从设计、测试到封装 5G毫米波技术面临哪些挑战？

运营商、设备厂商和芯片厂商正在齐心协力地推动第五代移动通信标准（即5G）的制定。5G是现在4G（也称为长期演进项目，Long term evolution，即LTE）移动通信标准的下一代，5G数据传输速率可超过10Gbps，是现在LTE标准的100倍。5G技术能否成为现实，现在还是一个疑问。

不过，5G市场已经开始升温。Anokiwave、博通、英特尔、Qorvo、高通、三星以及其他不断涌现出来的厂商，正在开发5G芯片。完成5G网络部署还面临诸多挑战，举个例子，虽然设备商和芯片厂商已经在开发5G产品，但5G标准还没有确定。

现在的LTE网络工作频率从700MHz横跨至3.5GHz，5G网络则不仅要兼容LTE网络，还须支持公用免费（unlicensed，设备厂商不需要购买许可费用）或毫米波频段（注：目前毫米波波段基本免费，但免费波段不等于毫米波波段）。严格意义的毫米波频率为30GHz至300GHz，对应波长分别为10mm到1mm，毫米波通信将极大提高无线数据传输的速率。

早期的5G新工作频率会是28GHz（美国）与39GHz（欧洲），后面将引入其他频率，例如60GHz（注，通信行业不太看好60GHz，因为60GHz信号传播的大气衰减比较严重）、71GHz至86GHz，甚至可能用到300GHz。

要支持毫米波通信，移动系统和基站必须配备更新更快的应用处理器、基带以及射频器件。事实上，5G标准对射频影响较大，需要一系列新的射频芯片技术来支持，例如支持相控天线的毫米波技术。毫米波技术最早应用在航空军工领域，如今汽车雷达、60GHz Wi-Fi都已经采用，将来5G也必然会采用。

把毫米波技术从航天军工领域引入到商用市场并不容易。"毫米波技术还面临一些挑战，"GlobalFoundries射频市场总监Peter Rabbeni说道，"设计与设计实现，以及毫米波产品测试都会遇到不少困难。这主要是因为毫米波频率太高了。"

设计毫米波芯片很难，但测试会更难。"在业内，我们很早就开始测试毫米波产品，但这些毫米波芯片主要用于航天军工市场。"NI销售与市场执行副总裁Eric Starkloff说道，"毫米波测试的成本很高，我们正在努力大幅度降低毫米波测试的成本，这样才有可能大规模推广毫米波。"

虽然5G技术面临诸多挑战，但Verizon计划2017年的时候在美国提供部分5G服务，韩国电信与三星则计划2018年冬奥会期间提供5G服务，但大规模5G部署不会早于2020年。

"我很怀疑，即使到2020年，5G能否提供较为完善的移动服务，"Forward Concepts总裁Will Strauss说，"当然，2018年会有5G试运行网络提供高速移动通信服务，不过那时候能够买得起5G手机的人非常少。"

虽然离5G真正实现尚有很长时间，但业界需要认真审视5G技术，以跟随发展到步伐。下面我们就从芯片、工艺、测试和封装等角度来详细分析一下5G技术现状。

1、什么是5G？

到底什么是5G？为什么我们需要5G？现在，多数运营商部署的4G移动通信标准被成为LTE升级版（LTE Advanced ，为LTE标准的第10版，简称LTE-A）。根据4G技术规范，运营商部署了第四级（Cat 4）与第六级（Cat 6）LTE-A移动通信网络，第四级LTE-A下载速度可达150Mbps，第六级LTE-A下载速度更高，可达300Mbps。

再过一段时间，运营商将部署LTE-A Pro（为LTE标准的第13版），LTE-A被认为是4.5G技术，被看作通向5G的跳板。根据NI的资料，LTE-A Pro支持32个载波单元（LTE-A是5个），大规模多入多出技术（Massive MIMO）以及免费频段LTE技术等。这些技术都是5G技术的一部分，不过5G技术将进一步把工作频率拓展到毫米波频段。对于LTE-A Pro，运营商会部署第十级(Cat 10）移动网络，支持450Mbps下载速度，部分运营商会部署下载速度达1Gpbs的第16级（Cat 16）移动网络。

虽然现在4G网络速度还不错，但根据爱立信的估计，从2015到2021年，移动数据流量每年增长率在45%左右，到2021年每部手机每月数据流量将从2015年的1.4GB增长到8.9GB左右。

因为移动数据流量飞速增长等原因，人们对5G技术的需求是真实存在的。不同运营商提供的5G服务可能互有区别，但大体上每家运营商选择的5G技术都包括以下三项：增强型移动宽带、物联网和机器通信。

增强型移动宽带引入毫米波技术，可使移动数据传输速率超过10Gbps。5G网络容量是4G的1000多倍，传输延迟降低到4G的十分之一。物联网主要是指基于无线网络的技术，为了物联网更好的发展，现在业界也制定了一个窄带无线互联标准，成为窄带物联网（NBIOT）。同时，5G包含一种单独的机器对机器通信协议（M2M），5G中规定的M2M协议被称为LTE-M。

"5G中对低功耗和长电池寿命提出了要求，"NI首席市场经理David Hall说，"NBIOT和LTE-M都是为机