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SpecialReport 特别报道

转型5G：PCB更具优势

Transformation to 5G: PCB Advantage

Tony Mattingly
罗杰斯公司，美国亚利桑那州钱德勒

很 难相信，第一代移动通信（1G）问世已 上租用使用空间，由于严格的许可过程，难以
经30多年了，那个时候使用的是模拟通信
建立新的基站，运营商唯一的选择只有更新或
技术且还没有统一的标准。随着数字通信技术 更有效地替换天线。可以说，运营商提供数据
的引入，20世纪90年代第二代移动通信（2G） 的成本与无线技术的频谱效率成正比。与其它
诞生，人们除了通话，还可以使用蜂窝设备来 技术相比，迄今为止，LTE网络具有最高的频谱
发送短信息。十年后的21世纪，第三代移动通 利用效率，但它仍不足以满足消费者持续连接
信（3G）标准问世，能够支持30至40 Mbps的 的需求。那么在已经饱和的无线基础设施中如
数据速率。随后，第四代移动通信（4G）在七 何有效增加容量？一种方案是在当前工作频率
年前被引入，尽管它给世界带来了更高的频谱 下使用新技术和先进的天线设计。另一种方案
效率，但是当前消费者对无线数据的使用呈指 是为了保证充足频谱，增加无线基础设施以便
数级增加，推动了对移动网络容量和更高性能 使用新的通信频道和更高的通信频率。2015年
的需求。现在，我们来看看智能手机上数据需 初，美国运营商花费了超过400亿美元的频谱费
求的主要驱动力——视频数据流。假设，每天 用！由于2.5GHz以下的大多数可用频谱有限。
只看1个小时的移动视频，以典型的流媒体视 因此3.5GHz、28GHz、39GHz以及77GHz几个频
频YouTube或Netflix为例，按1Mbps的吞吐量计 段因其可用带宽而进入下一代移动通信的考虑
算，那么每个终端每月消耗的流量为13.5GB。 范围。
随着未来几年5G和IoT生态系统的不断发展，人
们对数据的需求肯定会持续增长（图1），毫无 5G时代即将来临
疑问，我们将会生活在一个数十亿台设备互通 我们首先要澄清5G的概念目标（图2）。提
互联的世界中，而且这些设备之间的通信将会 供数据量的成本对于运营商的生存和成功来说
是即时无中断的。 是至关重要的，因此5G基础架构不但要支持更
容量增加需要大量资金，另外可以提供用 多的设备，而且其成本还要比4G系统更低。基
来架设天线基站的空间也是有限的。在美国， 础设施必须提供每秒吉比特（Gbps）以上的峰
大多数基站铁塔是归American Tower、Crown 值数据速率，便于在不同设备密度情况下，满
Castle以及SBA这些公司所有，其产权并不是由 足整个覆盖区域不同用户的体验，同时，支持
运营商所有。因此运营商需要在这些基站塔楼 多频率（包括蜂窝频带和6GHz以上频率），包
括使用授权和免授权的频谱，并遵循先进的频
谱共享规则。
未来5G网络的基础设施需要具备多种不同
的功能，并且能够同时在6GHz以下及毫米波频
段运行。这些网络将会使用大规模MIMO天线和
多载波聚合技术，并且需要以非常低的延迟来
“实时”运行。大规模MIMO在基站处拥有数百
无线连接需求 个天线，能够进行空间复用和波束赋形。与当今
正在使用的LTE-Advanced天线相比，这种系统提
供了三倍的频谱效率。载波聚合是LTE-Advanced
智慧 的一个关键功能，运营商正在全球部署，这种技
家庭 术能更有效地利用频谱，增加网络容量和用户吞
物联网 吐率，为整合免授权频谱提供了新途径。5G的
频段分配主要集中在带宽的可用性上，并且主
要围绕着下面三个频段：低于6GHz，15GHz至
40GHz，以及高于60GHz。低频和高频组合协调
图1：无处不在的互联推动了无线数据日益增长的需求。 工作对于5G至关重要。较低的频段可用于信号

54 Microwave Journal China 微波杂志 Jul/Aug 2017