应用GaN技术克服无线基础设施容量挑战

　　GaN的功效在帮助运营商控制最大成本项(电费)方面也发挥着重要作用。功率放大器是基站功耗中的大户，如果功率放大器的效率仅为35%(较老的LDMOS功率放大器确实如此)，则有65%的能量作为热量被浪费掉了。产生的热也会导致可靠性问题，并且要求较大的散热片，结果会增加产品尺寸。

　　在运营商试图控制能源成本的同时，他们需要功效更出色的基站和功率放大器。功率放大器的典型功效已经从4年前的30%-35%提高到如今的60%。同期，LDMOS功率放大器的效率从30%提高到约45%，但进一步显着提高是非常困难的事。相反，如今的GaN功率放大器已经实现了55%的效率。

　　中期："4.5G"

　　除了CA，运营商试图借助多种不同技术来扩容。这些中期发展有望从2016年开始通过几年的时间展开，通常被称为4.5G、4G+或 pre-5G技术。

　　大规模MIMO

　　MIMO使运营商可以提高数据速率和网络容量，因为它可以使用基站和用户设备上的多根天线，在同一频段传输多个空间上相互隔开的数据流。LTE Advanced标准定义了最高8x8的下行链路MIMO连接以及最高4X4的上行链路连接。同时还定义了MU-MIMO，通过允许基站用每个流与不同设备进行通信的方式实现扩容。

　　4.5G有望带来更高阶的MIMO，以进一步实现网络容量的飞跃，基站可以同时处理64个或更多的并发数据流。但这会带来一些其他挑战。基站需要更多功率来驱动64个通道，因此，能效和散热变成了更大的问题，进一步提高GaN的功效相应地变得更具价值。

　　大规模MIMO的另一个大问题是复杂性的管理。把64个发射通道挤进一个基站，需要高度集成的子系统，把功率放大器、低噪声放大器(LNA)、开关和滤波器封装到紧凑的模块中。为了实现性能和功效的最大化，这些子系统必须根据不同的工艺技术把多个组件组合起来。例如，虽然GaN功率放大器可以提供需要的功率输出和功效，但基于CMOS的低噪声放大器(LNA)却可以实现接收灵敏度最大化和噪声最小化。需要采用高级滤波器以避免干扰邻近频段。由于基站的安装位置一般都暴露于恶劣的环境之下，会经历极端温度和湿度，因此，需要能在温度变化条件下展现稳定响应性能的BAW和 SAW滤波器。高集成度的子系统还可给基站制造商带来开发和测试时间缩短的优势，因为子系统中的所有元件都已经匹配好，并一起进行过测试。

　  5GHz频谱中的LTE(LTE-U)

　　运营商试图通过运用免执照的5GHz频段来扩容，以实现流量分流，补充许可频率。该频段超出了 LDMOS功率放大器的范围，这类功率放大器的频率限制在3.5GHz或以下。相反，5GHz完全处于 GaN功率放大器的范围之内，这类功率放大器的工作频率高得多。

　　高阶调制

　　走向高阶调制可进一步提高数据速率和网络容量。

　　据3GPP Release 12的规定，复杂性从64QAM提高到256QAM，由于每个OFDM符号可以传输8位而非6位数据，因而可以将峰值数据速率提高33%。然而，在不提高功率输出的条件下使用更加复杂的调制方案会导致蜂窝覆盖范围的下降。要维持覆盖范围不变，运营商需要更高功率的功率放大器。这种状况将进一步刺激对可以提供必要功率输出的GaN功率放大器的需求。

　　长期：5G

　　5G技术规格仍然处于制定阶段，几年之内不会完成完善，3GPP当前的建议是在2020年提交最终版规格。然而，业内普遍预期，为了实现多GB级数据速率，5G会利用频率高得多的频段，包括使用 60GHz–90GHz范围内的毫米波频率。毫米波频谱目前用于多种军事、卫星和其他应用，也用于 802.11ad Wi-Fi标准，但是，其拥挤程度要远远低于当前用于LTE的低频频段。因此，在LTE中使用毫米波频谱将增加大量的额外带宽，同时还能减少对低频频谱拥挤问题的担忧。

　　采用毫米波频率的基站需要超高性能功率放大器。如今，GaN是有可能满足这些要求的唯一普及技术；GaN功率放大器当今的工作频率超过50 GHz，被广泛用于毫米波应用之中。新生代GaN制造技术将发挥重要的作用，可实现5G要求的更高性能水平和集成度。

　　结论

　　在未来的三到五年中，对GaN功率放大器的需求有望快速增长，因为运营商将推动新型LTE能力建设，以适应移动数据用量大幅增加的需求。为了满足这一需求，越来越多的功率放大器供应商已经开始扩大产品范围，将GaN产品纳入其中。需要记住的是，无线基站中使用的功率放大器必须符合恶劣条件下的高性能、高效率、高可靠性要求。每一次网络扩容都会对性能和功效提出新的要求。必须进行谨慎评估，确保功率放大器供应商能提供必要的性能、可靠性、工艺成熟度和内部制造产能，以满足这些严苛的要求。