打造未来数字世界，5G系统的机电互连是关键

作者：安富利

5G元素仿佛已经无处不在，但业界普遍认为，最新的蜂窝网络仍然需要几年时间才能达到4G/LTE的普及水平。这符合每10年有一个新网络的历史趋势，由此可以预见的是6G系统将在2030年左右开始出现。这也使得现在以5G为目标的人都成为 了"落后的早期使用者"，一个听起来有点矛盾的说法。

其实，这是件好事。早期的用户已经在那里，但还没有达到类似主流的程度。现在是开发第一代5G解决方案的好时机。制造商可以寄希望于在6G开始接管市场之前，开发几代产品来跨越这十年。

任何第一代产品都是创建卓越设计的理想之地，通过克服新技术带来的挑战便可锻造出卓越的产品。对于5G产品而言，主要的挑战同时也是最大的特点就是性能。5G来了，一切都会变快。设计师和系统工程师会立即明白，对他们来说，快速并不总是等于快乐。

对于任何高频信号而言，信号完整性都是一个大问题，无论它是通过导体还是在空气中传播。5G的所有优势，比如高度密集的流量、更有效的频谱利用、更大的带宽和更低的时延等， 都需要在网络中的每个节点上实现，包括在板级、板与板之间以及这些板上的组件之间。这就是4电平脉冲幅度调制（PAM-4）方案的重要性所在。它将支持高达56 Gbps和112 Gbps的传输速率，远远高于正在被取代的不归零编码（NRZ）调制方案。虽然NRZ仍将使用一段时间，但PAM-4将使5G得以实现。

国际电信联盟ITU-R M.2083建议书中定义的5G网络的关键能力（来源：ETSI）

欧洲电信标准协会（ETSI）定义了5G系统在传输速率、时延和效率等八个方面必须满足的要求。此外，ETSI更加强调国际电信联盟无线电通信部门（ITU-R）确定的三个主要应用场景：增强型移动宽带（eMBB）、增强型机器类型通信（eMTc）和超可靠、低时延通信（URLLC）。为了满足这些应用场景的要求，业界正在利用新的技术和方法，如毫米波传输、更小和更多的单元、波束成形和MIMO天线技术等。MIMO技术增加了发射器中天线的密度，使得天线阵列密度能够高达256个单元。

从设备制造商的角度来看，这意味着设备在物理层面上更小、更省电，但它们要处理更多的信号路径。这些“物理连接”需要极高的信号完整性，要求它达到能够支持PAM-4传输速率的水平。预计，所有的垂直市场都会需要5G技术，这主要是由于5G的低时延特性。这些市场将需要能够在组件层面支持高吞吐量的系统。

网络被重新定义

从4G/LTE转向5G非常重要的部分原因是，它重新定义了网络拓扑结构。前几代产品都是建立在传统系统上，延续了技术和方法。对于5G来说，这些传统系统已经无法延续使用。这一点可以从5G所采用的新无线电标准上窥见一斑。实际上，网络的方方面面都已被重新定义。当然，它必须在实现这一目标的同时，仍然在一定程度上依赖现有的技术，如能够承载毫米波信号的射频连接器等。

5G开放性的提高，使网络结构发生了根本性变化。4G的无线接入网络（RAN）包括一个基带单元和远程无线电头。在5G架构中，这已演变为由集中式单元、分布式单元、无线电单元和MIMO天线组成的前传网络（fronthaul network）。

这就是部署新的远程无线电单元、有源天线单元和基带单元的地方。前传网络将连接到核心网络，而前面概述的应用场景中的实际设备将使用MIMO天线通过前传网络连接。

虽然光纤互联将在整个网络的许多地方使用，但铜制互联在新的5G拓扑结构中仍有重要作用。

Molex（莫仕）全球产品经理Mike Hansen解释说，铜制互联解决方案主要用于在电路板之间布线，有趣的是，也包括跨板布线。使用带双轴的电缆组件可以避免与PCB导线相关的损耗，同时实现高速信号的传输。

据Hansen介绍，随着有源天线单元（AAUs）的发展，5G已经创造了一个转变。这些AAU的特点是大规模MIMO架构和大量的处理，都集中在一个非常小的空间内。而在系统架构中，高密度的铜制互连是必不可少的。

传输高速5G信号

在电路板层面，PCB正成为影响高速信号的一个主要障碍。虽然转向光纤互连可以消除部分痛点问题，但在某些时候，电信号仍然需要通过集成电路接口接收。这时，先进的互连解决方案可以提供更高的信号完整性，以及敏感的差分信号（Differential Signal）所需的较低插入损耗。

除了电源之外，改进的边缘连接器提供了在单个高度紧凑的连接器上挤压差分信号(differential pairs)和单端信号所需的密度。在实现这一点的同时，还能避免产生信号完整性问题。

现在，信号的走线不再是在拥挤和有损耗的PCB上布线，而是使用双同轴电缆制成的组件从PCB的一侧布线到另一侧，或直接从I/O到集成电路。这些所谓的旁路电缆组件避免了与传统PCB相关的损耗，而且不需要进出光域，使成本和延迟降到最低。

为了支持5G网络所涉及的带宽，运营商正在使用56 Gbps的PAM-4信令，并在可能的情况下使用112 Gbps的PAM-4信令。如此高速的信号传输有赖于连接器层面上的精细阻抗匹配。而这正是Molex的专长所在，这家国际知名的连接器厂商拥有创新的NearStack 高速线缆解决方案，可以支持PAM-4信号传输。

作为Molex的分销商，安富利与Molex的合作已有40年之久。双方彼此信任，建立了非常稳定、牢固的合作关系。长期以来，安富利凭借其遍布全球的庞大业务网络和广泛的生态系统，为各行各业的客户群体提供Molex领先的连接解决方案，以便他们能够满足市场对更快、更广泛和更可靠连接的需求。

不止于此，安富利在5G领域深耕已久，拥有非常全面的布局，能够提供涵盖各个应用场景的完备解决方案，加速OEM厂商的产品设计旅程，帮助他们将创意快速转化为成熟的产品，并迅速推向市场。