当到底有多大,还有待观察。

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