我們正在加速進(jìn)入5G時(shí)代！全球移動供應(yīng)商協(xié)會（GSA）公布的數(shù)據(jù)顯示，到2020年9月全球投入商用的5G網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)達(dá)到106張，僅在最近的一個月中就新增了14張。似乎今年的新冠疫情也沒有讓5G放緩其商用的步伐。根據(jù)GSA的分析，目前5G在全球人口中的滲透率已經(jīng)達(dá)到了7%，預(yù)計(jì)到2025年，全球20%的設(shè)備都將接入5G網(wǎng)絡(luò)。

不一樣的定位

為什么大家會在5G身上投入如此大的熱情和期望？這還得從5G的定位說起——如果說蜂窩無線通信技術(shù)從2G到4G，解決了人與人之間隨時(shí)隨地的互聯(lián)，構(gòu)架起了無線互聯(lián)網(wǎng)世界，那么5G會將這種互聯(lián)性擴(kuò)展到更為廣闊的物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，使得5G成為未來萬物互聯(lián)世界的骨架。

在網(wǎng)絡(luò)界有一個被奉為圭臬的邁特卡夫定律，它的大意是“網(wǎng)絡(luò)的價(jià)值與網(wǎng)絡(luò)使用者數(shù)量的平方成正比”。如果說5G之前的蜂窩無線技術(shù)，其價(jià)值成長空間會最終因世界人口總數(shù)的限制，遇到發(fā)展的天花板，那么當(dāng)5G實(shí)現(xiàn)了萬物互聯(lián)，那么其使用者的數(shù)量——無論是人還是機(jī)器——至少將會提升一個數(shù)量級，并且隨著應(yīng)用的擴(kuò)展還會持續(xù)攀升，這背后潛在的價(jià)值會超出人們的想象。

為了實(shí)現(xiàn)萬物互聯(lián)的愿景，5G正在被塑造成一個全能型的選手，在同一個網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，它要滿足三個典型的應(yīng)用場景所需：

1

eMBB（增強(qiáng)型移動寬帶）

得益于毫米波以及超大規(guī)模MIMO等技術(shù)，通常認(rèn)為5G的峰值速率可達(dá)到1Gbps，是4G的10倍，這會讓很多以前人們無法企及的應(yīng)用（如高清視頻無線傳輸）成為現(xiàn)實(shí)，支撐VR/AR這種需要大數(shù)據(jù)量傳輸?shù)男屡d應(yīng)用也會游刃有余。

2

URLLC（高可靠和低延遲通信）

其可提供小于1ms的極低網(wǎng)絡(luò)延時(shí)，以及系統(tǒng)冗余和更高的可靠性，這讓5G可以滲透到自動駕駛、工業(yè)控制、遠(yuǎn)程醫(yī)療等對實(shí)時(shí)性要求苛刻的領(lǐng)域。

3

mMTC（大規(guī)模機(jī)器類型通信）

針對需要低功耗、低速率、遠(yuǎn)程連接的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，提供大規(guī)模的連接，借此5G可以覆蓋智慧城市、智能電表、公共設(shè)施管理、可穿戴設(shè)備、智能家居等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，市場想象空間巨大。

從這種幾乎“無死角”的應(yīng)用場景設(shè)定中，我們不難看出5G“一統(tǒng)無線江湖”的野心。換言之，誰能夠把握住5G的機(jī)遇，也就可以搭上一班高速發(fā)展的順風(fēng)車。

不一樣的架構(gòu)

可以說，5G在定位時(shí)畫了一個大圈，將想象力范圍之內(nèi)的無線連接場景都囊括在內(nèi)了。5G這種“顛覆性”的定位，也就決定了其在架構(gòu)規(guī)劃和設(shè)計(jì)上也必須是“顛覆性”的，由此帶來的挑戰(zhàn)不言而喻。

我們所熟悉的4G/LTE網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)，可以簡化為三個環(huán)節(jié)：網(wǎng)絡(luò)邊緣設(shè)備（比如手機(jī)和平板電腦等）、基站（負(fù)責(zé)連接邊緣設(shè)備并將數(shù)據(jù)傳輸至局端交換機(jī)等設(shè)備進(jìn)行處理），以及局端的中央“云”（通信網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)中心）。但是這樣的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)顯然無法滿足5G的需要。

相對來講：5G的邊緣設(shè)備更加多樣化，不同設(shè)備的通信需求差異化大；需要單個基站連接的終端數(shù)量和數(shù)據(jù)吞吐量也顯著增加；而且需要支持1ms以內(nèi)的極低網(wǎng)絡(luò)延遲；由于采用了毫米波，傳輸距離有限，因此要求部署更密集的蜂窩基站……這些變化使得5G的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)必須做出適應(yīng)性的調(diào)整。

圖1中給出了一個典型的5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，我們可以模擬數(shù)據(jù)從邊緣端到云端的路徑，了解這個架構(gòu)如何工作。一個主動天線系統(tǒng)與多種多樣的邊緣節(jié)點(diǎn)保持連接并收集數(shù)據(jù)；這個天線系統(tǒng)與一個虛擬化的基站相連；而這個基站如何工作是由一個邊緣數(shù)據(jù)中心（Edge Data Center）來驅(qū)動的。所有上述這些設(shè)備共同構(gòu)成了一個基站系統(tǒng)，負(fù)責(zé)其覆蓋范圍內(nèi)的IoT設(shè)備的通信連接，這樣的基站廣泛部署，遍布各處，并最終與網(wǎng)絡(luò)的中心“云”相連，構(gòu)成一個完整的5G網(wǎng)絡(luò)。

圖1：5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)（圖源：Amphenol ICC）

可以看出，5G的基站與上一代的網(wǎng)絡(luò)迥然不同，特別是邊緣數(shù)據(jù)中心的引入，讓以前集中化的網(wǎng)絡(luò)管理趨向于一種分布化的架構(gòu)，可以通過邊緣數(shù)據(jù)中心直接去收發(fā)和處理來自網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)并作出快速響應(yīng)，而且可以通過網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（NFV）和軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）等技術(shù)，讓服務(wù)器去模擬網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)工作，且根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的需要去定義帶寬、延時(shí)等性能，給運(yùn)營商帶來極大的靈活性。

不一樣的連接器

上述這些5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的變化，當(dāng)然也會傳導(dǎo)到上游的硬件身上，需要全新的硬件解決方案來適應(yīng)這一變化。其中，連接器產(chǎn)品也不例外。

在一個硬件系統(tǒng)中，連接器通常并不占據(jù)最重要的“C位”，但作為傳輸數(shù)據(jù)和電源的互連部件，在確保系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性和可靠性方面，連接器至關(guān)重要，選型和應(yīng)用的失誤往往會埋下難于察覺的隱患。

按照上文的5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)來梳理，連接器在5G上的應(yīng)用場景主要集中在以下幾個方面：

5G天線系統(tǒng)和測試板所需的同軸RF連接器。

室外天線和基帶系統(tǒng)所需的信號和電源連接器，其作用是將安裝于高處的天線與地面上的基站相連。

基站和邊緣數(shù)據(jù)中心所需的高性能服務(wù)器和存儲連接器，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)部及其與外部的連接。

用于網(wǎng)絡(luò)邊緣節(jié)點(diǎn)設(shè)備的連接器，其中既包括可用在汽車和通信設(shè)備中的高性能PCB連接器，也包括應(yīng)用范圍更為廣泛的板對板、線對板、IO等商業(yè)連接器。

雖然這些連接器應(yīng)用場景不同，但要想“配得上”5G，還需要滿足一些額外的約束條件。

1

高性能

首先是性能上的提升。如上文所述，5G分布式的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，使得邊緣數(shù)據(jù)中心承擔(dān)了更多的計(jì)算和處理任務(wù)，一些以前在云端數(shù)據(jù)中心才得一見的高性能互連方案，也會落地邊緣數(shù)據(jù)中心。

比如Amphenol ICC為下一代數(shù)據(jù)中心打造的一系列高速IO接口——如SFP、QSFP、QSFP DD和OSFP ——及其電纜組件，可以支持最高400Gb/s的帶寬。其中0.8毫米QSFP DD互連系統(tǒng)是一個76位的新型高速、雙倍密度QSFP接口，該方案中8 x 50 Gb/s的電氣接口使得每端口總計(jì)可支持高達(dá)400Gb/s的傳輸速率，適合高速串行應(yīng)用。例如：蜂窩基礎(chǔ)設(shè)施、集線器、交換機(jī)和服務(wù)器等。OSFP接口可支持25Gb/s NRZ或56Gb/s PAM4，總帶寬容量200/400G，具有優(yōu)異的信號完整性表現(xiàn)。這些方案都能夠?yàn)?G的邊緣數(shù)據(jù)中心提供有力的支撐。

圖2：Amphenol ICC的高速IO接口

可以支持高達(dá)400Gb/s的帶寬

（圖源：Amphenol ICC）

2

高可靠性

由于5G基站需要適應(yīng)不同環(huán)境的挑戰(zhàn)，因此需要連接器在可靠性和耐用性上更勝一籌。

在這個方面，Amphenol ICC的OCTIS?戶外IO連接器系列可以算是一個代表作，該連接器設(shè)計(jì)用于大功率應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)高可靠性和性能。OCTIS是一種能夠用于惡劣的戶外和極端環(huán)境的耐用型IO互連解決方案，產(chǎn)品具備防雷擊保護(hù)、EMI屏蔽、抗紫外線和IP67級耐候性等功能。同時(shí)該方案間距為26毫米，能夠滿足高端口密度的要求；由于采用了收發(fā)器位于盒外的獨(dú)特設(shè)計(jì)，OCTIS也有助于節(jié)省板上空間并提高散熱性。OCTIS還支持多種行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)接口，例如SFP/ SFP+、QSFP、信號、電源和混合接口等。由于上述這些特性，OCTIS產(chǎn)品被廣泛用于遠(yuǎn)程射頻頭、小蜂窩基站、宏蜂窩基站、微波鏈路、分布式天線系統(tǒng)等應(yīng)用，可以說是一款具有前瞻性的產(chǎn)品，在5G中顯然可以一試身手。

3

小型化

5G設(shè)備功能更復(fù)雜，也就要求在單位空間內(nèi)能夠容納下更多的東西，這對連接器的連接密度也會提出更高的訴求。

在這方面，Amphenol ICC可供選擇的高密度的互連解決方案也不少。在5G的天線系統(tǒng)中，你可以看到Lynx? QD板對板夾層連接器的身影。Lynx窄型連接器最突出的一個特性就是，在傳統(tǒng)雙排封裝中實(shí)現(xiàn)四排連接，使得連接密度翻番。Lynx QD是該高速高密度連接器系列中的一員，在緊湊的兩行封裝中提供了四行差分信令結(jié)構(gòu)，支持56Gb/s PAM4和PCIe??Gen 5，并且提供強(qiáng)大的機(jī)械強(qiáng)度和持續(xù)的信號完整性，是5G連接器選型中值得關(guān)注的一款產(chǎn)品。

4

多樣性

上文提到，5G用例具有多樣性的特點(diǎn)，也就意味著需要多樣性的連接器產(chǎn)品組合去應(yīng)對，這樣才能實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的結(jié)果。這就需要根據(jù)具體的應(yīng)用，鎖定最適合的連接器產(chǎn)品。

比如在滿足高性能的汽車及通信設(shè)備應(yīng)用方面，Amphenol ICC的Minitek??MicrospaceTM連接器就提供了一種外形緊湊、耐用型的互連解決方案，憑借更高的連接密度，它可將PCB封裝尺寸減少50%；其提供頂端和側(cè)面的閉鎖選項(xiàng)，讓安裝更簡單，還利用鍵控可見性來防止錯配；Minitek MicroSpace還具有較高的抗振性和抗鎖性，適用于極端應(yīng)用環(huán)境。

在智能照明領(lǐng)域，Amphenol ICC的FLH系列線對線連接器和支持調(diào)光的FLA系列插座也是理想之選，這些產(chǎn)品都支持DALI（數(shù)字可尋址照明接口），能夠?qū)崿F(xiàn)基于5G的自動照明控制。

總之，5G為硬件互連帶來了不少新的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，而其大規(guī)模的商用部署也帶來了巨大的商機(jī)。這需要連接器產(chǎn)品圍繞5G的需求做適應(yīng)性的優(yōu)化，開發(fā)出“不一樣”的產(chǎn)品，在這個關(guān)鍵無線技術(shù)升級迭代中找到新的應(yīng)用立足點(diǎn)。

責(zé)任編輯：haq