leiphone 矽說
本文作者陳遲曉博士，美國華盛頓大學博士後研究員，矽說（微信號：silicon_talks）主筆。
與3G、4G相比，5G的新興技術，主要是毫米波與波束成形。此外，在載波聚合、多天線輸入輸出（MIMO，Multiple Input Multiple Output）等4G技術上有了新的演進。那麼，其對整合電路設計帶來了怎樣的挑戰呢？今天，我們就來預測一下5G挑戰下，整合電路的新趨勢——小基地台。
某天，在我家對面的中電信服務點上，竪起了一個不高不低的鐵架子，上面有兩個金屬盒子，還有兩根高高竪起的天線。然而在時常進行廣場舞聚會的社區女性同胞們的反對下，幾天之後，中電信就只能乖乖的把那個鐵架子給撤了。
筆者無法告訴大家基地台會不會產生輻射，但是大家真的以為行動電信服務商會把基站基地台麼？如果撤了，那你手機的信號格數應該就是最低的那一檔了吧。
在摩爾定律的發展最直接的變化，就把巨無霸變成袖珍丸。請看以下今天的基地台長什麼樣：
你以為的基地台 vs. 基地台實際的樣子。
很多人會問一個問題，右邊那張圖不是路燈麼？這就是小基地台！可以偽裝在路燈、公交車站牌和任何不起眼角落的變色龍。
隨著整合電路的發展，終端晶片的SoC漸漸走到了窮途末路，而基地台晶片的SoC卻正在澎湃發展。由此，小基地台在4G時期，成為了對抗廣場舞大媽抗議的重要技術手段。
問題來了，5G下，微基地台會更有意義麼？
目前，限制小基地台的主要是天線尺寸的大小。一般要求天線的尺寸與電磁波波長在同一個數量級，而電磁波波長就是光速除以頻率。
3G/4G的載波波長在分米級，小基地台的天線長度也差不多。但是在5G下，載波波長變成了毫米級（這也是之所以叫"毫米波"的原因）。所以天線可以做得更小，做得更多（實現波束成形和Massive MIMO）
小基地台（Small Cell）的體積和稱呼從Micro Cell（微基地台）、Nano Cell（奈米基地台）、Pico Cell（皮基地台）已經進化到Femto Cell（飛基地台）。
它們的主要應用場景，在人口密集區、覆蓋大基地台無法觸及的末梢通信。特別是完成號稱100Mbps-1GMbps的5G通信。小基地台讓你工作閒暇之餘，在一分鐘內下完一集高清《權利的遊戲》成為了可能。
未來，可以預期的是其會像你家的路由器一樣小，藏在CBD和大型Shopping Mall的角角落落。
微、奈米、皮、飛……數學定義表
小基地台的實現，除了摩爾定律帶來的高歌猛進外，還有很多智慧的矽工付出的辛勞努力。比如——非線性功放的數位預畸變（Digital Pre-distortion for Nonlinear Power amplifier）。
小基地台不僅在規模上要遠遠小於大基地台，在功耗上也是必然指數式下降，畢竟佔的是220V的市電。隨著整合電路的演進，雖然計算功耗不斷降低，但射頻發射機信號的發射功率沒有太大變化，畢竟這是由協議靈敏度決定。
在大基地台裡，我們可以用非矽的製程實現高線性度功係，反正功耗不Care。但是在理想的小基地台裡，PA也是做成SoC的。CMOS製程的功放，在線性工作範圍的低效率聞名遐邇，在大功率的輸出下功率即將飽和。預期單純地被限制在線性區是「坐井觀天」。
於是天才型矽工就提出從在數位域尋找非線性PA的反函數，然後輸出一個非線性的數位控制碼。兩者疊加，就有了一個線性的高效率輸出。
然後，這個問題的解法又再一次地普及到頻域，當寬頻功放在帶內的傳遞函數有波動時，也在數位域尋找其波動的逆函數，給出帶有頻率選通特性的調制結果，然後一疊加，又能看到幅度一致的EMV mask了。
帶有數位預畸變的發射系統
這一思想的核心，就是把不隨摩爾定律變化的射頻功耗，等轉化為跟著摩爾定律走的數位計算功耗，所謂As much digital as possible。
在各式各樣的努力下，5G小基地台變成了Pokemon Go中小精靈般散落在人間。於是新的問題就出現了，那麼多小基地台，萬一被踩一腳掛了怎麼辦？況且其靈活性體現在其自由方便可配置上，如果動不動就要打電話給電信服務商派輛車過來，是否還合適呢？
答案顯然是否定的。
最後，我們要來介紹小基地台實現中的另一個機制——自組網（Self Organizing Network，SON）。為了更好、更方便地對具有靈活性的小基站群進行配置、優化和修復，自適應的組網技術將取代大基站中繁雜的介入成本。
有關調查指出，在5G應用場景中，50%以上的通信資源被1%的終端佔用，而這1%往往在大城市的中心地帶和商業區。這些地區的實際通信場景複雜，需要可配置度高的網路。
更有甚者，這些區域的物聯網也比較豐富。在種種情況交疊下，SON可以被看作是5G通信與物聯網通信的的橋梁，為這樣的區域提供更有效的組網通信系統。
如果有服務導向的自組網成為可能，那麼未來的小基地台的實際營運權，可能從行動電信服務商轉移到部分轉換器實體商家，和其他小企業營運單位手中。未來的「網管」不僅管著交換機、無線網，還要管都市行動通信。聽上去是不是很棒？
服務導向的自主網發展趨勢（Source：華為）
由於社會和通信等一系列的原因，未來小基地台會逐漸成為5G通信中不同於大基地台的重要增長點，特別在城市CBD區域。
毫米波將導致小基地台的偽裝，更加讓人難以分辨，與此同時，各種數位化的校準方法，也實現了大基地台到小基地台的低功耗轉變。同時，自組網技術可能令5G的商業模式出現重大變革。
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