如今，這為移動網絡運營商帶來了巨大的商機。但它也預示著一項挑戰，即以合理的速度來回傳輸所有這些數據的能力。因為，不僅是數據絕對量是趨勢，同時也包括未來應用的類型，如增強現實 (AR) 和車輛對車輛 (V2V) 的通信等，這些都需要更低的延遲和更高的帶寬。這一需求將被下一代蜂窩通信標準 5G 所滿足。

 

　　5G 在三個頻段

 

　　高頻：這一頻率高于 24 GHz 的最高頻段，需要技術創新、重新設計和新型材料，因此運營商將需要付出比其他兩個頻段更高的成本。

 

　　中頻：在sub-6 GHz 的頻率下，中頻對目前的 4G 標準進行了重要升級，并采用了當今的創新器件技術，如碳化硅基氮化鎵 (GaN-on-SiC) 器件，將大大減少了對系統設計的修改。物料清單 (BOM) 的變化相對較小，這意味著這一頻段對于首次推出 5G 及相關數據密集型的應用具有吸引力。到 2020 年，隨著第三代合作伙伴計劃 (3GPP) 的第 16 版完成，預計運營商將在這一頻段開展大量活動，并允許 5G 在公共頻段 (“NR-U”) 運行，如 5 GHz 和 6 GHz。

 

　　低頻：更低的頻率 (< 2.2 GHz) 也可以用于 5G，如處理物聯網 (IoT) 數據，但只提供 4G 以上的增量升級。

　　圖 1：據Yole Développement，到2025年，各種5G商業應用將使用在最合適的頻段，主流為sub-6 GHz的宏基站和小基站。[2]

 

　　運營商痛點

 

　　雖然更高的 5G 頻率可以提高速度和帶寬，但同樣的高頻更有定向性，信號更容易衰減。而且，僅僅增加帶寬并不會帶來容量的線性增加，因為更高的帶寬也會導致更低的信噪比 (SNR)。這就需要通過增強信號來克服，這意味著增加發射功率、增加天線數量、增加基站數量。或者，如同在 5G 場景下一樣，采用所有這些選項。

 

　　為滿足數據容量需求而增加基站密度是有代價的。而且這可能會同時減少rooftop和塔臺位置的可獲性，以容納基站。

 

　　運營商將需要更小、更輕的設備，以便安裝在以前不可行的地方。此外，更小、更輕設備的安裝更容易也更便宜，這可以轉化為更低的基站租金。

 

　　尋求更小、更輕的基站

 

　　大型網絡設備供應商已經轉向基于碳化硅基氮化鎵 (GaN-on-SiC) 的設計，而不是傳統的硅 (Si) 基器件，以滿足其基站的高頻率、高功率需求。

 

　　雖然橫向擴散金屬氧化物半導體 (LDMOS) 工藝技術已使硅 (Si) 基器件進展到更高的功率密度，但與氮化鎵 (GaN) 的高頻率特性和碳化硅 (SiC) 的優越導熱性相比，它們仍顯得很蒼白。

 

　　碳化硅基氮化鎵 (GaN-on-SiC) 使得系統能夠實現更高的功率密度，這將有助于不再需要像LDMOS 那樣采用大量熱管理硬件，從而減小基站尺寸。

 

　　氮化鎵 (GaN) 內核？

 

　　與 LDMOS 相比，氮化鎵 (GaN) 在 5G 頻率下的效率更高，這也意味著每比特/秒的運行成本更低，碳足跡也更少。Cree 旗下公司 Wolfspeed 是碳化硅基氮化鎵 (GaN-on-SiC) 器件市場的主導者。根據Wolfspeed預估，與使用 LDMOS 功率放大器的系統相比，在最大平均功率條件下工作時，碳化硅基氮化鎵 (GaN-on-SiC) 可以節省 200 瓦以上的直流功率。

 

　　參考資料：

 

　　[1]. 思科移動 VNI 預測與趨勢，2017 年至 2022 年:

 

　　www.cisco.com/c/en/us/solutions/service-provider/visual-networking-index-vni/index.html#~mobile-forecast

 

　　[2]. 5G 對電信基礎設施的影響，2019 年:

 

　　www.i-micronews.com/products/5gs-impact-on-telecom-infrastructure-2019/

 

　　關于Wolfspeed RF產品更多信息，敬請瀏覽：www.wolfspeed.com/rf