5G半导体产业所带来的商机

2020-05-19 12:01:49 377

5G 是第五代通信技术,是4G 之后的延伸,是对现有的无线通信技术的演进。 其最大的变化在于 5G 技术是一套技术标准,其服务的对象从过去的人与人通信,增加了人与物、物与物的通信。根据 ITU 给出的计划, 5G 技术有望在2020 年开始商用。

5G芯片

5G 的关键性能挑战及实现

从具体网络功能要求上来说, IMT-2020(5G)推进组定义了 5G 的四个主要的应用场景:连续广覆盖、热点高容量、低功耗大连接和低时延高可靠,而这些功能的实现都给供应商带来了很大的挑战。

5G 技术创新主要来源于无线技术和网络技术两方面。其需求来自于以上的关键性能挑战。我们可以将关键性能分为以下三个部分:

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为了实现更高网络容量, 无线传输增加传输速率大体上有两种方法,其一是增加频谱利用率,其二是增加频谱带宽。

1、 大规模天线阵列( Massive MIMO) :提高频谱效率,未来需要更多的天线及射频模块在现有多天线基础上通过增加天线数可支持数十个独立的空间数据流,以此来增加并行传输用户数目,这将数倍提升多用户系统的频谱效率,对满足 5G 系统容量与速率需求起到重要的支撑作用。大规模天线阵列应用于 5G 需解决信道测量与反馈、参考信号设计、天线阵列设计、低成本实现等关键问题。

2、超密集组网( UDN) :解决热点网络容量问题,带来小基站千亿市场容量

未来移动数据业务飞速发展,热点地区的用户体验一直是当前网络架构中存在的问题。由于低频段频谱资源稀缺,仅仅依靠提升频谱效率无法满足移动数据流量增长的需求。超密集组网通过增加基站部署密度,可实现频率复用效率的巨大提升,但考虑到频率干扰、站址资源和部署成本,超密集组网可在局部热点区域实现百倍量级的容量提升,其主要应用场景将在办公室、住宅区、密集街区、校园、大型集会、体育场和地铁等热点地区。

3、全频谱接入:扩大频谱宽度, 未来利好射频器件厂商,但频谱暂未分配

相对于提高频谱利用率,增加频谱带宽的方法显得更简单直接。在频谱利用率不变的情况下,可用带宽翻倍可实现数据传输速率也翻倍。通过有效利用各类移动通信频谱(包含高低频段、授权与非授权频谱、对称与非对称频谱、连续与非连续频谱等)资源可以提升数据传输速率和系统容量。 但问题是,现在常用的6GHz以下的频段由于其较好的信道传播特性,目前已经非常拥挤, 6~100GHz高频段具有更加丰富的空闲频谱资源,可作为5G的辅助频段,然而30GHz~100GHz频率之间属于毫米波的范畴,这就需要使用到毫米波技术。

4、新型多址技术:降低信令开销,缩短时延

通过发送信号在空/时/频/码域的叠加传输来实现多种场景下系统频谱效率和接入能力的显著提升。此外,新型多址技术可实现免调度传输,将显著降低信令开销,缩短接入时延,节省终端功耗。目前业界提出的技术方案主要包括基于多维调制和稀疏码扩频的稀疏码分多址( SCMA)技术,基于复数多元码及增强叠加编码的多用户共享接入( MUSA)技术,基于非正交特征图样的图样分割多址( PDMA)技术以及基于功率叠加的非正交多址( NOMA)技术。

5、5G 网络关键技术: NFV 和 SDN,网络能力开放或利好第三方服务提供商

未来 5G 网络架构将包括接入云、控制云和转发云三个域: 接入云支持多种无线制式的接入,融合集中式和分布式两种无线接入网架构,适应各种类型的回传链路,实现更灵活的组网部署和更高效的无线资源管理。


5G背后的半导体商机

新一代移动通讯5G也助力半导体产业从PC、智慧型手机、平板装置出货量下滑的窘境中脱困。为顺利抢占物联网与5G移动通讯商机,半导体相关厂商包括晶圆制造/代工、封装与EDA业者,都纷纷展现其最新技术,如IBM领先推出7奈米芯片;台积电也宣示透过最新鳍式场效电晶体(FinFET)与物联网大资料分析技术,期可在物联网市场扮演重要角色。

不仅如此,在台湾及中国大陆通讯与手机处理器芯片市场占有一席之地的联发科(MediaTek),也针对即将到来的5G市场,以及发展越发火热的物联网应用市场,端出新策略。

资策会产业情报研究所(MIC)产业顾问兼主任张奇表示,2016年的台湾市场景气将较2015年来得好,对半导体产业来说是正面消息。MIC预测的2016年10大趋势中,所提出的「5G加速风」,即是阐述2016年5G的技术发展,将较2015年来的积极,且可为半导体产业带来更多机会。

张奇进一步指出,根据统计,每人每月使用的移动数据量已达10GB,这也是为何4G才刚开始普及,5G技术随即起跑的原因。5G通讯技术的加速发展可分为两个方面,一为市场端的驱动力,亦即使用者的行为改变,营运商须提供随时随地的连线和支援大量数据传输的能力;低延迟、低功耗的创新物联网服务,以及导入开放式平台与虚拟化功能提升营运商系统效率,都是市场端驱动5G技术发展的原因。

至于产业端的驱动力则包括2020年传输距离可传输数公里远的窄频物联网、6GHz的5G技术与小型基地台双向连网技术…等标准即将推出,可为物联网或新一代感测与移动装置开创更多新应用,再加上各区域标准组织都在争取5G技术主导权,在在皆为促使5G发展更快的助力。

在物联网方面,事实上,物联网与5G技术的发展可以说是相辅相成。庞大的物联网装置需要更高速的移动网路支援,才得以实现;而也因物联网应用服务需要进一步提升效率与品质,导致5G技术的加速前进。

不仅如此,近几年「红翻天」的物联网应用概念,已成为半导体、资通讯…等产业界的新「救赎」。因此若相关产品业者发展方向都积极与物联网进一步产生连结,半导体产业亦是如此。为因应物联网应用少量多样、感测器需求大增、低功耗等要求,半导体业者也积极发展新的相关产品。

研究显示,2016年半导体产业将面临转型及调整,物联网扮演整合关键角色。2016年半导体将要面对物联网带来的产品特色与生产周期影响,半导体厂商除须提供具备差异化的产品,提高市场竞争力外,更需借自身的差异化转型以应对下一波的浪潮。换句话说,物联网将改变产品的生产周期,更将使部份厂商的产品价值因使用情境的不同而受到压缩,不过却也衍生出新的价值区块可让厂商有新的填补空间,涵盖新策略和生产工具等,因此转型与调整将是未来几年半导体业的首要课题。


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