3G基站迎来爆发式发展 射频器件机遇与挑战并存
中国3G迅猛发展
2008年,受到全球金融危机影响,各国纷纷出台经济刺激方案以促进本国经济,电信网络建设在其中占据较大的份额。进入到2009年以来,随着中国发放了3张3G牌照,三大电信运营商大规模建设3G网络,印度等发展中国家也纷纷加快本国的3G移动通信网络建设,非洲通信网络建设不发达国家也开始利用3G网络建设契机,大力发展本国3G移动通信网络,实现通信网络跨越式发展。总的来看,全球3G移动通信网络建设持续升温。
2009年是中国3G元年,电信重组和3G牌照发放开启了中国电信业的全业务运营时代,中国的电信网络加快了朝着宽带化、IP化和移动化趋势演进的速度,各大运营商、手机终端厂商、3G通讯设备商都围绕着3G网络发展展开了激烈竞争。此时距离中国3G全面商用还不到一年。三家电信运营商发展趋势稳步向好,中国电信业的发展站在新的起点上,可以说2010年是中国3G迅猛发展的一年,
据推算,目前三大运营商3G用户超过2000万。根据最新数据,2010年5月,中国移动TD用户新增91.7万户,使用TD网络服务的用户总数为932万户,较4月增幅略有加大,当月中国移动TD用户新增71.3万户;中国联通5月WCDMA用户净增102.3万户,“3G每月用户新增100万户”的期望在7个月后终于变成现实。之前6个月内,中国联通单月3G用户净增数量最高曾达92万户。今年1-3月份,电信行业新增3G移动电话用户483万户,其中TD用户161.5万户,累计达到1808万户,其中TD用户769万户。
3G通信设备投资加大 RF市场空间受拉升
移动电话用户数的增长和新增业务的出现促使运营商移动通信设备投资不断增加,使得全球移动通信设备市场规模保持增长态势。2008年全球移动通信市场规模达到513.7亿美元。但受金融危机的影响,欧美发达国家电信运营商放缓3G建设,印度、南亚和非洲等新兴市场对网络基础设施的投资步伐减缓,2009年中国发放3G牌照,大力发展3G网络,2009年至2010年,全球电信运营商移动通信设备市场规模仍将保持增长,增幅低于2008年,市场规模将分别达到550.2亿美元及580.4亿美元。2010年以后发达国家的运营商对以数据业务为主的3G技术升级投资以及发展中国家以语音为主的2G/2.5G网络覆盖率投资将会重新增加,至2014年,全球移动通信设备市场规模将到710.2亿美元,2006~2012年复合增长率将达到9.5%。
可以看出,在未来几年里,全球移动通信设备市场规模将不断增长。由于无线接入设备占移动通信设备绝大部分比例,全球无线接入设备市场规模也将保持增长的趋势。据估计,到2014年,LTE、GSM和WCDMA将分别占全球无线接入网络市场份额的22%、30%和42%。全球无线接入网络市场2009年的销售收入下降了9.2%,从2008年的425亿美元下降到了386亿美元,其中全球三分之一的3G基站部署在中国(不包括基于RF远端模块的基站)。
而中国方面,根据iSuppli公司的数据,随着2009年3G网络在中国的全面铺开,运营商的投资将达到两位数的惊人增长,中国成为衰退的全球无线基础设施投资的一支独秀。2009年,中国对无线基础设施的投资预计上升13.2%,从2008年的55亿美元增加到2009年的62亿美元。相反,全球运营商对无线基础设施的投资预计将下降3.5%,从2008年的411亿美元下降到2009年的397亿美元。
整体来说,无线网络设备包括:基站控制器、基站及其它相关设施,其中主设备(包括基站及基站控制器)占据最大份额,而基站占据主设备投资中的绝大部分(据汉鼎测算,一个基站控制器平均控制60-80个基站),综合来看,基站投资占无线接入网投资的40%左右,甚至在移动通信设备市场规模中,基站设备市场规模占73.7%。
无线基础设施是RF功率半导体的最大应用领域,基站RF器材行业是随着移动通信系统的不断发展演变而逐步发展。由于3G通信技术可以为终端用户提供包括高速数据、慢速图像与电视图像等在内的宽带信息业务,网络带宽显著扩大,对RF系统的需求量进一步提高,据测算,在第3代移动通信系统基站中,RF系统投资约占基站总投资的6%左右。报告显示,2008年,全球移动基站RF模块占移动基站设备价值4.6%左右,市场规模为17.4亿美金。2009年,我国RFID产业市场规模达到110亿元,比2008年增长36.8%。在未来几年里,随着全球3G网络建设的不断推进,而至发达国家4G网络建设的逐步展开,RF器材在移动基站设备的比重将不断增加,至2012年,RF器材在移动基站设备的比重将达到6%左右,市场规模为31.4亿美金。
家庭基站倍受追捧
3G为终端用户提供了许多新的业务,包括视频电话、视频流、游戏、MMS、E-mail、Web等,相比室外用户而言,室内静止用户更有可能使用3G丰富多彩的数据业务,因此室内热点地区需要的系统容量可能是室外的上百倍。业界专家预测,在未来3G业务中,将有超过70%的数据业务发生在室内,室内覆盖将占有极为重要的地位,这无疑催生了家庭基站的应用。家用基站是微蜂窝技术的一种延续,它将基站搬到家中,通过宽带连接运营商的广域网罗的家用基站终端,提供给家庭成员进行小范围移动信号增强覆盖。
众所周知,移动技术之于无线技术的一个重要劣势就是带宽,而家用基站的最大好处就是能极大提升移动通信的带宽效率,家用基站可以将覆盖范围可以有效缩减至200米左右,最终完全可以实现与无线技术相似的传输效率,这无疑增强了移动通信技术的竞争力,从而让移动通信运营商抢占无线数据业务的市场。对于运营商来说,家用基站无疑拓展了新的移动网络运营盈利模式;对于移动通信技术来说,家用基站增强了3G及以后技术的生态环境和竞争力;对消费者来说,家用基站也算带来了更出色的移动通信服务;对于宽带网络来说,家用基站提升了其利用率并将扩大其应用规模。
正因为如此,家庭基站应用前景已经被广为看好,据调研机构估计,到2011年,全球将有超过6000万3G家用基站投入使用,欧洲(以WCDMA为主)、北美和日韩(北美韩国以WiMax为主)是主要市场。
飞思卡尔半导体射频部中国区营销和业务发展经理李成进认为:“室内的数据业务会占未来3G的很大一部分,室内覆盖的地位也会变得越来越重要,这就需要多种不同的覆盖手段来解决,像RRU加室内分布系统, 室内的Pico Cell 和更小的Femto Cell以及3G 加上WIFI在室内的联合部署都有他们的应用空间。飞思卡尔RF有很全的产品线,针对不同的应用场景都不各种不同的解决方案。”
飞思卡尔半导体射频部中国区营销和业务发展经理李成进
“室内的数据业务会占未来3G的很大一部分,室内覆盖的地位也会变得越来越重要,这就需要多种不同的覆盖手段来解决。”
3G时代基站RFIC的机遇与挑战
作为通信网络最基本的业务承载体,基站是其中最为重要的组成部,3G基站的爆发式发展对RFIC来说是最大的产业机遇之一。但是,机遇与挑战常常是双生儿,虽然在2G时代的移动基站应用及运营方面,业内已经具备丰富的经验及成熟的模式,但3G时代的移动基站的设计与建设呈现新特点、新需求。
飞思卡尔李成进认为:“随着3G时代的到来以及各国快速的布网,3G基站的需求对RFIC带来了机遇也同时带来了挑战。3G有三种标准WCDMA,CDMA2000和TD-SCDMA,这就要求RF功放的产品有多样性满足对不同3G制式的要求;3G对RF功放的产品在线性,效率,以及带宽方面也有更高的要求;3G的快速发展对RF功放的设计周期以及核心器件快速可靠的供货也有更高的要求。飞思卡尔提供了丰富的3G基站RF功放产品可供客户选择,能满足客户对所有3G制式的支持而且专门针对各种制式做了优化。作为RF功放业界的领导者,飞思卡尔的功放RF功放产品一直保持创新,使RF功放产品有优秀的性能同时又能享受较低的成本。飞思卡尔不但只提供RF器件而且提供了针对不同应用的完整的解决方案给客户去帮助客户缩短开发周期。飞思卡尔的RF器件的可靠性一致性以及快速灵活的供货也具有业界一流的水平。”
ADI公司RF网络通信部业务拓展经理JustinLittlefield表示,在过去几个季度中,各种各样的因素影响着RF(RF)技术的演进。从RF设计的角度来看,这些挑战是为了在更小尺寸、更高能效的无线系统中可以实现更高数据传输速率而带来的必然结果。
他表示,在无线基础设施领域,ADI是全球领先的企业,事实上,在全球主要的半导体芯片供应商中,ADI是唯一一家有能力为客户提供从基带到天线的完整信号链产品的企业。一方面,ADI在几个关键的领域确立了全球领先的地位,并在市场竞争中使这种地位得以巩固,这些领域包括RF功率检测器和PLL(锁相环)等;另一方面,ADI利用自身在工艺和设计技术上的领先地位,也正在RF放大器等领域确立其领先优势。ADI公司推出了一款高性能、低功耗的RF驱动放大器———ADL5321。该器件实现了功耗与性能的最佳组合,适合用于LTE、WiMAX与WiBro(无线宽带接入服务)的2.3GHz~4.0GHz无线基础设施设计。同竞争RF放大器相比,ADL5321提高了信号线性度,并降低功耗,可以节省高达4个外部无源元件,不仅降低设计复杂度,而且使RF设计人员能更迅速地向市场推出高性价比、高效无线基础设施设备。
业界热推绿色基站概念
我国的3G网络发展潜力举世瞩目,3G建设中最为关键的基站部署也已成为业界关注的核心,基站的功放效率问题一直是所有厂家追求的一个热点。因为提高功放效率不仅能够为运营商节省电费、节省电源等配套设施的投资,还能降低整机散热的要求,增强设备的稳定性。从成本上看,功率放大器是基站上最昂贵的器件,其成本约占基站总成本的60%,而功放管又是功率放大器上最贵的器件,其成本约占80%。除成本之外,功率放大器的功耗占基站总体耗电的80%左右,其体积也占基站的很大比例。因此,降低功率放大器的功耗、体积,减少功放管的数量对于3G基站是至关重要的。
李成进介绍说:“飞思卡尔作为基站功放芯片业的领导者,一直倡导绿色节能技术。飞思卡尔不但通过新的工艺提高功放管本身的效率,而且在通过新的系统构架改善功放效率方面做了深入的研究。目前在构建“绿色基站”方面面临的主要挑战是基站需要更小的体积和更低的能耗。不论传统的宏基站和最新流行的BBU+RRU构架的基站都希望在更小的空间中能够支持更高的容量。比如以RRU为例,现在的运营商都希望RRU的体积越来越小利用安装和维护,而且要求功能越来越强而不增加能耗,这对RRU的效率又有了更高的要求。飞思卡尔一直倡导在提升功放效率的同时也要减小系统的体积,像我们开发双路器件就是一个很好的实例。传统的Doherty高效率构架功放需要两个功放管,一个作为Peak路一个作为Carrier路。飞思卡尔把这两个功放管集成到了一个功放管中,不但减小了系统的尺寸而且降低了系统的成本。”
紧接着他介绍飞思卡尔四种最具代表性的高能效技术。在TD-SCDMA功放领域,飞思卡尔率先把基于Doherty的高效率功放构架引入到TD-SCDMA功放,并基于公司最新的功放管工艺开发出了专门适合Doherty这种高效率功放构架的双路功放管器件推向市场。
飞思卡尔开发的最新一代的双路IC解决方案MD7IC2050N更是把功放的驱动级和末级都集成到了一起,原本需要四个器件的构架现在只需一个IC就可以解决,而且基于公司全塑封封装的这种双路双级IC大大降低了成本。目前业界主要的TD-SCDMA设备供应商都使用了飞思卡尔这种最新构架的高效功放解决方案,在中国移动即将部署的第四阶段TD-SCDMA网络建设中将大量使用飞公司的这种高效解决方案。
飞思卡尔于近期推出了两款LDMOSRF功率晶体管。在中国,TD-SCDMA无线网络被广泛应用,而这些RF功率晶体管已经专为服务于上述网络的基站中所使用的功率放大器进行了优化。这些先进的器件是专为TD-SCDMA 设计的飞思卡尔LDMOS 功率晶体管系列中的最新产品。
MRF8P20160HSR3晶体管和MRF8P20100HSR3器件均采用飞思卡尔最新的高压第八代(HV8)LDMOS技术,它提供的性能水平位居业界最高行列。 两个器件都提供对宽带的固有支持,所以能够在专为TD-SCDMA的运行而分配的两个频带(1880-1920 MHz 及 2010-2025 MHz)上提供它们的额定性能,这让一个单独的器件能够为两个频带提供服务。
恩智浦在RF、功率和数字处理等领域保持了全球领先的地位,这使得该公司能为最广泛的客户群体提供绿色芯片,其LDMOS(横向扩散金属氧化物半导体)技术使该公司可以为无线通信设备提供强有力的支持。
据了解,如今,恩智浦的LDMOS技术已经演进到第7代,并于今年4月推出首款基于第7代LDMOS技术的基站功率晶体管。与上一代产品相比,该款产品的功率密度提高了20%,功率效率增长了2个百分点,而热阻则降低25%以上。高性能的LDMOS基站晶体管将使其功率增加效率远高于同类竞争产品。今年2月,恩智浦推出全球首款TD-SCDMA(时分同步的码分多址技术)和WCDMA(宽带码分多址技术)基站用全集成Doherty功率放大器——— BLD6G21-50和BLD6G22-50。BLD6G21-50全集成Doherty功率放大器利用了恩智浦先进的第6代LDMOS技术,专门针对工作在2010MHz至2025MHz频率范围的TD-SCDMA标准而设计;BLD6G22-50则 是 针 对 工 作 在2110MHz至2170MHz频率范围的WCDMA标准而设计。该系列器件还具有一个优势就是将传统基于Doherty技术的功率放大器中需要的两个功放管减少为一个,使得功率放大器的体积和成本都大幅降低。
RF拉远技术使分布式基站成为可能
随着通信网络技术的不断升级,以及业界优秀IC供应商的不懈努力,以高效功放、多载频技术、分布式架构、增强型室内覆盖等为代表的新一代基站创新性技术,让运营商实现高性能、低成本的网络部署。
覆盖是移动通信网络的首要目标,对于3G建设来说,覆盖增强技术在一定程度上缓解了广覆盖与大量投资之间的矛盾,它不仅能够扩大覆盖范围,还能加快网络的建设速度,与此同时降低运营商的投资。目前,我们能利用的覆盖技术有OT-SR、RF拉远(即宽频RRU技术)、直放站、塔放、电调天线、大功率基站、室内分布系统等,其中RF拉远技术最受关注。它主要有以下特点,即主基站RF远端模块,通过光纤与主基站连接,与主基站共享基带处理,可实现多制式、多频段基站真正合一,有效解决安装、维护和演进问题,成为无线技术发展的一个新方向。
随着通信技术的进一步发展,受益于基带处理技术、高速接入技术及RF拉远技术等关键技术所取得的重大突破,3G基站的小型化及模块化得以真正实现。在此背景下,分布式基站应运而生。根据中国移动TD-SCDMA一期建网的基站数目和每平方公里基站数来推算,TD要实现良好的网络覆盖,其基站总数将超过2G基站数。不仅数量庞大,还由于共站址等方面的约束,3G站址的选择和获取难度之大超出想象。有关资料显示,中国移动在其TD-SCDMA网络的建设中80%采用了分布式基站,在很大程度上化解了这一尖锐矛盾。
分布式基站结构的核心概念就是把传统宏基站基带处理单元(BBU)和RF处理单元(RRU)分离,二者通过光纤相连。在网络部署时,将基带处理单元与核心网、无线网络控制设备集中在机房内,通过光纤与规划站点上部署的RF拉远单元进行连接,完成网络覆盖,从而降低建设维护成本、提高效率。
新一代的通信基站除了朝着分布式方向发展之外,李成进认为:“未来的基站可能会向两个方向发展:一方面基站的功率会发展越来越大,支持的信号形式要越来越复杂,一个基站可能需要支持不同的制式不同的频率,这就是很多人现在谈的宽带多模基站,这种基站会对功放有很高的要求,需要功放有很宽的带宽,提供很大的满足不同制式线性要求的功率,同时还要有很高的效率。另一方面基站会向小型高集成化发展,像Pico cell,Femto cell等这种类型的基站去满足不同场景的需求。 作为功放业界的领导者,飞思卡尔在宽带多模功放领域一直有很深的研究,同时在高集成化以及高效方面一直有持续不断的好产品推出,飞思卡尔一直保持创新,在丰富的RF经验的支持下快速适应市场的需要。”
而ADI公司高速信号处理部战略行销和经理Jon Hall 认为基站在向多载波通用无线平台方向发展。为支持LTE的运行且同时保持与现有电话和技术的向后互操作性,多载波能力必不可少。这意味着很宽的带宽。135 MHz带宽水平是一个目标。在所有这些严格的要求外,还有对降低成本、减小尺寸以及最重要的降低能耗等要求的压力。
综上所述,目前全球范围内正在兴起3G热潮,而且正在朝着LTE发展,未来4G时代也将步入我们的生活,但无论怎样,各种网络通信技术得以平滑过渡和顺利升级,IC供应商的创新技术功不可没,但愿IC供应商能够继续推陈出新,造福终端用户。
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