“通常情況下，開車時速在每小時60公里時，剎車傳輸時延60毫秒，那么剎車制動距離就是1米。但5G提供了很低的延遲，自動駕駛把時延控制到1毫秒，制動距離就能縮短到大約17毫米——這才能滿足應(yīng)用環(huán)境需求?！睂I(yè)人士在MWC會前的溝通會上這樣說。
上述高可靠低時延通信，是5G的重要用例之一，5G能夠?qū)r延從以往的20-50ms縮短至1ms。MWC 2019上海展會上出現(xiàn)的包括遠程醫(yī)療、智能制造、無人機等在內(nèi)的各種5G使用場景都在此范圍內(nèi)。除此之外，5G應(yīng)用的重要特性還包括了eMBB(增強的移動帶寬)，也就是高頻速度快，比4G快100倍;以及mMTC(海量機器類通信)，或者說大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)，把終端密度提高到每平方千米100萬的程度，也是當前水平的100倍。
對5G基建的各層級供應(yīng)商來說，要做到如此程度的提升都面臨不小的挑戰(zhàn)。從TE Connectivity作為連接器制造商的角度來看，也能管中規(guī)豹地了解，這其中的難度究竟體現(xiàn)在哪些方面，以及從中更多地理解，5G基建相較4G的一些顯著變化。
5G架構(gòu)相比4G哪里不同?
從表征來看，5G就是低時延、高帶寬及大量設(shè)備通信。在基建架構(gòu)層面，5G網(wǎng)絡(luò)的核心網(wǎng)和無線接入部分都發(fā)生了變化。核心網(wǎng)部分，主要是各類大數(shù)據(jù)量的應(yīng)用，對核心網(wǎng)的處理能力提出更高的要求。這部分最大的變化就是4G的S-GW/P-GW網(wǎng)元在5G時代剝離出了控制面(CP)和用戶面(UP)，而用戶面功能實際還下放到了接入側(cè)(下圖中的MEC)處理。
無線接入側(cè)的變化就相對很大了。上圖有兩個基本概念，BBU(上圖中的DU)和RRU(上圖中的RU，有時也叫RRH)。BBU就是基帶單元(baseband unit)，一般生成與處理數(shù)字基頻RF信號;RRU則為射頻拉遠單元(remote radio unit)。3G時代BBU和RRU實現(xiàn)了設(shè)備分離;不過如上圖所示，3G、4G時期盛行的D-RAN(分布式無線接入網(wǎng))，BBU和RRU還是放在同一個機柜中的。
5G對基站數(shù)量的要求驟然變多，畢竟eMMB需要使用更高的頻率。傳統(tǒng)的這種D-RAN架構(gòu)，每個蜂窩基站(cell site)都要求專門的BBU和RRU，另外還需要配套的電力、制冷、路由功能供應(yīng)。如果按照這種架構(gòu)去大規(guī)模增加基站數(shù)量，那么基建費用和運營成本就會激增。所以不少無線技術(shù)和架構(gòu)都涌現(xiàn)了，這其中包括了MIMO、CoMP、載波聚合、vRAN，還有現(xiàn)如今的C-RAN架構(gòu)(云RAN或中心化RAN)。
C-RAN的主體就是把BBU做了集中處理，移到了中心位置形成BBU池，和RRU徹底實現(xiàn)分離。BBU池能夠共享物理基礎(chǔ)設(shè)施，包括路由器這樣的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，當然還有空間、電力、制冷系統(tǒng)等。這是降低成本一種很好的方案，而且提升了架構(gòu)的彈性。另外C-RAN也算是可持續(xù)綠色能源的一種方案，在一個BBU池中采用可再生能源總是好過分開的大量基站設(shè)備的。
MWC展會上的長飛光纖5G前傳光模塊
這個時候，RRU就安裝在千米、萬米以外的遠程蜂窩基站上。那么BBU到RRU之間的部分就需要有傳輸網(wǎng)絡(luò)了，這個傳輸網(wǎng)絡(luò)即是運營商常說的“前傳(fronthaul)”。而且前傳也實質(zhì)上成為5G發(fā)展的一個重要焦點。我們也在MWC 2019上海展會上看到了不少前傳光纖和光模塊展示。
除了C-RAN架構(gòu)將BBU做了中心化處理，遠端的RRU和外部天線也發(fā)生了變化。在5G網(wǎng)絡(luò)中，RRU形成了新的AAU(架構(gòu)圖中的AU，有源天線單元)。這其中涉及到AAS有源天線系統(tǒng)，其特點就是集成了有源射頻電子元件與無源天線陣列，而不再是單獨的天線。
AAS系統(tǒng)的主要作用有兩個，其一是有源天線可將信號專注到一個特定的方向，這樣一來從基站抵達特定設(shè)備的信號也就更強，這就是Beamforming波束成形技術(shù)。第二，這里的天線陣列就是MIMO天線，通過多個無線信道同時服務(wù)多用戶，實現(xiàn)MU-MIMO。
MIMO是一種無線復用技術(shù)，可在同一無線信道同時發(fā)射和接收多個數(shù)據(jù)信號，每個數(shù)據(jù)信號通常都需要單獨的天線來發(fā)射和接收。Massive MIMO可讓無線網(wǎng)絡(luò)容量增加50倍左右，更多的天線也就能實現(xiàn)更好的數(shù)據(jù)傳輸功能、更高的可靠性和更強的抗干擾能力強。
5G對連接器提出何種要求?
陳家輝也在交流中提到了上述5G架構(gòu)轉(zhuǎn)變的三個核心要素：C-RAN架構(gòu)的普遍采用、前傳需要采用新的傳輸技術(shù)，以及AAS有源天線系統(tǒng)。此外，C-RAN架構(gòu)變化本身還帶來了更多屬于5G的特性，比如C-RAN普及之后，移動邊緣計算(MEC)也就可行了：將數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器和存儲器放到BBU池旁，得以實現(xiàn)本地內(nèi)容緩存，進一步減少網(wǎng)絡(luò)時延。SDN(軟件定義networking)和NFV(網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化)對運營商而言也是提供邊緣計算服務(wù)的彈性的重要組成部分。這些甚至可能改變運營商和云服務(wù)供應(yīng)商之間的角色關(guān)系。
TE Connectivity數(shù)據(jù)與終端設(shè)備事業(yè)部工防總監(jiān)陳家輝
這么多新變化，對5G基建各層級的參與者而言都是挑戰(zhàn)和機遇，甚至包括了供電、散熱解決方案。比如有源天線系統(tǒng)中難度最大的高效率功放、小體積濾波器、高精度ADC/DAC等等。對TE Connectivity這樣的電子連接器制造商而言自然提出了更高的要求。
比如蜂窩基站內(nèi)的AAS部分組件的布局就離不開天線板、電子元件板和濾波器。密集住宅區(qū)域內(nèi)的互補系統(tǒng)需要大量天線才能支持MU-MIMO，既然配有控制電子元件就需要新的連接解決方案。特別是6GHz及更高頻率的網(wǎng)絡(luò)需要高度集成化的系統(tǒng)，其中的射頻集成電路通常會在芯片組上表面集成天線。AAS內(nèi)部和外部都需要高速I/O接口;系統(tǒng)可能包含電源、光纖及混合接口;除了互連器件和傳感器，還要考慮硅晶、雙工器和振蕩器等。
陳家輝提到：“射頻單元內(nèi)部的連接必須能夠處理高速、高功率信號，滿足更嚴苛的電磁干擾、信號完整性和散熱性能要求。而且連接器還必須足夠小，滿足AAS對整體尺寸的要求。另外，天線元件數(shù)量龐大，元件之間需要大量連接，如何控制整體成本，以及連接器安裝過程中的操作性也很重要?！?/p>
TE Connectivity是怎么做的?
TE去年的財報將業(yè)務(wù)分了三部分，其中一部分是通訊解決方案(communications solutions)，這部分的收益和利潤雖然相比汽車和工業(yè)業(yè)務(wù)的基數(shù)少很多，只占TE凈銷售額的13%，但增長速度還是比較快的。其中networking設(shè)備、數(shù)據(jù)中心設(shè)備、無線基礎(chǔ)設(shè)施等占到這部分銷售額的近六成，所以在5G時期TE自然不愿放開這部分市場。
就TE通訊解決方案的布局來看，TE在5G產(chǎn)品中的覆蓋也比較廣，包括在5G設(shè)備終端、5G基站以及云計算數(shù)據(jù)中心、5G邊緣計算等。比如手機中的天線、傳感器、USB連接器，遠程蜂窩基站內(nèi)的天線和射頻連接器、加固型連接解決方案，數(shù)據(jù)中心的高速連接等。
陳家輝反復提到，TE在5G高速高密度連接技術(shù)原本就有相應(yīng)的技術(shù)積累，不只是“3G、4G建設(shè)時期獲取的經(jīng)驗”，“TE在數(shù)據(jù)中心方面，從25G到56G一直有大量出貨，現(xiàn)在在做112G。這部分關(guān)于高速數(shù)據(jù)的應(yīng)用原來主要在核心網(wǎng)數(shù)據(jù)中心這塊，包括交換機、存儲器或者說服務(wù)器。在5G高速部分，我們可以沿用以前的這些技術(shù)積累，再針對不管是C-RAN或者AAU的應(yīng)用做結(jié)構(gòu)上的調(diào)整，然后加一些散熱的技術(shù)，就能滿足不管是5G無線還是承載使用的需求。所以TE在這部分積累了比較多的經(jīng)驗?！?/p>
“5G的AAU要通過光纖連接到C-RAN，這是個高速I/O口。以前5個G、10個G，現(xiàn)在5G就需要25Gbps了。相應(yīng)的在我們現(xiàn)有產(chǎn)品的一些部件、結(jié)構(gòu)性的cage、散熱性能方面做出調(diào)整，我們相對同行再這方面還是有很強的技術(shù)優(yōu)勢的。本來TE在高速I/O方面就有著全球最大的份額。”這一點實際在我們早前采訪Molex市場副總裁Brian Krause的時候也得到過印證——即連接器領(lǐng)域，高速I/O產(chǎn)品的跨行業(yè)應(yīng)用。
就5G架構(gòu)變化的三個趨勢來看，陳家輝介紹說，針對C-RAN架構(gòu)的BBU池，還有前文提到的SDN、NFV等，對速度、數(shù)據(jù)量、密度、可靠性提出了更高的要求，TE基于數(shù)據(jù)中心和云技術(shù)領(lǐng)域的積累提供包括電源在內(nèi)的各類解決方案;針對AAS，TE本身就提供定制天線解決方案，另外也有高速I/O、內(nèi)部連接器和布線解決方案、RF同軸電纜解決方案和天線模塊;針對前傳(以及后傳)，TE的I/O產(chǎn)品組合包括SFP28、microQSFP、QSFP28和FullAXS連接器等，可用以支持更大量的高速光纖連接——TE宣稱在更靠近蜂窩基站位置，其高速產(chǎn)品組合能夠“支持更深的光纖穿透來后傳來自小基站的流量”。
“要滿足大容量的數(shù)據(jù)傳輸，就有非常多的器件集成在一起。為了實現(xiàn)覆蓋舉例要增加相應(yīng)的功率，帶來的熱量傳輸也是很大的。所以對連接器密度的需求，對熱量傳輸、可靠性、速率的要求，都對連接器提出了比以往更大的技術(shù)挑戰(zhàn)。TE在這部分研發(fā)了創(chuàng)新技術(shù)，包括ERFV這樣的一體式方案，降低成本的同時保證性能?！标惣逸x表示。
“在散熱方面，TE去年研發(fā)的技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)量產(chǎn)了。這種技術(shù)能夠把熱傳導提高30%以上，也是期望幫助客戶實現(xiàn)5G應(yīng)用場景中系統(tǒng)的功能。在信號傳輸效率方面，通過低損的線纜組件，我們的高速數(shù)據(jù)傳輸線、內(nèi)部線纜能夠在高速的情況下帶來很低的損耗，提高傳輸效率?！?/p>
這是5G造就的商機的滄海一粟，如MEC邊緣計算就能為包括TE在內(nèi)的諸多供應(yīng)商數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)提供新的機會，以及前文提到的各部分解決方案變遷。實際上，5G更為開放的這種架構(gòu)，靈活性和彈性，得以讓所有參與者奮力于5G技術(shù)，5G的商機遠非4G可比。
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