高端射频器件依赖进口：5G高频通信这道坎该怎么迈？

自动驾驶、远程医疗、智能工厂、VR/AR……一大波改变我们工作和生活方式的应用，伴随着首个完整的3GPP R15标准终结，正照进现实。

一切得益于5G网络的极低时延、超高速率和更广连接三大特性。而工作在高频之下的5G网络在这些应用场景下更是游刃有余。

这是因为，高频移动通信工作在6GHz以上频段，可用带宽大，例如28GHz毫米波频段的可用频谱带宽可达1GHz，能够数十倍提升网络速率，从而满足这些对速率有着极高要求的应用。

目前，国外主流运营商已经基于高频段的5G网络进行试验，验证各种应用场景的可能性。反观国内，由于高频核心技术和核心器件多被国外掌握，高频通信的发展速度要落后于中低频通信。

“我国高频通信发展仍然面临诸多挑战，诸如高频器件核心技术更多掌握在国外公司、高频器件成本偏高、高频信道模型特性不完善、高频设备产业链不成熟等问题。” 罗德与施瓦茨公司产品经理马志刚向《通信产业报》(网)记者表示。

高频通信是短板

一般来说，通信业将3GHz以下频段称为低频，6GHz以上频段称为高频。

由于低频覆盖广、信号强等优势，4G之前的移动通信时代，我国一直采用低频通信，频谱资源横跨800MHz-900MHz和1.8GHz-2.4GHz。不过，这在降低建网难度的同时也造成了宝贵的低频资源所剩无几，仅留的几十兆3.5GHz频谱已无法满足5G建网需求。

于是，高频通信需求日益凸显。但不容忽视的是，高频自身也存在着较大的缺陷，

衰减较大，且绕射能力较弱。因此，将5G部署在毫米波频段下必须克服其穿透力差、衰减大的缺点，对5G通信设备提出更加严苛的要求。

“高频器件不成熟是我国发展高频通信急需解决的问题。”中国移动通信研究院专家撰文指出同样的挑战。

射频器件依赖进口

那么，诸多专家直指的高频器件难题具体有什么呢?

北京邮电大学教授张平在接受《通信产业报》(网)记者专访时指出，高频通信核心器件主要是射频。在射频前端，滤波器、功放等芯片要解决小型化和功耗问题;而在射频后端，数模转换(AD/DC)是最大的问题。

“目前，小型化和高精度数模转换芯片几乎全部依赖进口。”他指出。

据悉，射频处理单元主要分为四大模块，即中频模块、收发机模块、功放和滤波模块。数字中频模块用于光传输的调制解调、数字上下变频、模数转换等，收发机模块完成中频信号到射频信号的变换，再经过功放和滤波模块，将射频信号通过天线口发射出去。

其中，滤波器约占整体成本50%，是射频的重要组成部分。但是，在滤波器方面，主要供货厂商为美国企业Avago、Qorvo、Skyworks以及日本企业TDK、村田、太阳诱电，我国必须完全依靠进口。

数模转换器，简单说就是将模拟信号转换为数字信号，而这些技术同样多掌握在美国、日本、德国等国家手中。张平向记者表示，中国A/D芯片的设计水平和生产工艺与国际巨头相比仍存较大差距，还无法生产出可替代产品，基本完全依赖进口。

在低频通信时代，我国未完成射频芯片的突破，到了高频通信时代，挑战难度更上一层楼。

“高频通信自身损耗比较大，再加上5G大规模多天线(Massive MIMO)技术的应用，对射频芯片功耗和小型化要求更高，从而对通信设备的材料要求更高。”张平表示。

可以看到，高频通信的射频是一个普遍性难题。全球领先的射频相关企业已经展开了5G高频通信所需的射频芯片研发。

目前，博通在2016年推出了主要针对60GHz频段WiFi标准(802.11.ad)的毫米波收发机芯片BCM20138，并积极推出满足移动网络需求的高频射频器件。

非一日之功，无线射频是长跑

“我国想要在高频通信的射频领域取得突破，还有很多工作要做。”张平指出。

实际上，任何技术的实现都并非一日之功，而是需要相当长时间的技术积累。

“国外在某些技术上突出实际上是几百年的积累，可以说是几代人的传承。比如数模转换，虽然是个小器件，但是却要求对算法、ADC自动分离控制、器件精度掌握纯熟。我国技术积累时间短，要想追上国外先进技术，真的需要工匠精神，踏踏实实地深耕技术，打破技术壁垒。”张平表示。

目前，对集成度要求不高的基站射频器件上，我国已经有部分厂商有能力提供产品，例如武汉凡谷、大富科技等。同时，我国也有一些滤波器研究公司进行持续投入，诸如麦捷科技、长盈精密等。

在今年的巴塞展上，武汉凡谷展示了针对5G Massive MIMO的小型化介质滤波器产品，还发布了应用于不同场景的全新RF技术解决方案，实现更小体积、更低成本、更优性能。

目前，5G首版完整的端到端标准(3GPP R15)标准已经冻结，5G产业正在走向加速期。虽然诸如数模转换器、滤波器此类器件单价不高，但在未来5G时代，随着基站建设数量的增多，其产品需求量将很大。

赛迪智库无线电管理研究所彭健在接受《通信产业报》(网)采访时，提出两点建议。

首先，面向5G高频射频器件的研发，我国要尽早划分频谱，这样有利于产业链各方协同，从材料选择、芯片设计到封装尽早协同，有利于高频器件开发。

其次，要加强开放合作，吸取国外成功的技术经验，例如，美国在2016年就率先为5G划分高频频谱，提早布局高频通信，一些先进技术要借鉴。

记者手札

“日积月累”是最快捷径

高频通信能大幅度提升网络容量、提高网络速率，将成为5G博弈后半场的主角。然而频段越高、波长越短，毫米波也有穿透性差、衰减大的缺点，这将对射频器件(功放、滤波器、数模转换器)提出更高要求。

我国在射频领域的落后是不争的事实，虽然在低频通信时代全力追赶，但和国外相比还差距甚远，关键的射频器件几乎全部依赖进口。到了高频通信时代，挑战将更大。

我们必须认识到，技术的积累并非一日之功，美国、日本等领先技术的掌握是几代人传承的结果。我国要想尽快补齐短板，唯有站在巨人的肩膀上，吸取国外领先技术经验;更重要的是，用工匠精神去研发，去攻关，脚踏实地，仰望高频通信的星空。