【無(wú)線射頻通信】-5G通信技術(shù)解讀：小基站里的大作為

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與3G、4G相比，5G的新興技術(shù)主要是毫米波與波束成形。此外，在載波聚合、多天線輸入輸出（MIMO，MultipleInputMultipleOutput）等4G技術(shù)上有了新的演進(jìn)。那么，其對(duì)集成電路設(shè)計(jì)帶來(lái)了怎樣的挑戰(zhàn)呢？今日，我們就來(lái)猜測(cè)一下5G挑戰(zhàn)下，集成電路的新趨勢(shì)小基站。

某天，在我家對(duì)面的中電信服務(wù)點(diǎn)上豎起了一個(gè)不高不低的鐵架子，上面有兩個(gè)金屬盒子，還有兩根高高豎起的天線。然而在時(shí)常進(jìn)行廣場(chǎng)舞聚會(huì)的小區(qū)女性同胞們的反對(duì)下，幾天之后，中電信就只能乖乖的把那個(gè)鐵架子給撤了。

筆者無(wú)法告知大家基站會(huì)不會(huì)產(chǎn)生輻射，但是大家真的以為移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商會(huì)把基站撤走么？假如撤了，那你手機(jī)的信號(hào)格數(shù)應(yīng)當(dāng)就是最低的那一檔了吧。

在摩爾定律的進(jìn)展最直接的變化就把巨無(wú)霸變成袖珍丸。請(qǐng)看以下今日的基站長(zhǎng)什么樣：

你以為的基站Vs.基站實(shí)際的樣子

許多人會(huì)問(wèn)一個(gè)問(wèn)題，右邊那張圖不是路燈么？這就是小基站！可以偽裝在路燈、公交車站牌和任何不起眼角落的變色龍。

隨著集成電路的進(jìn)展，終端芯片的SoC慢慢走到了窮途末路，而基站芯片的SoC卻正在澎湃進(jìn)展。由此，小基站在4G時(shí)期成為了對(duì)抗廣場(chǎng)舞大媽抗議的重要技術(shù)手段。

問(wèn)題來(lái)了，5G下，微基站會(huì)更有意義么？

目前，限制小基站的主要是天線尺寸的大小。一般要求天線的尺寸與電磁波波長(zhǎng)在同一個(gè)數(shù)量級(jí)，而電磁波波長(zhǎng)就是光速除以頻率。3G/4G的載波波長(zhǎng)在分米級(jí)，小基站的天線長(zhǎng)度也差不多。但是在5G下，載波波長(zhǎng)變成了毫米級(jí)（這也是之所以叫毫米波的緣由）。所以天線可以做得更小，做得更多（實(shí)現(xiàn)波束成形和MassiveMIMO）。

小基站（SmallCell）的體積和稱呼從MicroCell（微基站）、NanoCell（納基站）、PicoCell（皮基站）已經(jīng)進(jìn)化到FemtoCell（飛基站）。它們的主要應(yīng)用場(chǎng)景在人口密集區(qū)、掩蓋大基站無(wú)法觸及的末梢通信。特殊是完成號(hào)稱100Mbps-1GMbps的5G通信。小基站讓你工作閑暇之余，在一分鐘內(nèi)下完一集高清《權(quán)利的嬉戲》成為了可能。將來(lái)，可以預(yù)期的是其會(huì)像你家的路由器一樣小，藏在CBD和大型ShoppingMall的角角落落。

微、納、皮、飛數(shù)學(xué)定義表

小基站的實(shí)現(xiàn)，除了摩爾定律帶來(lái)的高歌猛進(jìn)外，還有許多才智的硅工付出的辛苦努力。比如非線性功放的數(shù)字預(yù)畸變（DigitalPre-distortionforNonlinearPoweramplifier）。

小基站不僅在規(guī)模上要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于大基站，在功耗上也是必定指數(shù)式下降，究竟占的是220V的市電。隨著集成電路的演進(jìn)，雖然計(jì)算功耗不斷降低，但射頻放射機(jī)信號(hào)的放射功率沒(méi)有太大變化，究竟這是由協(xié)議靈敏度打算。在大基站里，我們可以用非硅的工藝實(shí)現(xiàn)高線性度功放，反正功耗不Care。但是在抱負(fù)的小基站里，PA也是做成SoC的。CMOS工藝的功放在線性工作范圍的低效率著名遐邇，在大功率的輸出下功率即將飽和。預(yù)期單純地被限制在線性區(qū)是"坐井觀天'。

于是天才型硅工就提出從在數(shù)字域查找非線性PA的反函數(shù)，然后輸出一個(gè)非線性的數(shù)字掌握碼。兩者疊加，就有了一個(gè)線性的高效率輸出。

然后，這個(gè)問(wèn)題的解法又再一次地普及到頻域，當(dāng)寬帶功放在帶內(nèi)的傳遞函數(shù)有波動(dòng)時(shí)，也在數(shù)字域查找其波動(dòng)的逆函數(shù)，給出帶有頻率選通特性的調(diào)制結(jié)果，然后一疊加，又能看到幅度全都的EMVmask了。

帶有數(shù)字預(yù)畸變的放射系統(tǒng)

這一思想的核心，就是把不隨摩爾定律變化的射頻功耗等轉(zhuǎn)化為跟著摩爾定律走的數(shù)字計(jì)算功耗，所謂Asmuchdigitalaspossible。

在各式各樣的努力下，5G小基站變成了PokemonGo中小精靈般散落在人間。于是新的問(wèn)題就消失了，那么多小基站，萬(wàn)一被踩一腳掛了怎么辦？況且其敏捷性體現(xiàn)在其自由便利可配置上，假如動(dòng)不動(dòng)就要打電話給運(yùn)營(yíng)商派輛車過(guò)來(lái)，是否還合適呢？

答案明顯是否定的。

最終，我們要來(lái)介紹小基站實(shí)現(xiàn)中的另一個(gè)機(jī)制自組網(wǎng)（SelfOrganizingNetwork，SON）。為了更好、更便利地對(duì)具有敏捷性的小基站群進(jìn)行配置、優(yōu)化和修復(fù)，自適應(yīng)的組網(wǎng)技術(shù)將取代大基站中繁雜的介入成本。

有關(guān)調(diào)查指出，在5G應(yīng)用場(chǎng)景中，50%以上的通信資源被1%的終端占用，而這1%往往在大城市的中心地帶和商業(yè)區(qū)。這些地區(qū)的實(shí)際通信場(chǎng)景簡(jiǎn)單，需要可配置度高的網(wǎng)絡(luò)。更有甚者，這些區(qū)域的物聯(lián)網(wǎng)也比較豐富。在種種狀況交疊下，SON可以被看作是5G通信與物聯(lián)網(wǎng)通信的的橋梁，為這樣的區(qū)域供應(yīng)更有效的組網(wǎng)通信系統(tǒng)。

假如有服務(wù)導(dǎo)向的自組網(wǎng)成為可能，那么將來(lái)的小基站的實(shí)際運(yùn)營(yíng)權(quán)可能從移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商轉(zhuǎn)移到部分轉(zhuǎn)換器實(shí)體商家和其他小企業(yè)運(yùn)營(yíng)單位手中。將來(lái)的"網(wǎng)管'不僅管著交換機(jī)、無(wú)線網(wǎng)，還要管都市移動(dòng)通信。聽(tīng)上去是不是很棒？

服務(wù)導(dǎo)向的自主網(wǎng)進(jìn)展趨勢(shì)（Source：華為）

由于社會(huì)和通信等一系列的緣由，將來(lái)小基站會(huì)漸漸成為5G通信中不同于大基站的重要增長(zhǎng)點(diǎn)，特殊在城市CBD區(qū)域。毫米波將導(dǎo)致小基站的偽裝更加讓