近年来，全球智能手机快速遍及，LTE网络已被接连商用，受此影响，全球移动数据的运用继续飙升。据GSA移动职业分类数据显现，到2015年3月，全球LTE用户数量比上一年陡增151%，到达6.35亿。这一增长势头将继续下去，到2020年，LTE用户数将达25亿。
移动网络运营商面临着许多应战，一方面要快速扩容以支撑增量用户，另一方面则要尽量削减网络中止并降低本钱。长时刻而言，5G网络有望大幅进步容量和数据速率。可是，5G技能规范依然处于界说阶段，至少5年内不或许布置。别的，5G或许触及网络架构的大幅改动。
为了在5G到来之前满意大幅进步容量的火急需求，运营商现已开端极力扩展4G网络的容量而不重新规划基础设施架构。他们重视的焦点是那些能使他们从现有LTE频谱分配中获取更多容量的技能，以减小购买昂扬的额定频谱的必要性。
运营商现在瞄准了多种要害容量和功能晋级技能。短期计划以载波聚合(CA)为中心，这是LTEAdvanced规范的一个特性。中期增强技能包含被称为4.5G、4G+或pre-5G的多种增强技能，其间包含高阶(最多64X)多用户多输入多输出(MU-MIMO)技能、更高阶调制以及免执照5GHz频谱的运用等。
这些短期和中期扩容技能以及终究的5G网络将要求选用能供给更高功率输出和成效且支撑宽带运转和高频频段的基站功率放大器
(PA)。
GaN on SiC的远景
历史上来看，基站功率放大器首要选用依据硅的横向分散金属氧化物半导体(LDMOS)技能。可是，越来越苛刻的要求逐步露出出LDMOS的局限性，并导致很多供货商在高功率基站功率放大器技能方面转向了氮化镓(GaN)。例如，功率输出要求每年都在进步;对基站功率放大器的要求从一年前的 30W-40W增至本年的60W，而新一代基站的要求或许达100W或以上。当时和规划的扩容需求也需求能支撑更高频率的宽带功率放大器。LDMOS即便在较低射频频率下也存在带宽约束，LDMOS功率放大器的带宽会跟着频率的添加而大幅削减。尽管LDMOS仅在不超越约3.5GHz的频率规模内有效，但 GaN功率放大器现已能处理50GHz或以上的毫米波频率。别的，GaN功率放大器支撑更高的带宽，即便在较高的频率也是如此。
现在存在的两种首要GaN技能为碳化硅GaN(SiC)和硅GaN(Si)。GaN on Si的优势在于基板本钱低，能够在硅代工厂出产，具有相应的规模经济优势。但GaN on SiC支撑高得多的功率密度，支撑更高的功率输出。这是由于SiC具有更优异的导热率：大约比Si高三倍。GaN on SiC功率密度约为5W/mm，约7倍于LDMOS的功率密度。因而，GaN on SiC功率放大器能以相同的尺度供给大约两倍的功率输出。成果，GaN on SiC现已成为高功率射频运用的首选技能。
GaN on SiC功率放大器的优势直接关系到运营商重视的三大问题，即所谓的三C问题：容量、掩盖规模和本钱。就如我将在本文中描绘的那样，较高的输出功率能够大幅进步容量，一同还能保持蜂窝掩盖规模。GaN on SiC功率放大器具有更高的成效，能够削减运营商的巨额电费，减轻散热问题。为了愈加具体地评论这些优势，我将评论 GaN on SiC在无线网络演进的各个阶段或许发挥的效果，先从载波聚合开端，然后是4.5G，最后为5G。
近期：载波聚合
运营商现在处于载波聚合(CA)技能布置初期，这是LTE Advanced规范(3GPP Release 10)的一个特性。凭借CA，运营商能够进步数据容量和吞吐量，其方法是把最多五个重量载波(每个载波在 1.4-20MHz之间)组合成最高达100MHz的总带宽。
CA的一个要害吸引力在于，该技能能够把来自多个频段的重量载波组合起来(带间(CA)，然后让运营商更好地运用碎片化的频谱分配计划。许多运营商具有的接连频谱不到20MHz，因而需求CA来为更快的数据服务需求供给支撑。初期布置一般只将CA用于下行链路通讯，并把两个10MHz的重量载波组合成20MHz的总带宽。
CA一般要求选用宽带功率放大器，以防止各重量载波选用独立功率放大器所带来的额定本钱和杂乱性问题。常见的CA组合(如频段1(1800MHz)与频段3(2100MHz)组合)要求选用带宽大于300MHz的功率放大器。即便在较高频率下，GaN功率放大器也能比LDMOS支撑更高的带宽，这是一个要害优势。由于GaN具有更高的成效，而且GaN功率放大器能够支撑需求多个窄带LDMOS功率放大器才干完结的带宽，这两个要素抵消了LDMOS的单位芯片本钱优势。CA还要求更高的功率输出，以完结在多个重量载波上的并行传输。GaN on SiC功率放大器能够满意现在对多频段功率放大器的典型要求，其功率输出达60W或以上，支撑300MHz以上的带宽。
成效对运转本钱的影响
GaN的成效在协助运营商操控最大本钱项(电费)方面也发挥着重要效果。功率放大器是基站功耗中的大户，假如功率放大器的功率仅为35%(较老的LDMOS功率放大器的确如此)，则有65%的能量作为热量被糟蹋掉了。发生的热也会导致牢靠性问题，而且要求较大的散热片，成果会添加产品尺度。
在运营商企图操控动力本钱的一同，他们需求成效更超卓的基站和功率放大器。功率放大器的典型成效现已从4年前的30%-35%进步到现在的60%。同期，LDMOS功率放大器的功率从30%进步到约45%，但进一步明显进步是十分困难的事。相反，现在的GaN功率放大器现已完结了55%的功率。
中期：“4.5G”
除了CA，运营商企图凭借多种不同技能来扩容。这些中期开展有望从2016年开端经过几年的时刻打开，一般被称为4.5G、4G+或 pre-5G技能。
大规模MIMO
MIMO使运营商能够进步数据速率和网络容量，由于它能够运用基站和用户设备上的多根天线，在同一频段传输多个空间上彼此离隔的数据流。LTE Advanced规范界说了最高8×8的下行链路MIMO衔接以及最高4X4的上行链路衔接。一同还界说了MU-MIMO，经过答应基站用每个流与不同设备进行通讯的方法完结扩容。
4.5G有望带来更高阶的MIMO，以进一步完结网络容量的腾跃，基站能够一同处理64个或更多的并发数据流。但这会带来一些其他应战。基站需求更多功率来驱动64个通道，因而，能效和散热变成了更大的问题，进一步进步GaN的成效相应地变得更具价值。
大规模MIMO的另一个大问题是杂乱性的办理。把64个发射通道挤进一个基站，需求高度集成的子系统，把功率放大器、低噪声放大器(LNA)、开关和滤波器封装到紧凑的模块中。为了完结功能和成效的最大化，这些子系统有必要依据不同的工艺技能把多个组件组合起来。例如，尽管GaN功率放大器能够供给需求的功率输出和成效，但依据CMOS的低噪声放大器(LNA)却能够完结接纳灵敏度最大化和噪声最小化。需求选用高档滤波器以防止搅扰附近频段。由于基站的装置方位一般都露出于恶劣的环境之下，会阅历极点温度和湿度，因而，需求能在温度改变条件下展示安稳呼应功能的BAW和 SAW滤波器。高集成度的子系统还可给基站制作商带来开发和测验时刻缩短的优势，由于子系统中的一切元件都现已匹配好，并一同进行过测验。
5GHz频谱中的LTE(LTE-U)
运营商企图经过运用免执照的5GHz频段来扩容，以完结流量分流，弥补答应频率。该频段超出了 LDMOS功率放大器的规模，这类功率放大器的频率约束在3.5GHz或以下。相反，5GHz彻底处于 GaN功率放大器的规模之内，这类功率放大器的作业频率高得多。
高阶调制
走向高阶调制可进一步进步数据速率和网络容量。
据3GPP Release 12的规则，杂乱性从64QAM进步到256QAM，由于每个OFDM符号能够传输8位而非6位数据，因而能够将峰值数据速率进步33%。可是，在不进步功率输出的条件下运用愈加杂乱的调制计划会导致蜂窝掩盖规模的下降。要保持掩盖规模不变，运营商需求更高功率的功率放大器。这种情况将进一步影响对能够供给必要功率输出的GaN功率放大器的需求。
长时刻：5G
5G技能规范依然处于拟定阶段，几年之内不会完结完善，3GPP当时的主张是在2020年提交终究版规范。可是，业界遍及预期，为了完结多GB级数据速率，5G会运用频率高得多的频段，包含运用 60GHz–90GHz规模内的毫米波频率。毫米波频谱现在用于多种军事、卫星和其他运用，也用于 802.11ad Wi-Fi规范，可是，其拥堵程度要远远低于当时用于LTE的低频频段。因而，在LTE中运用毫米波频谱将添加很多的额定带宽，一同还能削减对低频频谱拥堵问题的忧虑。
选用毫米波频率的基站需求超高功能功率放大器。现在，GaN是有或许满意这些要求的仅有遍及技能;GaN功率放大器当今的作业频率超越50 GHz，被广泛用于毫米波运用之中。新生代GaN制作技能将发挥重要的效果，可完结5G要求的更高功能水平缓集成度。
定论
在未来的三到五年中，对GaN功率放大器的需求有望快速增长，由于运营商将推进新式LTE才能建造，以习惯移动数据用量大幅添加的需求。为了满意这一需求，越来越多的功率放大器供货商现已开端扩展产品规模，将GaN产品归入其间。需求记住的是，无线基站中运用的功率放大器有必要契合恶劣条件下的高功能、高功率、高牢靠性要求。每一次网络扩容都会对功能和成效提出新的要求。有必要进行慎重评价，保证功率放大器供货商能供给必要的功能、牢靠性、工艺成熟度和内部制作产能，以满意这些苛刻的要求。
