5G架构变迁，给连接器带来了哪些挑战？

“一般情况下，如果我们开车速度是60公里/小时，刹车传输时延60毫秒，那么刹车制动距离就是1米。但5G提供了很低的延迟，自动驾驶把时延控制到1毫秒，制动距离就能缩短到大约17毫米——这才能满足应用环境需求。”TE Connectivity数据与终端设备事业部工程总监陈家辉在MWC会前的沟通会上这样说。8exesmc

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上述高可靠低时延通信，是5G的重要用例之一，5G能够将时延从以往的20-50ms缩短至1ms。MWC 2019上海展会上出现的包括远程医疗、智能制造、无人机等在内的各种5G使用场景都在此范围内。除此之外，5G应用的重要特性还包括了eMBB（增强的移动带宽），也就是高频速度快，比4G快100倍；以及mMTC（海量机器类通信），或者说大规模物联网，把终端密度提高到每平方千米100万的程度，也是当前水平的100倍。8exesmc

对5G基建的各层级供应商来说，要做到如此程度的提升都面临不小的挑战。从TE Connectivity作为连接器制造商的角度来看，也能管中规豹地了解，这其中的难度究竟体现在哪些方面，以及从中更多地理解，5G基建相较4G的一些显著变化。8exesmc

5G架构相比4G哪里不同？

从表征来看，5G就是低时延、高带宽及大量设备通信。在基建架构层面，5G网络的核心网和无线接入部分都发生了变化。核心网部分，主要是各类大数据量的应用，对核心网的处理能力提出更高的要求。这部分最大的变化就是4G的S-GW/P-GW网元在5G时代剥离出了控制面（CP）和用户面（UP），而用户面功能实际还下放到了接入侧（下图中的MEC）处理。8exesmc

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来源：Netmanias8exesmc

无线接入侧的变化就相对很大了。上图有两个基本概念，BBU（上图中的DU）和RRU（上图中的RU，有时也叫RRH）。BBU就是基带单元（baseband unit），一般生成与处理数字基频RF信号；RRU则为射频拉远单元（remote radio unit）。3G时代BBU和RRU实现了设备分离；不过如上图所示，3G、4G时期盛行的D-RAN（分布式无线接入网），BBU和RRU还是放在同一个机柜中的。8exesmc

5G对基站数量的要求骤然变多，毕竟eMMB需要使用更高的频率。传统的这种D-RAN架构，每个蜂窝基站（cell site）都要求专门的BBU和RRU，另外还需要配套的电力、制冷、路由功能供应。如果按照这种架构去大规模增加基站数量，那么基建费用和运营成本就会激增。所以不少无线技术和架构都涌现了，这其中包括了MIMO、CoMP、载波聚合、vRAN，还有现如今的C-RAN架构（云RAN或中心化RAN）。8exesmc

C-RAN的主体就是把BBU做了集中处理，移到了中心位置形成BBU池，和RRU彻底实现分离。BBU池能够共享物理基础设施，包括路由器这样的网络设备，当然还有空间、电力、制冷系统等。这是降低成本一种很好的方案，而且提升了架构的弹性。另外C-RAN也算是可持续绿色能源的一种方案，在一个BBU池中采用可再生能源总是好过分开的大量基站设备的。8exesmc

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MWC展会上的长飞光纤5G前传光模块8exesmc

这个时候，RRU就安装在千米、万米以外的远程蜂窝基站上。那么BBU到RRU之间的部分就需要有传输网络了，这个传输网络即是运营商常说的“前传（fronthaul）”。而且前传也实质上成为5G发展的一个重要焦点。我们也在MWC 2019上海展会上看到了不少前传光纤和光模块展示。8exesmc

除了C-RAN架构将BBU做了中心化处理，远端的RRU和外部天线也发生了变化。在5G网络中，RRU形成了新的AAU（架构图中的AU，有源天线单元）。这其中涉及到AAS有源天线系统，其特点就是集成了有源射频电子元件与无源天线阵列，而不再是单独的天线。8exesmc

AAS系统的主要作用有两个，其一是有源天线可将信号专注到一个特定的方向，这样一来从基站抵达特定设备的信号也就更强，这就是Beamforming波束成形技术。第二，这里的天线阵列就是MIMO天线，通过多个无线信道同时服务多用户，实现MU-MIMO。8exesmc

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来源：爱立信8exesmc

MIMO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。Massive MIMO可让无线网络容量增加50倍左右，更多的天线也就能实现更好的数据传输功能、更高的可靠性和更强的抗干扰能力强。8exesmc

5G对连接器提出何种要求？

陈家辉也在交流中提到了上述5G架构转变的三个核心要素：C-RAN架构的普遍采用、前传需要采用新的传输技术，以及AAS有源天线系统。此外，C-RAN架构变化本身还带来了更多属于5G的特性，比如C-RAN普及之后，移动边缘计算（MEC）也就可行了：将数据中心的服务器和存储器放到BBU池旁，得以实现本地内容缓存，进一步减少网络时延。SDN（软件定义networking）和NFV（网络功能虚拟化）对运营商而言也是提供边缘计算服务的弹性的重要组成部分。这些甚至可能改变运营商和云服务供应商之间的角色关系。8exesmc

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TE Connectivity数据与终端设备事业部工程总监陈家辉8exesmc

这么多新变化，对5G基建各层级的参与者而言都是挑战和机遇，甚至包括了供电、散热解决方案。比如有源天线系统中难度最大的高效率功放、小体积滤波器、高精度ADC/DAC等等。对TE Connectivity这样的电子连接器制造商而言自然提出了更高的要求。8exesmc

比如蜂窝基站内的AAS部分组件的布局就离不开天线板、电子元件板和滤波器。密集住宅区域内的互补系统需要大量天线才能支持MU-MIMO，既然配有控制电子元件就需要新的连接解决方案。特别是6GHz及更高频率的网络需要高度集成化的系统，其中的射频集成电路通常会在芯片组上表面集成天线。AAS内部和外部都需要高速I/O接口；系统可能包含电源、光纤及混合接口；除了互连器件和传感器，还要考虑硅晶、双工器和振荡器等。8exesmc

陈家辉提到：“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、信号完整性和散热性能要求。而且连接器还必须足够小，满足AAS对整体尺寸的要求。另外，天线元件数量庞大，元件之间需要大量连接，如何控制整体成本，以及连接器安装过程中的操作性也很重要。”8exesmc

TE Connectivity是怎么做的？

TE去年的财报将业务分了三部分，其中一部分是通讯解决方案（communications solutions），这部分的收益和利润虽然相比汽车和工业业务的基数少很多，只占TE净销售额的13%，但增长速度还是比较快的。其中networking设备、数据中心设备、无线基础设施等占到这部分销售额的近六成，所以在5G时期TE自然不愿放开这部分市场。8exesmc

就TE通讯解决方案的布局来看，TE在5G产品中的覆盖也比较广，包括在5G设备终端、5G基站以及云计算数据中心、5G边缘计算等。比如手机中的天线、传感器、USB连接器，远程蜂窝基站内的天线和射频连接器、加固型连接解决方案，数据中心的高速连接等。8exesmc

陈家辉反复提到，TE在5G高速高密度连接技术原本就有相应的技术积累，不只是“3G、4G建设时期获取的经验”，“TE在数据中心方面，从25G到56G一直有大量出货，现在在做112G。这部分关于高速数据的应用原来主要在核心网数据中心这块，包括交换机、存储器或者说服务器。在5G高速部分，我们可以沿用以前的这些技术积累，再针对不管是C-RAN或者AAU的应用做结构上的调整，然后加一些散热的技术，就能满足不管是5G无线还是承载使用的需求。所以TE在这部分积累了比较多的经验。”8exesmc

“5G的AAU要通过光纤连接到C-RAN，这是个高速I/O口。以前5个G、10个G，现在5G就需要25Gbps了。相应的在我们现有产品的一些部件、结构性的cage、散热性能方面做出调整，我们相对同行再这方面还是有很强的技术优势的。本来TE在高速I/O方面就有着全球最大的份额。”这一点实际在我们早前采访Molex市场副总裁Brian Krause的时候也得到过印证——即连接器领域，高速I/O产品的跨行业应用。8exesmc

就5G架构变化的三个趋势来看，陈家辉介绍说，针对C-RAN架构的BBU池，还有前文提到的SDN、NFV等，对速度、数据量、密度、可靠性提出了更高的要求，TE基于数据中心和云技术领域的积累提供包括电源在内的各类解决方案；针对AAS，TE本身就提供定制天线解决方案，另外也有高速I/O、内部连接器和布线解决方案、RF同轴电缆解决方案和天线模块；针对前传（以及后传），TE的I/O产品组合包括SFP28、microQSFP、QSFP28和FullAXS连接器等，可用以支持更大量的高速光纤连接——TE宣称在更靠近蜂窝基站位置，其高速产品组合能够“支持更深的光纤穿透来后传来自小基站的流量”。8exesmc

“要满足大容量的数据传输，就有非常多的器件集成在一起。为了实现覆盖举例要增加相应的功率，带来的热量传输也是很大的。所以对连接器密度的需求，对热量传输、可靠性、速率的要求，都对连接器提出了比以往更大的技术挑战。TE在这部分研发了创新技术，包括ERFV这样的一体式方案，降低成本的同时保证性能。”陈家辉表示。8exesmc

“在散热方面，TE去年研发的技术现在已经量产了。这种技术能够把热传导提高30%以上，也是期望帮助客户实现5G应用场景中系统的功能。在信号传输效率方面，通过低损的线缆组件，我们的高速数据传输线、内部线缆能够在高速的情况下带来很低的损耗，提高传输效率。”8exesmc

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抛开5G对技术、生活层面的革新不谈，在5G的新架构部局中，有个变化叫“网络切片”机制，就是将网络按照不同业务需求，划分成不同的虚拟子网络，毕竟5G是面向万物互联的。这是5G与4G外显的一个很大差别，也是C-RAN更佳灵活性的一个体现，针对不同的服务征收不同的费用，这可以成为重要的利润来源，也成为资源优化分配的一种方式。8exesmc

这是5G造就的商机的沧海一粟，如MEC边缘计算就能为包括TE在内的诸多供应商数据中心业务提供新的机会，以及前文提到的各部分解决方案变迁。实际上，5G更为开放的这种架构，灵活性和弹性，得以让所有参与者奋力于5G技术，5G的商机远非4G可比。8exesmc