初期の5Gの実装は、2019年の終わりに始まり、それ以来、RFフロントエンド（RFFE）の設計は、5Gから2G無線までのマルチモード動作の高度な統合とサポートという点で、長い道のりを歩んできました。
たとえば、これらのRFFEのデータコンバータは、ミリ波（mmWave）帯域で利用可能なチャネル帯域幅をサポートするようになりました。 これにより、RFアーキテクチャの一般化への扉が開かれ、デジタルアナログ分割をアンテナに近づけることでRF回路の複雑さが軽減される可能性があります。
RFFEは、フロントエンドモジュールとも呼ばれます。 これらの部品は、スマートパーティショニングアーキテクチャを使用して、高速増幅器を統合し、アナログ-デジタルコンバーターを受信し、パスデジタル-アナログコンバーターを送信し、縮小し続ける高周波フィルター設計を備えています。 ディスクリートRFソリューションではもはや十分ではないため、統合は5G無線設計におけるゲームの名前です。
モデムとアンテナの間にいくつかのRFコンポーネントを統合するクアルコムのRFFE設計を採用してください。 これらのモデムからアンテナへのソリューションは、モデム、RFトランシーバー、RFフロントエンドコンポーネント、およびアンテナモジュールを統合するため、モバイルOEMは、53-のn70、n259、n41などの新しい周波数帯域をサポートするデバイスを迅速に商品化できます。 GHz帯域。
最新の例の65つは、クアルコムの第5世代5GモデムからアンテナへのソリューションであるSnapdragon X65Gモデム-RFシステムです。 Snapdragon X1は、ミリ波スペクトルで最大300 GHz、サブ6GHzスペクトルでXNUMXMHzのスペクトル集約をサポートします。
X65は、アンテナチューニングおよびスペクトル集約機能を備えた第5世代のXNUMXGモデム間ソリューションです。 （出典：クアルコム）
次に、Analog Devices Incの大規模MIMO（M-MIMO）無線用のADR554x RFフロントエンドがあります。これらのRFFEは、必要なすべてのハードウェアをより小さなフォームファクタに絞り込みながら、複数の帯域で動作する同時トランシーバチャネルの数を大幅に増やします。
RFフロントエンドのADR554xファミリには、シリコンプロセスに高電力スイッチが組み込まれ、GaAsプロセスに高性能低ノイズアンプが組み込まれています。 1.8 GHz〜5.3 GHzのセルラー帯域をカバーするこれらのRFフロントエンドは、M-MIMOアンテナインターフェイス用に最適に設計されています。
その結果、サポートする必要のあるアンテナと帯域の数が増え、適切なカバレッジを実現するために必要なコンポーネントの数が増えると、RF領域で前例のない複雑さが見られます。 そのため、初期には、5G無線の複雑さが増すため、このような複雑なRFサブシステムを開発する専門知識を持つメーカーの数が制限されていました。 ただし、5G設計が成熟するにつれ、より多くのサプライヤがRFFEの課題に取り組んでいます。
RFフロントエンド設計の課題
RF設計は、ミニ、マイクロ、ピコ、およびフェムトセル環境での膨大な数の基地局、ならびにモノのインターネットおよび産業用の新しい端末デバイスの展開の中で、5Gネットワークにおける大きなチャンスを表しています。 IoTアプリケーション。 これにより、非常に多様なユースケースと要件に対応する接続デバイスが大幅に増加する可能性があります。
スペクトル効率と再利用、高速化、および低遅延は、ワイヤレスデータトラフィック容量のこの大幅な増加に対応するためのRFFE設計の主要な考慮事項です。 何よりもまず、6 GHzを超えるスペクトルであるミリ波周波数が広範な帯域幅の可用性に大きな注目を集めているため、スペクトル効率は非常に重要です。
ただし、ミリ波帯での伝送は屋外エリアで最も困難であり、RFFE設計のタスクは、高経路損失、高酸素、およびHを改善することです。2O吸収、葉による損失、および雨による退色。 そのため、RF設計者は、ミリ波周波数の好ましくないチャネル特性を克服するために、ビームフォーミングおよびビーム追跡技術を採用しています。
第5に、2G無線アーキテクチャは以前の3G、4G、および5Gシステムよりもはるかに高いデータレートで動作するため、RFFE設計では速度が重要です。 現在の10Gシステムは、4GLTE無線よりもXNUMX倍高速です。
第三に、レイテンシーは新しい要素であり、5G設計でのアクセスが高速化されています。 5G RFFEでは、以前の3Gおよび4Gバージョンよりもはるかに重要です。 5Gの最小遅延は1ミリ秒以下です。 一方、4Gシステムでは、遅延は50ミリ秒から98ミリ秒、3Gシステムでは212ミリ秒、2Gシステムではなんと629ミリ秒です。 新しい5Gサービスは現在、遅延関連の問題を管理するために、超信頼性の低遅延通信機能を採用しています。
Qualcomm X55 5G Modem-RF Systemのような高度に統合されたRFFEソリューションは、周波数帯域とモードの任意の組み合わせをサポートするため、エンジニアは工業デザインとユーザーインターフェイスに集中できるため、より優れた製品をより短時間で低コストで提供できます。 （出典：クアルコム）
5G 設計における RFFE 問題の概要は、RF テクノロジーの破壊的な性質を示しています。 特に、RF サンプリングがアンテナに近づくと、無線フォーム ファクターが簡素化および縮小され、より高いレベルの統合が可能になります。 それで、これで テクノロジー 設計の複雑さを抑えながら、より高いレベルの統合を促進するために業界は何をしているのでしょうか? 次のセクションでは、RF 業界の取り組みを詳しく見ていきます。
OpenRFコンソーシアム
最近設立されたOpenRF Association（OpenRF）は、5G設計のマルチモードRFフロントエンド全体でハードウェアとソフトウェアの機能的な相互運用性を実現することを目的としています。 このオープンフレームワークは、ハードウェアとソフトウェアのインターフェイスを標準化すると同時に、RFソリューションサプライヤ間の設計革新を可能にします。 コンソーシアムの創設メンバーには、Broadcom、Intel、MediaTek、Murata、Qorvo、Samsungが含まれます。
MobileExpertsの主席アナリストであるJoeMadden氏によると、モバイル業界は複雑さに対処するための構造をますます必要としています。これは現在、RFフロントエンド設計の特徴です。 「OpenRFは非競争分野のビルディングブロックを標準化するため、RFFEベンダーはイノベーションの鋭いポイントに注力することができます」と彼は言いました。
RFフロントエンドの制御インターフェースを定義するMIPIRFFE仕様は、MIPIアライアンスのRFFEワーキンググループ内で引き続き開発されることに注意してください。 さらに、OpenRFは現在MIPIアライアンスとの連絡協定に取り組んでいます。
上記のRFフロントエンド設計の課題、ソリューション、および5Gハンドセットとインフラストラクチャアプリケーションの業界イニシアチブの概要は、RFFEのモジュール化を現実に近づけるハイパーインテグレーションドライブの証です。 さらに、RFフロントエンドは、アンテナとの間の信号のルーティング、フィルタリング、および増幅に不可欠なコンポーネントをパッキングしていますが、これらの高度に統合された設計は、デバイスの消費電力に直接影響します。 これは、終日のバッテリ寿命を提供する5Gデバイス設計では重要です。
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