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5G毫米波芯片获重大突破:奠定未来5年竞争力

近日,中国工程院院士刘韵洁表示,南京网络通信与安全紫金山实验室已研制出CMOS毫米波全集成4通道相控阵芯片,并完成了芯片封装和测试。
发布时间:2020-06-17 17:04 来源:通信产业网 作者:党博文

近日,中国工程院院士刘韵洁表示,南京网络通信与安全紫金山实验室已研制出CMOS毫米波全集成4通道相控阵芯片,并完成了芯片封装和测试。

此次系列成果的成功研制,较为彻底地解决了阻碍CMOS毫米波通信芯片走向大规模推广应用的所有核心环节,从芯片、模块到天线阵面全面实现自主可控,技术水平处于国际领先。

“这是我国5G毫米波芯片的重大突破,先前毫米波芯片的缺失将部分制约我国5G的发展。”刘韵洁在接受《通信产业报》全媒体记者采访时表示,5G毫米波芯片的成功研制,奠定了中国未来5年5G的领先地位与竞争力。

2022年规模商用

通常来看,完整的毫米波系统包括射频全段、基带等组成部分,当不需要考虑空间时,可以利用各自独立的电子元器件构建,但尺寸较大且成本较高。

但是对于5G毫米波系统来说,业界希望将微波器件安装在天线基站背面,这就要求微波芯片的集成度大大提高,因此,具备经济成本低、高集成度优势的CMOS工业则具备明显优势。

1月19日,南京举行了大规模毫米波相控阵系列成果发布会暨相控阵芯片与系统联合实验室成立仪式。

而此次封装和测试的全集成4通道相控阵芯片,研发团队通过设计将其每通道成本由1000元降至20元,同时,该实验室封装集成1024通道天线单元的毫米波大规模有源天线阵列,这也将为商用市场提供更强的性能支持。

据刘韵洁透露,此次封装和测试的芯片与天线阵列也力争在2022年商用于我国的5G系统。

CMOS毫米波全集成4通道相控阵芯片示意图

奠定未来5年5G竞争力

众所周知,5G频谱分为两个FR1和FR2,FR1的频率范围是450MHz到6GHz,也叫Sub-6G(低于6 GHz);FR2的频率范围是24GHz到52GHz,这段频谱的电磁波波长大部分都是毫米级别的,因此也叫毫米波mmWave。

其中,FR1的优点是频率低,绕射能力强,覆盖效果好,是当前5G的主用频谱。FR1主要作为基础覆盖频段,最大支持100Mbps的带宽。其中低于3GHz的部分,包括了现网在用的2G、3G、4G的频谱,在建网初期可以利旧站址的部分资源实现5G网络的快速部署。

紫金山实验室自2018年8月成立以来,以刘韵洁院士团队、尤肖虎教授团队、邬江兴院士团队为基础,汇聚了1000多人的科研队伍,整合两个国家重点实验室,与国内30个顶尖高校院所、企业共建伙伴实验室,同时与全国相关的15个国家重点实验室共建。

而FR2的优点是超大带宽,频谱干净,干扰较小,作为5G后续的扩展频率。FR2主要作为容量补充频段,最大支持400Mbps的带宽,未来很多高速应用都会基于此段频谱实现,5G高达20Gbps的峰值速率也是基于FR2的超大带宽。

在5G的建设中,中国和世界上大部分国家5G网络的建设基本选择在FR1频段进行,而美国在5G的部署上,选择了FR2频段作为切入点,然而,毫米波频段通信受限于高频器件,支持毫米波的集成电路投入成本更高,对此,在今年3月美国联邦通信委员会(FCC)花费97亿美元买回卫星公司使用的频段,重新对电信公司拍卖,用于5G网络建设。

当前,毫米波相对于低频段,整体产业链完善程度还不足够,包括器件的成熟度等,还需要进一步推动整体产业链成熟。毋庸置疑,虽然目前全球5G建设主要依然采用的是FR1,但想要把5G甚至未来可能出现的6G网络的性能真正发挥出来,毫米波是绕不过去的硬技术。

刘韵洁表示,5G毫米波芯片的成功研制,奠定了中国未来5年5G的领先地位与竞争力。

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