5G重大進(jìn)展，愛立信攜手IBM推出硅基毫米波相控陣列集成電路

日前，愛立信與IBM聯(lián)合宣布，成功推出用于未來5G基站的緊湊型硅基毫米波相控陣列集成電路（簡(jiǎn)稱IC），工作頻率為28GHz。該IC已在相控陣列天線模塊中成功進(jìn)行了演示，為準(zhǔn)5G商用網(wǎng)絡(luò)部署鋪平道路。

愛立信和IBM研究院的科學(xué)家近兩年來緊密合作，致力于開發(fā)5G相控陣列天線設(shè)計(jì) ，近期取得了突破性進(jìn)展。IBM在高度集成的相控陣列毫米波IC和封裝天線解決方案領(lǐng)域具有豐富的專業(yè)知識(shí)，而愛立信在移動(dòng)通信電路和系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面經(jīng)驗(yàn)豐富，這些優(yōu)勢(shì)使協(xié)作團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了多個(gè)新的技術(shù)里程碑。

愛立信網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品部主管Thomas Noren表示：“5G標(biāo)準(zhǔn)化在去年取得了許多令人鼓舞的進(jìn)展，包括啟動(dòng)現(xiàn)網(wǎng)試驗(yàn)。這一切歸功于業(yè)界在研發(fā)方面做出的巨大努力，此外，我們與IBM研究院合作進(jìn)行相控陣列天線方面的研究，幫助運(yùn)營商有效地部署無線接入基礎(chǔ)設(shè)施，為未來的5G網(wǎng)絡(luò)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。人機(jī)交互、虛擬現(xiàn)實(shí)、智能家居設(shè)備和車聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域的用例和應(yīng)用層出不窮，它們依托創(chuàng)新技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)更快的數(shù)據(jù)傳輸速率、更寬的帶寬和更長的電池使用壽命。”

IBM研究院科學(xué)與解決方案副總裁Dario Gil博士表示：“5G毫米波相控陣列的進(jìn)步是一個(gè)重要的突破，不僅因?yàn)樗浅叽缇o湊、成本低的解決方案，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備公司和運(yùn)營商具有商業(yè)吸引力，而且它潛力無限，能夠啟發(fā)和實(shí)現(xiàn)我們過去從未設(shè)想過的全新創(chuàng)意和創(chuàng)新，這一切都要?dú)w功于完全網(wǎng)絡(luò)化的社會(huì)。”

使5G成為現(xiàn)實(shí)

2017年被視為5G的決定性年份。越來越多的國家和政府已經(jīng)開放了電磁頻譜的高頻部分（稱為毫米波頻段），比當(dāng)前移動(dòng)設(shè)備使用的頻率高10倍以上。預(yù)計(jì)5G毫米波部署將從無線頻譜的24 GHz開始，逐步上升，從而提供顯著擴(kuò)大的帶寬。

3GPP 5G規(guī)范的第一版計(jì)劃于2017/2018年公布，但業(yè)界已取得了很多進(jìn)展，例如，進(jìn)行了現(xiàn)網(wǎng)測(cè)試，并演示了5G網(wǎng)絡(luò)借助更高帶寬、更低延遲、更大密度和更低能耗要求可帶來全新的用戶體驗(yàn)，提供更多的新功能。

5G在某些場(chǎng)景下可支持超過10Gbps的數(shù)據(jù)傳輸速率。新功能旨在使用戶在幾秒內(nèi)下載完整高清電影，在體育賽事或音樂會(huì)場(chǎng)所等高度密集的環(huán)境下提供超高帶寬和不間斷的實(shí)時(shí)流傳輸體驗(yàn)，提供極速的響應(yīng)速度，支持遠(yuǎn)程手術(shù)或完全身臨其境的虛擬現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)，使遠(yuǎn)程蜂窩設(shè)備的電池使用壽命延長到10年，此類終端可能成為物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境的組成部分。

在相控陣列天線模塊領(lǐng)域取得突破

要將未來的5G相控陣列部署投入商用，組件的尺寸、重量、成本和性能是重要的考慮要素。愛立信與IBM團(tuán)隊(duì)合作打造全球首個(gè)工作在28GHz的硅基毫米波相控陣列天線模塊，它是應(yīng)對(duì)上述挑戰(zhàn)的重要一步。該模塊由4個(gè)單片集成電路和64個(gè)雙極化天線組成，尺寸約為2.8英寸×2.8英寸，相當(dāng)于普通智能手機(jī)尺寸的一半。這種緊湊型外形對(duì)于實(shí)現(xiàn)廣泛部署該技術(shù)至關(guān)重要，尤其是在室內(nèi)空間和密集城區(qū)部署。

另一項(xiàng)性能改進(jìn)通過在發(fā)射和接收模式下的并發(fā)雙極化操作進(jìn)行演示，此改進(jìn)使一個(gè)相控陣列天線模塊能夠同時(shí)形成兩個(gè)波束，使同時(shí)服務(wù)的用戶數(shù)增加了一倍，從而提高了該技術(shù)的整體價(jià)值和經(jīng)濟(jì)意義。

在移動(dòng)通信中使用毫米波信號(hào)的主要障礙是在無線基站之間要有足夠距離，從而支持目標(biāo)應(yīng)用。在28 GHz頻率上，每個(gè)天線都很微小，能單獨(dú)支持較短的通信距離，但將多個(gè)如此微小的天線組合在一起不僅能夠增加通信距離，還能夠?qū)崿F(xiàn)信號(hào)在特定方向的轉(zhuǎn)向。愛立信與IBM科學(xué)家團(tuán)隊(duì)的相控陣列設(shè)計(jì)支持小于1.4度的波束轉(zhuǎn)向分辨率，能夠?qū)崿F(xiàn)波束對(duì)用戶的高精度指向。

IBM通信電路與系統(tǒng)創(chuàng)新

IBM研究院在設(shè)計(jì)和開發(fā)集成電路和相控陣列方面擁有悠久的歷史，在2006年率先推出第一臺(tái)單片毫米波無線基站。2013年，該團(tuán)隊(duì)展示了面向移動(dòng)通信和雷達(dá)應(yīng)用的高度集成的毫米波相控陣列收發(fā)器，為這項(xiàng)最新的科研工作奠定了基礎(chǔ)。IBM科學(xué)家還探討了手機(jī)如何在新的毫米波頻段進(jìn)行通信，展示了如何在手機(jī)中部署5G毫米波無線基站的路徑。

2017年2月7日，在舊金山舉行的國際固態(tài)電路研討會(huì)（International Solid State Circuits Conference）上，公布了一篇名為《A 28GHz 32-Element Phased-Array Transceiver IC with Concurrent Dual Polarized Beams and 1.4 Degree Beam-Steering Resolution for 5G Communications》的文章，介紹愛立信團(tuán)隊(duì)與IBM研究院開展的工作。