5G的脚步越来越近了，但并非一切中央都有它的身影，它也不会突兀而至，最先离开人们眼前的也不是该技术的最快版本。实践能够呈现的状况是，5G首先会在人口密集的大都市完成首秀，从2020年或2021年开端，在之后的十年中逐步普及开来。
就像明天的智能手机跨越了2G、3G和4G LTE三代无线规范那样， 5G 也不太能够完全取代4G LTE。向后兼容性是一切这些规范的重要考量要素。5G信号的频率十分高，最高频率可到达300 GHz，而4G LTE则是2．6 GHz频段。进步带宽可以添加数据密度，所以频率的进步使得5G信号可以携带更少数据，但是更高的频率也意味着信号更容易遭到树木、大楼和人体的搅扰，我们本人的身体也可以阻挠毫米波信号。
“5G技术需求克制几个严重应战：回传、寻址和频谱，”摩根士丹利执行董事James Faucette在最近的一次演讲中表示。“想要运用5G，你必需部署多出几百倍的基站。 5G的运转频率比以前的无线规范高得多，当到达毫米波频段时，5G信号根本上连一个房间都掩盖不了。信号的不可预测性以及能传输多远都是很大的成绩。”
这些困难都没有阻止5G的开展，但它们一定影响了5G技术的推行方案。5G终端的第一种完成方式能够是无线方式的固定设备，根本上是无线对传。毫米波信号穿不过窗户，所以需求一根天线。必需部署那么多的中继器和小基站，这些设备的装置地点需求领取租金，这会给运营商带来相当大的财务压力。
为5G做好预备
往年在韩国平昌举行的冬奥会在一定水平上提醒了5G技术的开展前景。从虚拟理想到不需求佩戴特殊3D眼镜的8K视频等一切内容都佐证了准5G技术带宽添加的效果。三星甚至为滑板运发动提供了SmartSuits，这些运发动可以运用传感器绘制身体地位并将振动信号发送到可穿戴设备上。
但是，真正可以推进5G技术需求的使用是 自动驾驶 汽车。
“5G代表了自动驾驶体验需求的根底技术，”联电公司市场部副总裁Steven Liu表示。“自主驾驶技术需求更多的车辆间通讯（V2V）和车辆－根底设备通讯（V2I，V2X），意味着汽车需求部署的雷达零碎数量将不时添加，触及到的技术包括防碰撞雷达、GPS、辨识停车信号和交警调度车辆手势的传感器等。这些零碎将和现有零碎相结合，包括温馨控制零碎、信息文娱零碎、监测温度、轮胎压力和调理气体的动机监控子零碎。 用于长途运输的卡车需求负载均衡、负载转移和曲线切变零碎，这些零碎必需协同任务以确保货物在运输进程中不被损坏，以及集装箱在整个行驶行程中坚持波动。5G通讯对这些零碎可以正确执行各自操作来说是至关重要的。”
现实上，5G关于辅佐驾驶和自动驾驶是如此地重要，以致于它可以改动这些汽车运用的电子设备的设计。但是，汽车电子设备最终如何退化在局部水平上取决于5G技术和零部件供给商哪一方首先做好预备。
“随着电动汽车和ADAS的问世，4G／5G能够会成为汽车通讯的主流规范，”使用资料公司200mm设备产品事业部战略与技术营销总监Mike Rosa说。“随着5G技术的投入运用，汽车内的电子器件能够会增加，由于云端的存储器更多，当然云端不会处置一切事务，但是少量的处置可以在云端停止，然后经过5G链路向汽车提供效劳。”
两种技术
5G技术有两种方案。一种是sub－6 GHz频段，它在4G LTE的根底上略有改良，另一种则运用了24GHz以上的频率，最终方式是毫米波技术。 普通而言，随着频率的提升，数据传输速度和以更疾速度传输更少数据的才能也会进步。另一方面，随着频率的进步，信号传达间隔也在降低，后果就是，需求部署更多中继器和基站。这对半导体行业来说当然是一个好音讯，但是这也同时意味着5G技术的推出工夫要比前几代挪动通讯技术更长，由于需求更多的工夫部署5G通讯所需的更多根底设备。
“5G的频率十分高，乐音更低，并且可以催生新的使用，”格罗方德22FDX项目总监Jamie Schaeffer说。“从基站角度来说，需求一个带数据转换器的数字前端。而5G手机则需求集成前端模块，并完成低功耗。关于面部辨认等使用，24 GHz－40 GHz频段下的5G技术是最好的处理方案。”
5G设备可以运用波束成形和波束追踪技术以及大规模MIMO（多输出多输入）技术将多组拆分信号拼凑在一同。
一切方案的面前都有技术权衡。随着频率的进步，用在RF滤波上的薄膜厚度变得更小，这就会发生另一个成绩。
使用资料公司的Rosa说：“在2－2．5 GHz的频率下，前端RF薄膜（通常是氮化铝基薄膜）的厚度通常约为1微米。随着频率越来越高，薄膜变得越来越薄。以后的工艺很难控制8英寸和12英寸晶圆上的应力平均性。所以添加了钪掺杂工序，但是它也有极限。最终你会发现，你需求反过去研讨开发这些薄膜的方式，如今它们是经过溅射方式生成的。从短期来看，这似乎不是什么大不了的事情，但是随着工夫的推移，我们需求寻觅一些替代方案来堆积出更薄的薄膜来。”
即便是薄膜资料也能够发作改动。例如，如今人们普遍以为铌酸锂能够会替代氮化铝，由于它可以使机电耦合的效率加倍。如今大局部RF开关器件都是运用硅锗完成的，但是在基站中，一方面需求添加功率以将更多信号驱动到更多中继器上，另一方面还需求应对功率自身带来的电力本钱，所以能够会用氮化镓取代硅锗。
其它技术成绩
不只仅是基站需求处理功耗成绩，当5G手机掉线后搜索信号时，会比它们在无效的效劳区中更快耗尽电池电量。
“用户设备天线端需求完成很多任务，以便利你拿起来设备时就能直接运用，”美国国度仪器公司软件定义无线电部门初级产品营销经理Sarah Yost说。“目前，业界还在努力研讨如何为一切这些天线创立高效的波束形式。假如手机上有8到多达64路输出，波束形式的数量就会十分大。你能够有随着流量往智能终端设备迁移，新的机遇“物联网商业社交时代”也将迎来，通过人的第六器官（智能手机）和智能设备终端的联网互动，从而改变了人的行为习惯和消费方式。线下流量通过LBS定位重新分配，又通过物联网终端智能推荐引擎引导到网上任意有价值的地方，至此互联网下半场拉开帷幕。12个发送形式和12个接纳形式，一切这些形式的幅度能够都互不相反。”
这使得运用当今的设备和办法测试5G 芯片 变得十分耗时。 “明天，测试工夫为毫秒级，”Yost说。“假如需求测试一切这些波束形式和更多才能，测试工夫会延伸2500倍之多。这些芯片的测试是必不可少的，只是如今您需求采用不同的测试办法，我们如今正在实验空中测试办法。”
这种办法的优点是它可以延续测试芯片，从而优化信号，但是在测试范畴，这是一个新概念。“这种方案的优点是您可以将其晋级为模块化平台，以便跟踪顺应规范的变化，”Yost说。“它使得平台成为真实网络的一局部，从而可以尽早让您在设计进程中完成拨打电话功用。”
该办法可以和某些内部零碎级测试相结合，以减速测试和内置自检进程。
为变化做方案
目前的设计层面也不是太阴暗。太多的未知要素使得芯片设计优化变得困难重重。因而，无论是在架构层面还是在构造规划方面，都需求添加灵敏性，在可编程才能的逻辑层面也要灵敏可变。
“人们在想，他们能否需求更大的控制零碎，”NetSpeed Systems首席执行官Sundari Mitra说。“这需求架构层面的基本性改动，需求更多的静态计算，这意味着这些设计的复杂水平会有所进步。你不能采用传统的零碎架构，把它拼凑到5G零碎中，由于5G需求异构计算，需求拜访内存的不再只是单个处置器。”
从任何角度来看，5G自身就是一种推翻性技术。但是，当它和自动驾驶技术等其它推翻性技术结合运用时，未知要素会明显添加。
Arteris IP 首席技术官Ty Garibay表示：“当一辆汽车进入自动驾驶形式后，将一直需求5G衔接性。这些汽车每个小时就会发生数TB的数据。其中一些数据会在终端芯片处置，另外的数据则需求转发后在云端处置，5G将是转发数据的关键。应战在于如何将不同类型的处置和I／O聚集在一同，对任何人来讲，这都是一个大难题。”
与前几代挪动通讯技术不同的是，5G的采用能够将是多代技术混合临时演化的进程。因而，虽然5G将会在不久的未来就会推出，但是完成城市之外的5G手机和基站掩盖能够需求长达数十年工夫。现实上，这项技术能否具有普遍性目前也存在争议。
“假如你看看如今所谓的5G零碎，它们只能算是原型机，”Achronix战略规划和业务开展初级总监Mike Fitton说。“这就是为什么他们都运用可编程逻辑的缘由。规范在发作变化，一些不同的使用场景也在不时呈现。所以你需求在ASIC中树立一些可编程性。3G和4G也是如此，这些技术的晚期市场简直完全基于FPGA，市场成熟之后，才被ASIC取代，以降低本钱和功耗。5G异样如此，只是它需求更长工夫。它的演进第一阶段将是UHF，然后是毫米波。所以，市场表现将是，在4G的汪洋大海中，5G刚开端作为孤岛呈现，然后渐渐扩展权力范围。”
但是，5G什么时分迸发并不明白。Flex Logix公司首席执行官Geoff Tate表示，由于这种不确定性，业界对eFPGAs的兴味大增。他表示：“随着5G的呈现，人们对嵌入式FPGA的兴味不时添加。基站存在功率限制。假如可以不运用SerDes，就可以节省少量的电力。功耗浪费很重要，由于功能要求会越来越高。而且，5G需求部署更多的基站，如今是每半英里大约有一个基站，但是5G的部署密度会更大。一个大基站会跟着很多小基站，这将对功率提出更大的要求。”
这关于嵌入式可编程器件来说是一个好兆头，由于它们比ASIC灵敏性更强，而且比分立式FPGA更小，功耗更低。
Achronix的Fitton指出，5G标准的下一个修订版，即修订版16会添加一些额定的功用。“你会发现这些新功用十分合适于物联网类型的使用，物联网需求超牢靠的低延迟特性，5G会催生一些新的使用案例。”
技术演进
以更高的视角来看，从5G的最后发布，到该技术将来的迭代，5G生态零碎有很多不时变化的组成局部。实践上，这就像管理一个随着工夫不时变化的3D矩阵一样，矩阵中的各个局部处于研讨、开发甚至定义的不同阶段。
“在5G中，您可以将模仿、数字和RF零碎交融在一同，”ClioSoft市场营销副总裁Ranjit Adhikary说。“一旦你开端运用这项技术，一些bug会隐藏在IP中迁移，过了一段工夫之后，就没有人可以搞明白为什么要做某件事。人们在不同的公司跳槽，少量的IP知识就逐步消逝不见了。”
Adhikary说随着5G技术的演进，IP的开发、优化和描绘也会遭到影响。“如今的5G没有太多第三方IP，但是我们必需确保一点，当新版本的5G技术发布时，在零碎级层面来看，一切要素都要可以很好地被追踪到，包括脚本和流程在内。5G技术的演进将以有线调制解调器为终点，由于它的协议和标准变化十分快，以致于过了几个月之后就很难再追踪到它的变化。而且，全球范围内公司那么多，你必需跟踪正在运用的IP是为哪个版本开发的，是这家第三方IP的哪个版本。假如标准出了新版本，你怎样确保运用这个IP的一切人都能运用正确的IP呢？”
结论
多个市场和技术之间的不确定性正在互相交错，提出了更多关于将来将如何运用5G技术、5G什么时分商用、最终需求破费多少资金和其它资源的成绩。
“一切这些市场都对续航、本钱有额定的要求，将来在完成自动电气控制时，它们依然会对零碎设计和制造形成严重应战，”联华电子的Liu说。
在这些技术的转变中，5G是其中一个重要难题，但是终究有多难，何时能商用还有待持续察看。
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