Il 5G sta trasformando le industrie, la società e il modo in cui comunichiamo e viviamo. Non solo un 4G LTE più veloce, il 5G è una delle tecnologie più trasformative nella storia delle telecomunicazioni. È 10 volte più veloce del 4G, supporta 10,000 volte più traffico di rete e può gestire 100 volte più dispositivi, consentendo al contempo un cinquantesimo della latenza con tempi di inattività percepiti pari a zero. Una delle tecnologie più importanti che contribuirà a mantenere la promessa del 5G è la tempistica dei sistemi microelettromeccanici (MEMS). La temporizzazione MEMS fornisce soluzioni molto più piccole e di potenza inferiore rispetto ai dispositivi equivalenti a base di quarzo e sono molto più resistenti alle condizioni ambientali difficili.
Quali cambiamenti tecnologici sono necessari per realizzare appieno le capacità del 5G?
Sebbene il 5G si basi sull'infrastruttura 4G esistente, le reti 5G implementate su larga scala richiederanno una riprogettazione completa dell'infrastruttura di comunicazione. Gli esperti del settore generalmente concordano che potrebbe volerci un decennio per implementare completamente le reti 5G e realizzare il suo pieno valore attraverso l'Internet delle cose, la guida automatizzata, la telemedicina, l'intelligenza artificiale e la realtà virtuale e aumentata. I principali vettori hanno già iniziato a fornire servizi 5G nelle principali aree metropolitane quest'anno e potremmo vedere fino a 1.8 miliardi di connessioni 5G distribuite in tutto il mondo entro la fine del 2021. Una delle tecnologie più importanti che consentono il 5G end-to-end è la tempistica dei MEMS.
Cosa continua a guidare la necessità di mantenere la promessa del 5G?
Per mantenere la piena promessa del 5G sono necessarie prestazioni, larghezza di banda e latenza superiori a quanto possibile con le reti attuali. Finora abbiamo implementato reti inferiori a 6 GHz e il mercato ha bisogno di onde millimetriche ultraveloci (mmWave) la tecnologia nella gamma da 24 GHz a 40 GHz. Questo cambiamento richiederà un’ampia diffusione di apparecchiature esterne per superare le sfide legate alla linea di vista, al blocco e alla copertura associate alle frequenze mmWave.
Con il 5G sono emersi due requisiti di implementazione significativi: densificazione della rete in cui vengono aggiunti siti cellulari ovunque si trovino per aumentare la quantità di capacità disponibile e cloudification in cui la luce e altri pali vengono utilizzati per trasformare le reti e abilitare servizi alimentati dal 5G. A causa della loro esposizione a urti, vibrazioni, temperature estreme e altri fattori di stress ambientali, queste implementazioni richiedono componenti di temporizzazione resistenti e robusti, e ciò significa MEMS.
Come viene garantita l'affidabilità del 5G?
Garantire reti 5G mmWave affidabili e resilienti può richiedere fino a 100 volte in più di apparecchiature (stazioni base, piccole celle, relè e ripetitori) installate più vicino alle sedi dei clienti, ad esempio su lampioni, semafori, stadi, tetti e pareti esterne. La maggior parte di queste apparecchiature funzionerà in ambienti esterni difficili e resisterà a temperature estreme, vento, vibrazioni e urti.
Quali tecnologie sono influenzate o coinvolte nelle implementazioni del 5G?
Le tecnologie hardware e software interessate o coinvolte nelle implementazioni 5G includono, ma non sono limitate a, circuiti integrati RF ottimizzati, array di antenne, amplificatori, beamforming e tecniche di gestione del raggio. In una recente conferenza sulle reti di accesso radio aperto e intelligente (O-RAN) definita dall'operatore, la necessità della sincronizzazione temporale per il 5G è stato un argomento molto discusso. Questo perché molte delle tecniche fondamentali coinvolte nel 5G non richiedono solo la sincronizzazione, ma in effetti richiedono livelli di allineamento temporale al di là di qualsiasi cosa precedentemente distribuita su questa scala.
Perché i dispositivi di cronometraggio sono così importanti per le implementazioni 5G?
I dispositivi di temporizzazione sono il cuore pulsante di tutti i sistemi elettronici, comprese le infrastrutture di comunicazione, le apparecchiature industriali, i sistemi automobilistici e innumerevoli prodotti elettronici. Pensa a un chip di temporizzazione come a un metronomo utilizzato da un pianista, che fornisce al musicista un ritmo preciso e costante per un'esecuzione musicale più nitida e chiara. Nonostante la prevalenza della tecnologia di temporizzazione nelle nostre vite, relativamente poche persone, ad eccezione di ingegneri di sistema e architetti, sono consapevoli dei ruoli cruciali che gli orologi e gli oscillatori hanno svolto nelle rivoluzioni delle comunicazioni negli ultimi decenni. Mentre entriamo nell'era del 5G, la tecnologia di cronometraggio è più critica che mai.
Quali sono le diverse tecnologie di temporizzazione nel 5G? Perché i MEMS a base di silicio?
La maggior parte dei sistemi elettronici ha storicamente utilizzato dispositivi di cronometraggio al quarzo, funzionalmente simili ai cristalli di quarzo che risuonano silenziosamente all'interno dei nostri orologi da polso analogici. Il quarzo è una tecnologia di temporizzazione vecchia di 70 anni e i suoi risonatori e oscillatori ci hanno servito bene nel corso dei decenni. Tuttavia, è in corso una rivoluzione silenziosa nel settore del cronometraggio. Nuove generazioni di dispositivi di temporizzazione basati su minuscoli e ingegnosi risonatori di sistemi meccanici microelettronici (MEMS) hanno sostituito il quarzo in applicazioni che richiedono la massima affidabilità e resilienza ai fattori di stress ambientale. La tecnologia MEMS, combinata con i circuiti analogici, fornisce una soluzione di temporizzazione completa che è molto più piccola e di potenza inferiore rispetto ai dispositivi equivalenti al quarzo ed è molto più resistente alle condizioni ambientali difficili.
Perché i MEMS sono emersi come la tecnologia di temporizzazione 5G di fatto?
I dispositivi di temporizzazione MEMS sono stati perfezionati nel corso di più generazioni e hanno costantemente sostituito le controparti al quarzo in molte applicazioni di comunicazione e rete impegnative come l'infrastruttura wireless 4G LTE e 5G. I risonatori, gli oscillatori e i dispositivi "clock-system-on-a-chip" basati su MEMS offrono prestazioni, affidabilità e resilienza di ordini di grandezza superiori rispetto alle soluzioni al quarzo. Per questi motivi, MEMS è una tecnologia di temporizzazione di precisione ideale per stazioni base 5G macro e piccole celle installate all'aperto, aiutando i produttori di apparecchiature e gli operatori mobili a mantenere la promessa del 5G.
Conclusione
Il successo del 5G dipenderà in parte dalla soddisfazione del cliente, non solo in termini di prestazioni wireless senza rivali, ma anche di assoluta affidabilità. Con il 5G, semplicemente non esiste alcuna opzione per le chiamate cadute o le interruzioni di rete causate da temperature estreme, vibrazioni eccessive o urti improvvisi. Che si tratti di un'auto a guida autonoma o di un intervento chirurgico a distanza, sia gli operatori che gli utenti devono poter fare affidamento sul 5G come tecnologia di sicurezza. I produttori di apparecchiature 5G hanno già iniziato a utilizzare la tecnologia di temporizzazione basata su MEMS nell'infrastruttura di rete. In effetti, più di 10 diverse applicazioni 5G ora utilizzano dispositivi di temporizzazione MEMS.
Era ora: la rivoluzione del 5G è ben avviata e gli ultimi progressi nella tecnologia di temporizzazione MEMS contribuiranno a dare energia alla prossima innovazione e trasformazione della rete wireless.
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