连接技术赋能SG通信新架构

陈家辉

2015年，中国移动数据流量仅为每月0.5EB;

2018年，中国移动数据流量总量达到每月8.6 EB;

2023年，2G和3G将退出历史舞台;

2024年，预计中国移动数据流量总量将达到每月29EB，复合年增长率为22%;

2025年，将有超过750亿台物联网（IoT）设备接入网络，其中大多数会采用无线技术;

移动通信技术更新迭代伴随着数据传输量的指数级增加，4G网络恐无法满足如此大的网络需求。

事实上，5G网络的数据传输速率预计可达到当前速率的100倍。

幸运的是，5G已经取得长足进步，并将带来三方面的优势：更快地传输更多数据;更低时延实现更快响应;同时连接更多设备，从传感器到智能设备等不一而足。未来数据传输速率的提高有助于形成交互式生态系统，从而实现更智能、更高效、更互连的世界。众多行业分析师认为，到2025年中国每100个连接中预计有30个5G连接。

然而，实现5G大规模商用绝非易事。在今年上半年举办的MWC Barcelona 2019大会上，部署成本、市场成熟度、支持性政策如频谱划分、5G标准制定、消费者的认知等议题开始被广泛讨论。就5G连接技术而言，AAS（有源天线系统）、MIMO（大规模多输入多输出）、C-RAN（云无线接入网络）、边缘计算等新技术的出现必将需要更先进的连接器技术。

本篇文章将围绕5G网络下的连接器技术展开讨论，涵盖从射频拉远单元（RRU）转变为有源天线系统（AAS）时设计工程师面临的关键问题;射频单元带来的挑战;光纤的作用以及云解决方案。

2019年，5G商用部署正在铺开，TEConnectivity（TE）广泛的产品组合，支持各种严苛环境下5G应用需求。

大规模连接技术提高5G天线收发容量和覆盖范围

对于5G部署而言，了解其关键技术非常重要，如从单独的射频拉远单元（RRU）和天线系统转变为大规模多输入多输出（MIMO）AAU，需要集成天线元件和其他有源电子元件。天线系统预计将从无源结构转变为有源天线装置，即在天线边缘直接安装电子元件。新的有源天线系统将使用MIMO天线，通过多个无线信道服务多位用户，即多用户大规模MIMO，简称MU-MIMO。我们希望新的天线系统能通过内部连接，如连接器和线缆，提高单位天线元件数据收发量。

AAS是5G网络的重要组件之一，是集成了有源射频电子元件（收发器）与无源天线阵列的有源天线系统，可提升容量和覆盖范围，并降低射频线缆要求以及缆线损耗。大规模MIMO被视为未来超快5G網络的核心基础组件。MIMO本质是一种无线复用技术，可在同一无线信道同时发射和接收多个数据信号，每个数据信号通常都需要单独的天线来发射和接收。虽然还没有具体规定大规模MIMO天线的数量，但现阶段系统往往采用几十、甚至几百个天线。例如，华为、中兴以及Facebook已经展示过拥有多达%到128个天线的大规模MIMO系统。大规模MIMO能够使无线网络的容量增加50倍左右，而更多的天线还可以实现更佳的数据传输功能、具备高可靠性及更强的抗干扰能力。

不过，设计工程师可能会面临两个挑战：

AAS以及大规模MIMO会增加设计的复杂性。工程师需要使更多组件小型化，实现AAS内部的高速互连的同时，符合信号完整性（SI）、电磁干扰（EMI）以及散热性能方面的要求，这也是无线通信中的三个关键问题。

连接必须快速、性价比高、强大、稳定且小巧。该连接必须能够处理更高的传输速率、应对更大的功率、更严苛的散热性能挑战，同时还必须足够小巧，符合AAS对于整体尺寸的限制。考虑到天线元件数量巨大，需要同时配备大量的连接器，如何控制合理的成本，正是TE Connectivity解决方案所能提供的重要价值之一。

多种连接器满足5G下各种连接需求

5G部署的另一技术重点在于设计出高宽带、多模式、高效率以及高度集成的下一代无线射频系统，以处理大量不同的应用和服务组合，从而满足从农村通信塔到城市布设的各种需求。除了城市郊区通信塔，城市布设还可能在城市中包括屋顶、路灯、道路本身甚至隧道等其他非传统空间布设通信塔。而农村地区将有可能继续有赖远距离天线提供远距离覆盖——类似于4G网络。

在5G射频单元内部，有源电子元件与无源天线阵列集成在一起。这些组件的布局离不开天线板、电子元件板和滤波器：

由多个天线元件构成（64→128）。

需要通过高速连接，将输入/输出（FO）接口连接至射频板。

此外，有源天线系统（AAS）内部和外部需要高速输入/输出（I/O）接口。

极可能包含电源、光纤以及混合（电源、射频和低速信号）接口。

除了互连器件和传感器，还需要考虑硅晶、双工器以及振荡器等。

因而，射频单元内部的连接必须能够处理高速、高功率信号，满足更严苛的电磁干扰（EMI）、信号完整性（SI）以及散热性能要求。连接器必须足够小巧，以满足有源天线系统（AAS）对于整体尺寸的限制。天线是无线系统中最重要的通信元件。考虑到天线元件数量庞大，元件之间需要大量的连接，连接器安装过程中的易操作性也很重要。

在大规模MIMO系统中，天线的馈电路径节点通常由一个板对板同轴连接器构成。滤波器是设计中的另一个重要组件，可通过一个同轴连接器与天线相连，并通过第二个同轴连接器连接到放大器板。放大器板会收集所有天线数据。接着，大量的数据需要被传输至中央处理器。高速电缆组件具有高设计灵活性、低串扰、低插入损耗等特点，支持高速数据传输。

此外，作为无线网络的一部分，无线射频信号需要与光信号进行转换和建立连接。TE的高速I/O产品组合可应对电磁干扰和散热性能挑战，SFP、SFP28、QSFP以及QSFP28等产品都非常适用于射频应用。若将这些连接器与光学收发器搭配使用，在某些环境条件下，可能需要对其进行防护，例如TE的FullAXS产品系列。如果需要为系统供电，TE的ELCON Mini连接器可为射频单元提供强大而可靠的馈电路径节点。

连接器解决方案助力OEM厂商部署5G通信架构

5G网络中，云化概念将会在无线接入网和核心网得到更广泛的应用。例如，C-RAN（云无线接入网）架构主要将基带单元（BBU）的资源集中化，并采用虚拟化等云技术。

OEM厂商可以选择BBU功能的切分位置，不同的切分位置直接影响到I/O的带宽。TE的I/O产品组合支持从10G到400E的接口，可满足行业对各种不同解决方案的需求。

然而，随着在C-RAN中枢实现BBU的集中化，前传（Fronthaul）的概念被引入网络。前传指的是BBU池与蜂窝基站或小基站中的射频拉远单元之间的链路。光纤能够提供更高的带宽，因而成为前传的最佳选择。但由于切分位置的不同，微波链路依然会占有一席之地。

这些变化将使大量电子元件将集中在大规MIMO有源天线系统的盒内，产生大量热量，因此所有组件需要承受更大的热应力。通过使用TE的低损耗、直连铜缆（DAC），某些射频单元可组成菊链，以尽量减少光纤连接。这是TE提出的一种典型解决方案，可降低热应力，从而避免使用光学收发器等发热组件。

C-RAN需要更高带宽的连接，高频段从1.8Ghz上升到6Ghz左右，而毫米波则为24Ghz到100Ghz频段。采用全新调制方案且带宽更高的新型收发器将提供有力支持。TE提供一系列解决方案，包括高速I/O、电源、插座、Sliver互连系统、板到背板线缆以及加固设备等。

连接器解决方案与云无线接入技术、边缘计算等技术整合应用

5G核心网依靠极其高效的云端基础设施。Cloud RAN（或称集中式RAN）是近年来的趋势，而亚太地区的运营商正在引领这一潮流。例如，中国、韩国和日本的运营商正大力部署先进的新型C-RAN架构。借助C-RAN，许多蜂窝基站的基带处理可以实现集中化。C-RAN通过协调不同蜂窝基站来提升性能，同时整合资源以节省成本。

随着数据中心在规模和能力方面的大幅提升，出现了一种新趋势——边缘计算和边缘云。在这种分布式计算中，大部分计算都可能在智能设备（内嵌传感器）或边缘设备等分布式设备节点上执行，而非由数据中心完成。这些设备的设计正在发生改变，将采用集成微控制器、执行器芯片和模块的智能传感器。这同样会改变连接器和线缆在系统中的角色和要求。

凭借高速、高性能的互连和电源产品，TE能使高度敏感的数据从设备传输到云端，然后再传输回来：

TE的高性能天线应用于设备和电信AAS，数据和电力通过我们的Fu11AXS内部连接从有源天线系统（AAS）传输至边缘云单元，这些系统支持加固的光纤、电源、以太网快速安裝接口。信号通过具有热保护和EMI保护性能的高速I/O端口，进入边缘云单元，再经过TE的Sliver内部高速布线系统，可以减少时延，并增加系统的灵活性。随后，通过STRADA Whisper背板和板对板产品，或高速DAC电缆，信号从边缘云单元中的子系统传回到电信天线杆和AAS系统，再通过无线传至设备。TE广泛的电源产品组合将支持整个网络的电力需求，包括适于内外部应用的板对板和线缆配电方案。

5G边缘计算将为终端用户在核心网边缘的应用，提供更大容量、更低时延、更高移动性、更高可靠性和准确性。此外，云计算可将大数据中心的高效率和高能力赋予最紧凑的5G小型设备。

CORD是一种边缘计算平台，旨在为用户提供边缘云服务。开放网络基金会（ONF）指出，CORD可以将边缘转变为敏捷的服务交付平台，使运营商能够在革新服务的同时，为终端用户提供高效的体验。

开放网络基金会表示：“CORD（重构中心机房为数据中心）平台利用SDN、NFV以及云技术，在网络边缘构建敏捷的数据中心。CORD集成多个开源项目，为网络运营商提供一种可编程的、敏捷的开放式云原生平台，以打造各种创新服务。”

它将实现更加标准化的基础设施及开放化的构建模块，从而形成数据中心的规模效应。与此同时，C-RAN也将对连接技术带来更大挑战，我们需要更高带宽的连接和更高带宽的收发器来支持。

结语

5G有望实现更快的传输速率、更强大的数据交换网络和更实时无缝的通信，将推动对先进、创新连接解决方案的需求快速增长。TE作为高速、散热性能和EMI/SI解决方案以及严苛环境领域的创新领导者，正与全球各大5G无线通信设备OEM厂商和云服务商开展密切合作，以5G解决方案和专业能力，支持5G网络的成功部署。