5GGaN新技术成本降75功耗降10倍

　　目前，5G通信设施 的建设并没有达到许多人的预期，甚至5G的消费体验还不如4G，这主要有3大难点横亘在产业界前面——资金投入、频谱有限、电费太贵。
　　最近，日本住友投资的一家氮化镓企业号称解决了这3个难题，预期投资成本可以降低75% ，功耗可降低5-10倍 ，频谱也可以增加2-4倍 ，据说2023年底就可以实现商业化部署。
　　住友投资Eridan
　　实现衬底到应用布局
　　华为是住友电气 工业公司的最大客户，90%的5G氮化镓产品都销售给了华为 。但由于美国压制，住友2021财年的氮化镓销售额同比下降了20%，他们计划未来5年内将华为的营收占比下调到50% 。
　　目前，住友有2个方式扭转氮化镓营收颓势——一是住友将在在美国和欧洲建氮化镓工厂 ，服务当地的通信设备企业。二是投资5G氮化镓企业 。
　　根据三菱 7月26日的公告，他们通过美国子公司Diamond Edge Ventures，投资了一家氮化镓相关企业Eridan ，投资金额未披露。
　　住友表示，这次收购有助于将他们的GaN衬底 等材料与Eridan的模块设计相结合，双方将合作推动商业化。
　　行家说三代半此前报道过Eridan，该公司于2013年创立，总部位于美国加州山景城。他们的氮化镓发射器可将现有5G设备10%左右的效率提升至50% 。
　　国防 方面，Eridan曾获得美国国防部约2亿元人民币的合同。今年5月，Eridan融资约3.1亿元，用于进一步开发和生产5G氮化镓收发器 。
　　住友认为Eridan的收发器可以大幅降低5G功率损耗 ，同时可以提供清晰的通信质量，实现舒适的通信环境和节能。
　　究竟Eridan的技术 有哪些特点？我们下面进行分析。
　　5G通信普及面临3大难题
　　——成本、能耗、频谱
　　5G通信具有许多的优势，许多电信企业 也信誓旦旦要让5G无处不在。但实际上，5G基站的广泛建设面临着3大限制：频谱、能源和资金。
　　因此，电信运营商采用当前的5G技术，他们的投资汇报是比较低的，从而也会导致资费很高，最终阻碍消费者的使用。
　　投资成本
　　根据Eridan分析，宏蜂窝覆盖1000米半径需要1000瓦功率，而小型蜂窝覆盖100米半径需要100瓦功率 。同时，为了提供稳定的电源，电源集线器要安装在外部的箱体中。
　　同时，为了节省频谱源，设备需要更高阶的QAM（正交振幅调制），这导致放大器的功率效率会逐代下降 ，为此就需要更大的散热器。
　　为此，安装这些5G蜂窝设备就变得越来越昂贵：电源集线器需要安装在人行道上；杆体需要加固以处理更大的散热器 和风扇进行设备冷却。
　　除了资本支出外，许多城市也拒绝运营商在人行道的电力枢纽和路灯安装5G设备，因为可能有风险。
　　频谱方面
　　目前，移动数据流量正以略低于50%的复合年增长率增长，使用当前技术，如果要满足5G数据的高吞吐量要求，那么唯一选择是为每个运营商分配大量额外频谱 。
　　全球移动通信系统协会 2021年曾建议，到2030年将2GHz的中频频谱分配给移动通信，以跟上对 5G 的预测需求，然而这并非易事。
　　频谱是一种有限的资源，可用于电信的频率更少 ——在 1GHz 到 6GHz之间，而30GHz-300GHz不适用于5G，因为信号无法穿过树叶、墙壁等障碍物，甚至用手就可以隔绝天线信号，所以将频谱定向到电信只会变得更加困难。
　　Eridan认为，需要做的是更有效地使用现有频谱 ，而不是低效使用新频谱。
　　设备能耗
　　据ABI Research分析，相比4G 网络，5G基站需要3倍以上 的能源才能覆盖相同范围，这给网络运营商带来了高昂 的能源成本和资本支出 (CAPEX)。
　　据Eridan分析，现在5G网络的电力消耗占全球总发电量的百分之几，可以与整个航空业的能耗相提并论。如果蜂窝网络数据的年复合增长率达到46%，未来7年内，它将消耗全球50% 的可用电力，未来9年电耗与目前全部电力相等。
　　5G基站为什么那么耗电？
　　Eridan认为，这是由于采用线性电路理论 ，导致每一代蜂窝都增加了调制 PAPR（峰均功率比），所以每一代的线性发射器的效率会越来越低。
　　以效率20%的电路为例，相关电源的最大输出功率要比发射器大5倍，因为80%功率要被浪费掉了。如果电路效率为10%，电源要做到10倍大，90%功率通过散热器消散掉。
　　Eridan解决方案：
　　成本降75%、功耗降10倍、频谱增4倍
　　那么有什么解决方案？
　　2020年，Eridan就宣布MIRACLE Power Transceiver数字采样无线电，据悉可以在相同的带宽内发送2倍 的数据，减少对相邻频段的干扰，并且消耗的功率减少5-10 倍 。
　　降低能耗方面
　　由于传统的线性功率放大器是5G无线电中最耗电的组件之一，也是最大的噪声源。
　　据Eridan首席执行官 Doug Kirkpatrick介绍，他们的MIRACLE模块 没有使用线性放大器和大型散热器，但是依旧能够产生低于 6GHz 的蜂窝信号。
　　据悉，MIRACLE RFFE模块无需专用电源，可以覆盖一平方公里，速度为100Mbps，使功率降低 5-10 倍，能够以1/4 的功率将信号覆盖相同的距离。
　　降低成本方面
　　Kirkpatrick表示，通过减少所需的功率和频谱输入，将无线连接的成本降低几个数量级。也大大缩小了小型蜂窝的尺寸和重量，并省去了大约75% 的安装成本和许多许可麻烦。
　　提升频谱利用方面
　　MIRACLE允许将2-4倍 的数据编码到相同数量的频谱中，从而减少对新频谱分配的需求。
　　他们是利用 QAM（正交幅度调制）对更多数据进行编码，从而产生具有最小噪声的超精确信号。目前的技术可以实现64-QAM，从而产生6位编码，但 Eridan已实现16384-QAM，从而产生14位编码。
　　随着美国从5G转向Next-G和动态频谱分配，Eridan的调谐范围和毫秒级频率切换，最终可能将现有的6GHz以下容量增加50-100倍 。