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5G和GaN：未來(lái)創(chuàng)新
很容易忘記GaN仍然是一個(gè)相對(duì)較年輕的技術(shù)。我們?nèi)蕴幱诎l(fā)展的前幾代，具有很大的改進(jìn)和完善潛力。本文著眼于即將出現(xiàn)的一些GaN創(chuàng)新，并預(yù)測(cè)了它們?cè)谖磥?lái)幾年內(nèi)對(duì)基站供電的影響。
功率密度
我們的期望是，在未來(lái)三到五年內(nèi)，我們將看到GaN本身已經(jīng)具備的強(qiáng)大功率密度功能的改進(jìn)。如今，已經(jīng)存在使用GaN實(shí)現(xiàn)更高功率密度的方法，但是從商業(yè)角度來(lái)看，成本是極其昂貴的。例如，將GaN而不是碳化硅放在金剛石上。這是可能的，但費(fèi)用并不能使基站成為現(xiàn)實(shí)。盡管如此，仍在研究其他具有成本效益的工藝，這些工藝將在未來(lái)幾年內(nèi)提高材料的原始功率密度。
5G基礎(chǔ)設(shè)施市場(chǎng)的吸引力顯而易見–便宜，更高效，帶寬更寬的基站。其他行業(yè)也很感興趣。特別是雷達(dá)應(yīng)用將受益，因?yàn)樗鼈儗Ｗ⒂谠诮o定空間內(nèi)產(chǎn)生盡可能多的功率和效率。隨著GaN在這些子市場(chǎng)中的擴(kuò)散，規(guī)模經(jīng)濟(jì)增加，價(jià)格將繼續(xù)下降。
線性度
毫無(wú)疑問(wèn)，GaN半導(dǎo)體行業(yè)對(duì)基站的最大優(yōu)先考慮是增加線性功率。研發(fā)工作都集中于在未來(lái)幾年內(nèi)提高線性效率。
同時(shí)，我們期望基站調(diào)制方案在未來(lái)三到五年內(nèi)不會(huì)發(fā)生重大變化。它分解為每赫茲比特的簡(jiǎn)單計(jì)算。無(wú)論您運(yùn)行的是256 QAM還是1024 QAM，系統(tǒng)都將獲得每赫茲帶寬一定數(shù)量的位。如果這些數(shù)字不會(huì)發(fā)生顯著變化，那么從系統(tǒng)中產(chǎn)生更多收益的理想方法是提高線性效率。
這并不是說(shuō)無(wú)法通過(guò)基本設(shè)備的強(qiáng)大功能來(lái)解決。即使不改善線性度，PA的整體功率效率仍將改善信號(hào)。由于他們需要更少的系統(tǒng)功率和更少的天線陣列，因此還可以幫助設(shè)計(jì)人員縮小系統(tǒng)。在使用其他電源或二級(jí)解決方案的同時(shí)，行業(yè)中GaN供應(yīng)商的目標(biāo)是減少捕獲效應(yīng)，以使系統(tǒng)變得盡可能簡(jiǎn)單。
溫度
基站的溫度隨著時(shí)間的推移持續(xù)上升。五年前，標(biāo)準(zhǔn)是將器件規(guī)范為85°C。OEM將溫度提高到105°C，并且期望基站設(shè)計(jì)人員能夠適應(yīng)125°C的溫度。大多數(shù)GaAs器件的最高溫度為150°C，這只能使您在25°C的溫度下工作。GaN供應(yīng)商將必須與系統(tǒng)設(shè)計(jì)師緊密合作，以找到創(chuàng)新的方法來(lái)保持嵌入式元件的低溫。在具有大型MIMO陣列的小型室外機(jī)中，這種壓力將更加嚴(yán)重。當(dāng)今存在創(chuàng)意解決方案，但價(jià)格不高。我們預(yù)計(jì)這種情況將在未來(lái)幾年內(nèi)發(fā)生變化。
整體解決方案
每個(gè)GaN供應(yīng)商都在微調(diào)GaN器件的物理性能，以提高線性效率，功率密度和可靠性，同時(shí)減少例如俘獲，電流崩塌和電流漂移的負(fù)面影響。可以在某種程度上在設(shè)備級(jí)別上做到這一點(diǎn)，但要充分發(fā)揮潛力，應(yīng)該與整個(gè)架構(gòu)鏈一起開發(fā)基站RFFE系統(tǒng)，這就是我們今天看到的許多前瞻性活動(dòng)。
隨著行業(yè)從LDMOS轉(zhuǎn)向GaN解決方案，這一點(diǎn)尤其重要。技術(shù)根本不同。它不像取代GaN PA那樣簡(jiǎn)單，而且期望效率提高10點(diǎn)。存在不同的系統(tǒng)問(wèn)題和解決方案。針對(duì)LDMOS優(yōu)化的基站可能不適用于GaN PA，反之亦然。應(yīng)該整體上針對(duì)GaN優(yōu)化基站系統(tǒng)。
我們現(xiàn)在開始看到這種趨勢(shì)，并且隨著性能結(jié)果的證明，我們預(yù)計(jì)在未來(lái)幾年中將采用更多的技術(shù)。與供應(yīng)商合作彌合這種整體設(shè)計(jì)差距的嵌入式設(shè)計(jì)師將把自己定位為行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者。OEM當(dāng)然會(huì)說(shuō)他們已經(jīng)在使用系統(tǒng)級(jí)方法。我們不會(huì)爭(zhēng)辯這個(gè)事實(shí)，但是我們相信還有更多的收獲，尤其是當(dāng)鏈的RF部分變得更智能，更集成時(shí)。
智能射頻和人工智能
緩解陷阱一直是每種半導(dǎo)體材料的問(wèn)題，GaN也不例外。高速開關(guān)應(yīng)用可為GaN功率放大器創(chuàng)造極具挑戰(zhàn)性的陷波環(huán)境。由于PA的行為可能取決于PA收到的先前信號(hào)，因此解決這些陷阱效應(yīng)可能很復(fù)雜。傳統(tǒng)的方法是在物理層一直到基板中進(jìn)行處理，以解決導(dǎo)致問(wèn)題行為的原因。當(dāng)前的技術(shù)還不能完全以這種方式緩解陷阱，但是它一直在研發(fā)中。
另一種方法可能是使用軟件算法來(lái)預(yù)測(cè)導(dǎo)致誘捕的變化。借助智能RF控制器并充分了解現(xiàn)有條件，設(shè)備可以潛在地識(shí)別流量模式并預(yù)測(cè)活動(dòng)的下一個(gè)高峰。或者，識(shí)別活動(dòng)減少并在控制器級(jí)別進(jìn)行更改以減少功耗。這已經(jīng)在基站中完成了很多年，但是仍在不斷努力以改進(jìn)技術(shù)。
這就是OEM廠商正在考慮在無(wú)線電級(jí)別實(shí)施人工智能的原因。RFFE系統(tǒng)可以隨著時(shí)間的推移優(yōu)化自身。從理論上講，如果現(xiàn)場(chǎng)無(wú)線電設(shè)備發(fā)生故障，它可以自我識(shí)別錯(cuò)誤并從錯(cuò)誤中“學(xué)習(xí)”。然后，下一次它可以防止造成該故障的一系列事件，或者有可能修復(fù)該故障。無(wú)需標(biāo)記承運(yùn)人，派出卡車并將人員放在塔中以解決小問(wèn)題。您可以想象，這將避免大量的停機(jī)時(shí)間和費(fèi)用。
6G
即使5G仍處于推出初期，有關(guān)6G的討論也已經(jīng)開始。早期的預(yù)測(cè)表明，6G將在遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)100Ghz的頻帶（我們知道GaN支持的頻率）中提供。這種解決方案很可能不會(huì)采用傳統(tǒng)的蜂窩塔式部署方式，但是無(wú)論采用哪種形式，我們都認(rèn)為GaN在高頻和寬帶寬方面的效率對(duì)于將6G變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)至關(guān)重要。