連接技術賦能SG通信新架構

陳家輝

2015年，中國移動數據流量僅為每月0.5EB;

2018年，中國移動數據流量總量達到每月8.6 EB;

2023年，2G和3G將退出歷史舞臺;

2024年，預計中國移動數據流量總量將達到每月29EB，復合年增長率為22%;

2025年，將有超過750億臺物聯網（IoT）設備接入網絡，其中大多數會采用無線技術;

移動通信技術更新迭代伴隨著數據傳輸量的指數級增加，4G網絡恐無法滿足如此大的網絡需求。

事實上，5G網絡的數據傳輸速率預計可達到當前速率的100倍。

幸運的是，5G已經取得長足進步，并將帶來三方面的優勢：更快地傳輸更多數據;更低時延實現更快響應;同時連接更多設備，從傳感器到智能設備等不一而足。未來數據傳輸速率的提高有助于形成交互式生態系統，從而實現更智能、更高效、更互連的世界。眾多行業分析師認為，到2025年中國每100個連接中預計有30個5G連接。

然而，實現5G大規模商用絕非易事。在今年上半年舉辦的MWC Barcelona 2019大會上，部署成本、市場成熟度、支持性政策如頻譜劃分、5G標準制定、消費者的認知等議題開始被廣泛討論。就5G連接技術而言，AAS（有源天線系統）、MIMO（大規模多輸入多輸出）、C-RAN（云無線接入網絡）、邊緣計算等新技術的出現必將需要更先進的連接器技術。

本篇文章將圍繞5G網絡下的連接器技術展開討論，涵蓋從射頻拉遠單元（RRU）轉變為有源天線系統（AAS）時設計工程師面臨的關鍵問題;射頻單元帶來的挑戰;光纖的作用以及云解決方案。

2019年，5G商用部署正在鋪開，TEConnectivity（TE）廣泛的產品組合，支持各種嚴苛環境下5G應用需求。

大規模連接技術提高5G天線收發容量和覆蓋范圍

對于5G部署而言，了解其關鍵技術非常重要，如從單獨的射頻拉遠單元（RRU）和天線系統轉變為大規模多輸入多輸出（MIMO）AAU，需要集成天線元件和其他有源電子元件。天線系統預計將從無源結構轉變為有源天線裝置，即在天線邊緣直接安裝電子元件。新的有源天線系統將使用MIMO天線，通過多個無線信道服務多位用戶，即多用戶大規模MIMO，簡稱MU-MIMO。我們希望新的天線系統能通過內部連接，如連接器和線纜，提高單位天線元件數據收發量。

AAS是5G網絡的重要組件之一，是集成了有源射頻電子元件（收發器）與無源天線陣列的有源天線系統，可提升容量和覆蓋范圍，并降低射頻線纜要求以及纜線損耗。大規模MIMO被視為未來超快5G網絡的核心基礎組件。MIMO本質是一種無線復用技術，可在同一無線信道同時發射和接收多個數據信號，每個數據信號通常都需要單獨的天線來發射和接收。雖然還沒有具體規定大規模MIMO天線的數量，但現階段系統往往采用幾十、甚至幾百個天線。例如，華為、中興以及Facebook已經展示過擁有多達%到128個天線的大規模MIMO系統。大規模MIMO能夠使無線網絡的容量增加50倍左右，而更多的天線還可以實現更佳的數據傳輸功能、具備高可靠性及更強的抗干擾能力。

不過，設計工程師可能會面臨兩個挑戰：

AAS以及大規模MIMO會增加設計的復雜性。工程師需要使更多組件小型化，實現AAS內部的高速互連的同時，符合信號完整性（SI）、電磁干擾（EMI）以及散熱性能方面的要求，這也是無線通信中的三個關鍵問題。

連接必須快速、性價比高、強大、穩定且小巧。該連接必須能夠處理更高的傳輸速率、應對更大的功率、更嚴苛的散熱性能挑戰，同時還必須足夠小巧，符合AAS對于整體尺寸的限制。考慮到天線元件數量巨大，需要同時配備大量的連接器，如何控制合理的成本，正是TE Connectivity解決方案所能提供的重要價值之一。

多種連接器滿足5G下各種連接需求

5G部署的另一技術重點在于設計出高寬帶、多模式、高效率以及高度集成的下一代無線射頻系統，以處理大量不同的應用和服務組合，從而滿足從農村通信塔到城市布設的各種需求。除了城市郊區通信塔，城市布設還可能在城市中包括屋頂、路燈、道路本身甚至隧道等其他非傳統空間布設通信塔。而農村地區將有可能繼續有賴遠距離天線提供遠距離覆蓋——類似于4G網絡。

在5G射頻單元內部，有源電子元件與無源天線陣列集成在一起。這些組件的布局離不開天線板、電子元件板和濾波器：

由多個天線元件構成（64→128）。

需要通過高速連接，將輸入/輸出（FO）接口連接至射頻板。

此外，有源天線系統（AAS）內部和外部需要高速輸入/輸出（I/O）接口。

極可能包含電源、光纖以及混合（電源、射頻和低速信號）接口。

除了互連器件和傳感器，還需要考慮硅晶、雙工器以及振蕩器等。

因而，射頻單元內部的連接必須能夠處理高速、高功率信號，滿足更嚴苛的電磁干擾（EMI）、信號完整性（SI）以及散熱性能要求。連接器必須足夠小巧，以滿足有源天線系統（AAS）對于整體尺寸的限制。天線是無線系統中最重要的通信元件。考慮到天線元件數量龐大，元件之間需要大量的連接，連接器安裝過程中的易操作性也很重要。

在大規模MIMO系統中，天線的饋電路徑節點通常由一個板對板同軸連接器構成。濾波器是設計中的另一個重要組件，可通過一個同軸連接器與天線相連，并通過第二個同軸連接器連接到放大器板。放大器板會收集所有天線數據。接著，大量的數據需要被傳輸至中央處理器。高速電纜組件具有高設計靈活性、低串擾、低插入損耗等特點，支持高速數據傳輸。

此外，作為無線網絡的一部分，無線射頻信號需要與光信號進行轉換和建立連接。TE的高速I/O產品組合可應對電磁干擾和散熱性能挑戰，SFP、SFP28、QSFP以及QSFP28等產品都非常適用于射頻應用。若將這些連接器與光學收發器搭配使用，在某些環境條件下，可能需要對其進行防護，例如TE的FullAXS產品系列。如果需要為系統供電，TE的ELCON Mini連接器可為射頻單元提供強大而可靠的饋電路徑節點。

連接器解決方案助力OEM廠商部署5G通信架構

5G網絡中，云化概念將會在無線接入網和核心網得到更廣泛的應用。例如，C-RAN（云無線接入網）架構主要將基帶單元（BBU）的資源集中化，并采用虛擬化等云技術。

OEM廠商可以選擇BBU功能的切分位置，不同的切分位置直接影響到I/O的帶寬。TE的I/O產品組合支持從10G到400E的接口，可滿足行業對各種不同解決方案的需求。

然而，隨著在C-RAN中樞實現BBU的集中化，前傳（Fronthaul）的概念被引入網絡。前傳指的是BBU池與蜂窩基站或小基站中的射頻拉遠單元之間的鏈路。光纖能夠提供更高的帶寬，因而成為前傳的最佳選擇。但由于切分位置的不同，微波鏈路依然會占有一席之地。

這些變化將使大量電子元件將集中在大規MIMO有源天線系統的盒內，產生大量熱量，因此所有組件需要承受更大的熱應力。通過使用TE的低損耗、直連銅纜（DAC），某些射頻單元可組成菊鏈，以盡量減少光纖連接。這是TE提出的一種典型解決方案，可降低熱應力，從而避免使用光學收發器等發熱組件。

C-RAN需要更高帶寬的連接，高頻段從1.8Ghz上升到6Ghz左右，而毫米波則為24Ghz到100Ghz頻段。采用全新調制方案且帶寬更高的新型收發器將提供有力支持。TE提供一系列解決方案，包括高速I/O、電源、插座、Sliver互連系統、板到背板線纜以及加固設備等。

連接器解決方案與云無線接入技術、邊緣計算等技術整合應用

5G核心網依靠極其高效的云端基礎設施。Cloud RAN（或稱集中式RAN）是近年來的趨勢，而亞太地區的運營商正在引領這一潮流。例如，中國、韓國和日本的運營商正大力部署先進的新型C-RAN架構。借助C-RAN，許多蜂窩基站的基帶處理可以實現集中化。C-RAN通過協調不同蜂窩基站來提升性能，同時整合資源以節省成本。

隨著數據中心在規模和能力方面的大幅提升，出現了一種新趨勢——邊緣計算和邊緣云。在這種分布式計算中，大部分計算都可能在智能設備（內嵌傳感器）或邊緣設備等分布式設備節點上執行，而非由數據中心完成。這些設備的設計正在發生改變，將采用集成微控制器、執行器芯片和模塊的智能傳感器。這同樣會改變連接器和線纜在系統中的角色和要求。

憑借高速、高性能的互連和電源產品，TE能使高度敏感的數據從設備傳輸到云端，然后再傳輸回來：

TE的高性能天線應用于設備和電信AAS，數據和電力通過我們的Fu11AXS內部連接從有源天線系統（AAS）傳輸至邊緣云單元，這些系統支持加固的光纖、電源、以太網快速安裝接口。信號通過具有熱保護和EMI保護性能的高速I/O端口，進入邊緣云單元，再經過TE的Sliver內部高速布線系統，可以減少時延，并增加系統的靈活性。隨后，通過STRADA Whisper背板和板對板產品，或高速DAC電纜，信號從邊緣云單元中的子系統傳回到電信天線桿和AAS系統，再通過無線傳至設備。TE廣泛的電源產品組合將支持整個網絡的電力需求，包括適于內外部應用的板對板和線纜配電方案。

5G邊緣計算將為終端用戶在核心網邊緣的應用，提供更大容量、更低時延、更高移動性、更高可靠性和準確性。此外，云計算可將大數據中心的高效率和高能力賦予最緊湊的5G小型設備。

CORD是一種邊緣計算平臺，旨在為用戶提供邊緣云服務。開放網絡基金會（ONF）指出，CORD可以將邊緣轉變為敏捷的服務交付平臺，使運營商能夠在革新服務的同時，為終端用戶提供高效的體驗。

開放網絡基金會表示：“CORD（重構中心機房為數據中心）平臺利用SDN、NFV以及云技術，在網絡邊緣構建敏捷的數據中心。CORD集成多個開源項目，為網絡運營商提供一種可編程的、敏捷的開放式云原生平臺，以打造各種創新服務。”

它將實現更加標準化的基礎設施及開放化的構建模塊，從而形成數據中心的規模效應。與此同時，C-RAN也將對連接技術帶來更大挑戰，我們需要更高帶寬的連接和更高帶寬的收發器來支持。

結語

5G有望實現更快的傳輸速率、更強大的數據交換網絡和更實時無縫的通信，將推動對先進、創新連接解決方案的需求快速增長。TE作為高速、散熱性能和EMI/SI解決方案以及嚴苛環境領域的創新領導者，正與全球各大5G無線通信設備OEM廠商和云服務商開展密切合作，以5G解決方案和專業能力，支持5G網絡的成功部署。