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510倍，频谱也可以增加24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DiamondEdgeVentures，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30GHz300GHz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ABIResearch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MIRACLEPowerTransceiver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510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DougKirkpatrick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，MIRACLERFFE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510倍，能够以14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24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64QAM，从而产生6位编码，但Eridan已实现16384QAM，从而产生14位编码。
　　随着美国从5G转向NextG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50100倍。