第五代蜂窝移动通信——5G——已经到来，并承诺几乎无限的数据吞吐量、改变游戏规则的新应用程序和用例（图1）。事实证明，5G愿景是半导体行业持续技术创新的有力驱动力。导致5G全面部署和采用的复杂难题的不同部分开始就位。模拟前端（AFE）和射频架构只是为实现5G而必须进行重大发展的部分。本文讨论了第三代合作伙伴计划（3GPP）为5G确定的主要技术要求，以及AFE是如何发展以满足这些要求的。

图1:5G如何满足广泛使用场景的要求

5G与前几代的区别

5G代表着与现有蜂窝通信协议的重大背离。只有以更有效的方式利用大量的射频频谱，才能实现承诺的每秒数十千兆比特的吞吐量。

3GPP已经采用了几种策略来实现5G所需的带宽量：

将LTE频段重新用于5G，并在可能的情况下扩展这些频段

在毫米波（mmWave）频带中使用先前未使用的频谱

共享使用未经许可的频段

载波聚合

空间分集（多输入多输出（MIMO））

波束形成和大规模MIMO

更高的调制因子

5G频谱分配

众所周知，与较高频率相比，较低频率在空气中的衰减较低，并且具有更好的穿透障碍物（如墙壁）的能力。LTE频率范围（600 MHz至~6 GHz）仍然是前几代蜂窝协议的一个很好的折衷方案，因为它使蜂窝能够在建筑物内具有合理的覆盖范围。然而，这种频谱拥挤且非常分散：LTE频段很少包含超过几十MHz的连续频谱，这使得释放5G所需的高带宽信道具有挑战性。

对于这些频带（也称为FR1），3GPP定义了100MHz的最大信道带宽，并实现频带内和频带间载波聚合，以将更宽的频谱分配给给定的连接。

此外，全球范围内可用的相对较宽且未经许可的频带（工业、科学和医疗或ISM无线电频带）的协调使用，如在LTE的后续版本中标准化的5GHz频带，将在5G中进行。预计5G还将分配约6 GHz的额外频段。

然而，带宽的增加只能通过利用不那么拥挤的毫米波频率范围来实现。在~24 GHz和100 GHz之间的频率下，有一些频谱，高达几GHz宽，正在考虑用于5G（图2）。

图2:5G频谱，包括FR1和FR2频段

对于毫米波段（也称为FR2），3GPP已经定义了400MHz的最大信道带宽，并实现载波聚合以进一步扩展分配给给定连接的频谱。

毫米波传播是具有挑战性的，因为它具有很高的衰减，并且不可能穿过墙壁甚至人等障碍物。这导致需要通过部署包括大量小型、微微和毫微微小区的异构网络基础设施来加密网络，以补充室外和室内的短距离宏小区。

此外，波束形成（具有大规模MIMO架构，并依靠人工智能（AI）实现更好的转向）用于将波束能量集中在到达用户的最佳路径上，避免障碍，增加覆盖范围，同时支持多个用户共享同一频谱。

5G通过支持MIMO天线阵列的空间分集和更高的调制指数（在版本16中，上行链路和下行链路流都高达256正交幅度调制（QAM）），实现了对分配的RF频谱的更高效使用。

5G独立和非独立模式

由于部署5G网络的挑战，3GPP定义了一种非独立（NSA）操作模式，其中5G连接与LTE共存，并依赖LTE基础设施作为控制路径。

在NSA模式下，LTE基础设施为5G覆盖不足的地区的连接提供了后备数据路径。这降低了初始部署的风险，避免了调试实现合理5G覆盖所需的大量新小区站点的需要，尤其是在毫米波波段。

收发器架构

预计大多数最初的5G部署将集中在低于6 GHz（FR1）的频段，毫米波FR2频段预计很快就会出现。

5G FR1频带大多是重新调整用途的LTE频带。它们可以利用类似的RF调制/解调架构，依赖于类似的AFE特性，即使信道带宽相对于LTE显著增加。

非常高