Implementasi awal 5G dimulai pada akhir 2019, dan sejak itu, desain RF front-end (RFFE) telah berkembang jauh dalam hal integrasi yang lebih tinggi dan dukungan untuk operasi multimode mulai dari radio 5G hingga 2G.
Misalnya, konverter data dalam RFFE ini sekarang mendukung bandwidth saluran yang tersedia dalam pita gelombang milimeter (mmWave). Itu, pada gilirannya, akan membuka pintu untuk generalisasi arsitektur RF dan berpotensi mengurangi kompleksitas sirkuit RF dengan memindahkan pemisah digital-analog lebih dekat ke antena.
RFFE juga dikenal sebagai modul front-end. Bagian-bagian ini menggunakan arsitektur partisi pintar untuk mengintegrasikan amplifier berkecepatan tinggi, menerima konverter analog-ke-digital, dan mentransmisikan konverter digital-ke-analog jalur bersama dengan desain filter frekuensi tinggi yang terus menyusut. Integrasi adalah nama permainan dalam desain radio 5G, karena solusi RF terpisah tidak lagi memadai.
Ambil desain RFFE Qualcomm yang mengintegrasikan beberapa komponen RF antara modem dan antena. Solusi modem-ke-antena ini menyatukan modem, transceiver RF, komponen front-end RF, dan modul antena, sehingga memungkinkan OEM seluler untuk dengan cepat mengkomersialkan perangkat dengan dukungan untuk pita frekuensi baru seperti n53, n70, dan n259 di 41- pita GHz.
Salah satu contoh terbaru adalah sistem modem-RF Snapdragon X65 5G, solusi modem-ke-antena 5G generasi keempat Qualcomm. Snapdragon X65 mendukung agregasi spektrum hingga 1 GHz dalam spektrum mmWave dan 300 MHz pada spektrum sub-6-GHz.
X65 adalah solusi modem-ke-antena 5G generasi keempat yang memiliki fitur penyetelan antena dan kemampuan agregasi spektrum. (Sumber: Qualcomm)
Lalu ada ujung depan RF ADR554x untuk radio MIMO (M-MIMO) masif dari Analog Devices Inc. RFFE ini sangat meningkatkan jumlah saluran transceiver simultan yang beroperasi di beberapa band sambil menekan semua perangkat keras yang diperlukan menjadi faktor bentuk yang lebih kecil.
Rangkaian ujung depan RF ADR554x menggabungkan sakelar daya tinggi dalam proses silikon dan penguat kebisingan rendah berkinerja tinggi dalam proses GaAs. Ujung depan RF ini, yang mencakup pita seluler dari 1.8 GHz hingga 5.3 GHz, dirancang secara optimal untuk antarmuka antena M-MIMO.
Akibatnya, dengan jumlah antena dan pita yang lebih tinggi yang perlu didukung dan sejumlah besar komponen yang diperlukan untuk mencapai cakupan yang memadai, kami melihat kompleksitas yang belum pernah terjadi sebelumnya di bidang RF. Jadi pada awalnya, meningkatnya kompleksitas radio 5G membatasi jumlah produsen dengan keahlian untuk mengembangkan subsistem RF yang begitu kompleks. Namun, lebih banyak pemasok sekarang melangkah ke tantangan RFFE saat desain 5G matang.
Tantangan desain front-end RF
Desain RF mewakili peluang besar dalam jaringan 5G di tengah penyebaran sejumlah besar BTS di lingkungan mini, mikro, pico-, dan femto-cell, serta perangkat terminal baru untuk internet-of-things dan industri. aplikasi IoT. Itu kemungkinan akan menambah pertumbuhan besar pada perangkat yang terhubung untuk kasus penggunaan dan persyaratan yang sangat beragam.
Efisiensi spektral dan penggunaan kembali, kecepatan yang lebih tinggi, dan latensi yang lebih rendah adalah pertimbangan utama untuk desain RFFE untuk memenuhi peningkatan besar dalam kapasitas lalu lintas data nirkabel ini. Pertama dan terpenting, efisiensi spektral sangat penting karena frekuensi mmWave, spektrum di atas 6 GHz, telah menarik banyak perhatian untuk ketersediaan bandwidth yang luas.
Namun, transmisi di pita mmWave paling menantang di area luar ruangan, dan tugas desain RFFE adalah meningkatkan kehilangan jalur tinggi, oksigen tinggi, dan H2Penyerapan O, kehilangan melalui dedaunan, dan memudar karena hujan. Jadi desainer RF menggunakan teknologi beamforming dan beam-tracking untuk mengatasi karakteristik saluran yang tidak menguntungkan dalam frekuensi mmWave.
Kedua, kecepatan sangat penting dalam desain RFFE karena arsitektur radio 5G beroperasi pada kecepatan data yang jauh lebih tinggi daripada sistem 2G, 3G, dan 4G sebelumnya. Sistem 5G saat ini 10x lebih cepat dari radio 4G LTE.
Ketiga, latensi adalah elemen baru, bersama dengan akses yang lebih cepat dalam desain 5G. Ini jauh lebih penting dalam RFFE 5G daripada versi 3G dan 4G sebelumnya. 5G memiliki latensi minimum 1 ms atau kurang. Di sisi lain, dalam sistem 4G, latensi berada pada 50 ms hingga 98 ms, dalam sistem 3G pada 212 ms, dan dalam sistem 2G pada 629 ms. Layanan 5G baru sekarang menggunakan fitur komunikasi latensi rendah yang sangat andal untuk mengelola masalah terkait latensi.
Solusi RFFE yang sangat terintegrasi, seperti Qualcomm X55 5G Modem-RF System, yang mendukung kombinasi pita frekuensi dan mode apa pun memungkinkan para insinyur untuk fokus pada desain industri dan antarmuka pengguna, sehingga menghasilkan produk yang lebih baik dalam waktu yang lebih singkat dan dengan biaya yang lebih rendah. (Sumber: Qualcomm)
Sinopsis masalah RFFE dalam desain 5G menunjukkan sifat teknologi RF yang disruptif. Terutama, ketika pengambilan sampel RF semakin dekat ke antena, yang pada gilirannya akan menyederhanakan dan memperkecil faktor bentuk radio serta memungkinkan tingkat integrasi yang lebih tinggi. Jadi dalam hal ini teknologi di persimpangan jalan, apa yang dilakukan industri ini untuk memfasilitasi tingkat integrasi yang lebih besar sekaligus menjaga kompleksitas desain tetap terkendali? Bagian berikut ini membahas lebih dekat inisiatif industri RF.
Konsorsium OpenRF
Open RF Association (OpenRF) yang baru-baru ini didirikan bertujuan untuk menciptakan interoperabilitas fungsional perangkat keras dan perangkat lunak di seluruh ujung depan RF multimode dalam desain 5G. Kerangka kerja terbuka ini akan menstandardisasi antarmuka perangkat keras dan perangkat lunak sambil tetap memungkinkan inovasi desain di antara pemasok solusi RF. Anggota pendiri konsorsium termasuk Broadcom, Intel, MediaTek, Murata, Qorvo, dan Samsung.
Menurut Joe Madden, analis utama di Mobile Experts, industri seluler semakin membutuhkan struktur untuk menghadapi kompleksitas, yang sekarang menjadi ciri khas desain front-end RF. “OpenRF akan menstandardisasi blok bangunan di area non-kompetitif dan dengan demikian memungkinkan vendor RFFE untuk memfokuskan upaya mereka pada titik inovasi yang tajam,” katanya.
Perlu dicatat bahwa spesifikasi RFFE MIPI yang mendefinisikan antarmuka kontrol ujung depan RF akan terus dikembangkan dalam Kelompok Kerja RFFE Aliansi MIPI. Selain itu, OpenRF saat ini sedang mengerjakan perjanjian penghubung dengan Aliansi MIPI.
Garis besar tantangan desain front-end RF, solusi, dan inisiatif industri di atas untuk handset 5G dan aplikasi infrastruktur merupakan bukti dorongan integrasi hiper yang membawa modularisasi RFFE semakin mendekati kenyataan. Selain itu, sementara ujung depan RF adalah komponen pengepakan yang penting dalam perutean, penyaringan, dan penguatan sinyal ke dan dari antena, desain yang sangat terintegrasi ini akan berdampak langsung pada konsumsi daya perangkat. Itu penting dalam desain perangkat 5G yang menawarkan masa pakai baterai sepanjang hari.
tentang Perangkat AnalogQualcomm