隨著國內5G商用牌照的正式發放，5G網絡基礎設施建設迎來了火熱的施工期。北京、上海、成都和深圳等城市都紛紛表示要在年底前建成超過1萬臺5G基站，預計全國今年5G基站數量將達到15萬臺。

移動、聯通和電信三大運營商今年在5G方面的投入有望超過400億元。而根據統計，超過70%的5G業務將發生在室內，也就是說室內移動網絡覆蓋將非常重要，室內信號的好壞將直接決定5G的業務量，這也將是運營商的核心競爭力。

這也意味著4G時代，碎片化，市場規模不大的小基站行業有望得到發展。目前采用“宏站+小基站”的組網模式成為5G時代的共識。

在宏基站方面，基本上被華為、中興、愛立信和諾基亞四大設備供應商所把持，而在小基站方面，部分天線、射頻廠家都有望轉型專注于提供小基站解決方案，也就是說除了傳統的華為、中興、愛立信和諾基亞等真正體量化的廠家外，其他中小企業也有望切入，未來5G基站廠家將會是百家爭鳴的局面。

雖然都可以做，由于5G將會引入毫米波頻段，基站的建設也將面臨許多新的挑戰，那具體有哪些呢？在8月22日中國（深圳）集成電路峰會上，北京無極芯動科技有限公司董事長兼首席科學家，海南大學劉大可教授分享了5G基站集成電路面臨的挑戰問題。

基站是接入終端與核心網絡之間的接入網，根據3GPP制定的規則，無線基站按照功率劃分位四大類：宏基站、微基站、皮基站和飛基站。其中，

宏基站是架設在鐵塔之上的基站，這種基站體型很大，承載的用戶數量很大，覆蓋面積很廣，一般都能達到數十公里。鐵塔的結構設計本身就考慮到了載荷，分為自立式塔式結構和拉線式結構。

表1：基站分類。

微基站就是微型化的基站，通常指在樓宇中或密集區安裝的小型基站，這種基站的體積小、覆蓋面積小，承載的用戶量比較低。由于室外條件惡劣，這種基站的可靠性不如宏基站，維護起來比較困難。

皮基站是比微基站更小型的基站，相較于宏基站和微基站，皮基站的單載波發射功率和覆蓋能力進一步減小。

飛基站是四種基站中最為小型的基站，飛基站是為家庭基站使用，由家庭寬帶接入。

此外，按照設備形態，基站主要分為一體化基站和分布式基站。一體化基站和分布式基站的主要區別是，一體化基站分為基帶處理單元（BBU）、射頻處理單元（RRU）和天饋系統三部分，而分布式基站通常指小型RRU，需要連接BBU 才能正常使用。

表2：按照設備形態分類的小基站。

就目前來說，宏基站現在還不包括毫米波頻段，因為現在宏基站的毫米波還沒有定義。而微基站分為室外微基站和室內微基站。

室外的微基站基本上就是宏基站的縮減版，使用的基本也是宏基站的芯片和解決方案。但室內分布式微基站跟宏基站完全不一樣，因為它不能使用宏基站的芯片和解決方案。

基站其實是將不同的功能分成若干層，在不同層里面就有各種各樣的狀態機，這些不同的狀態機就組成了一個基站系統（見圖1）。從這個基站系統中可以看到，集成電路的設計不那么容易，因為它要兼容2、3、4、5G的RRU內的集成電路，包括射頻、混合和數字（含前傳CPRI/eCPRI、定時）等。還要兼容2、3、4、5G的BBU內的集成電路，包括物理層和協議層。

圖1：劉大可教授在解釋基站系統的功能分解。

對于RRU射頻集成電路來說，看起來跟手機用的射頻集成電路沒有區別，架構都基本類似。其實如果是幾兆帶寬的話，用超外差是很容易實現的，但如果是到了100M帶寬以上的話，情況就完全不一樣了。如果加上毫米波的話，就會更加困難。因為一般毫米波有一個微波前端，一般來說微波前端是一個超外差機，中頻是Sub 6GHz的射頻，這樣就會有兩套中頻系統，也就是說會有兩套低噪放，兩套混合器，一套混合器最少增加3dB噪聲兩套混合器下里，噪聲處理就會是一個非常棘手的問題。

圖2：RRU射頻集成電路構成。

具體來說，Sub 6G和毫米波射頻收發機的面臨的共同挑戰有：

超大寬帶的帶內噪聲問題、帶內平坦幅度與均衡延遲設計；

帶內多天線之間靜態和動態幅度相位的一致性問題；

多天線幅度/相位的靜態和動態校準問題。因為天線被封裝，毫米波器件商無射頻測試端子。使用OTA輻射測試方法來進行準確的、EMC的設備特性分析的測試系統，成為5G毫米波測試測量的新希望和新挑戰；

Armstrong架構的挑戰，（LO與MIX的jitter問題），劉大可教授認為我們目前在追求一個不用超外差的毫米波接收機，因為超外差毫米波接收機目前全世界沒有一家做好的，ADI和TI也沒有相應的解決方案。

可以說現在大家都在期待一個不需要用超外差的毫米波接收機系統出現，也有人在考慮無線光通信系統，但由于其上行問題沒有解決，目前還取代不了微波系統。

在RRU混合電路中，數字預失真（DPD）系統是相當重要的一個存在。數字預失真（DPD）是目前無線通信系統中最基本的構建塊之一。其用于提高功率放大器的效率。通過減少功率放大器在其非線性區運行時產生的失真，功率放大器的效率可得到大幅提升。不使用 CFR 或 DPD 算法的無線基站通常效率較低，因此運營和資金設備成本也較高。一個輸出 WCDMA 波形的典型 AB 類 LDMOS 功率放大器的效率約為 8%~15%。利用 CFR 和 DPD 算法，效率可提升至 30%~40%，從而大幅降低網絡運營商的資本支出和運營支出。

圖3：RRU混合集成電路趨勢。

在RRU數字集成電路部分，不論是宏基站還是微基站都面臨著同樣的挑戰。

首先是宏站還是微站都有各自的低功耗和低延遲需求問題。就應用場景來說，有122.88Msps，option8、option7-1和Option7-2；運算量方面，宏站要做到16天線，8TOPS的運算量；微站也要做到4天線，2TOPS的運算量；在數據搬移量方面，宏站要做到16天線，160gbps的數據搬移量；微站也要做到4天線，40gbps的數據搬移量。

另外，還要支持多帶寬多速率適配、支持BBU處理256QAM；支持多種RRU和BBU分解的option；支持授時、同步、時鐘源、特別是TD的同步、多天線同步；支持兼容各CPRI/Ecpri/xDSL/PON和SerDes的聯合設計；支持各模擬IC廠家的JESD204B/C和SerDes的聯合設計。

現在，各個廠商基本都只有宏基站的解決方案，因為他們是不管功耗的，40W，50W都沒問題。但是微站的射頻頭是不能帶風扇的，也就是說要4W以下，而4W以下的解決方案，現在全世界都還沒有，大家都在努力。

還有5G基站需要用到的DPD，它要求200M帶寬，五次諧波，和1GHz左右頻率，以及16天左右的長記憶功能，這樣的DPD系統是非常難做的。目前全世界還沒有廠商做出相應的解決方案。雖然之前ADI宣稱有相應的解決方案，但其Release日期延遲多次了，都沒有推出其正式解決方案。

BBU基帶集成電路分為上行和下行部分，目前總共有5種實現方式。分別為通用處理器、向量處理器、專用處理器、專用集成電路和FPGA實現方式。

圖4：基帶集成電路概述。

現在各家廠商基本都是在用FPGA來實現；也有用向量處理器實現的，比如華為、中興和愛立信；使用專用處理器實現的廠商目前還比較少，劉大可教授所在的北京無極芯動科技有限公司就在開發專用處理器解決方案。當然，這5種實現方式都有其各自的優缺點，詳細見圖5所示。

圖5：BBU集成電路5種實現方法的優缺點。

此外，還有協議棧集成電路的挑戰，不過這個挑戰目前來說不是很大，比較容易解決。

可以說今年是5G的應用元年，大規模的基礎設施建設明年可能才會正式開始，早期應該先鋪設宏基站，但隨著部分區域宏基站建設基本完成，高頻段逐步投入使用，小基站的建設也將逐步啟動。這對切入小基站業務的中小企業來說是一次不容錯過的好機會。