초기 5G 구현은 2019년 말에 시작되었으며 그 이후로 RF 프론트 엔드(RFFE) 설계는 5G에서 2G 무선에 이르는 다중 모드 작동에 대한 더 높은 통합 및 지원 측면에서 먼 길을 왔습니다.
예를 들어, 이러한 RFFE의 데이터 변환기는 이제 밀리미터파(mmWave) 대역에서 사용할 수 있는 채널 대역폭을 지원합니다. 그러면 RF 아키텍처의 일반화를위한 문이 열리고 디지털 아날로그 분할을 안테나에 더 가깝게 이동하여 RF 회로의 복잡성을 잠재적으로 줄일 수 있습니다.
RFFE는 프런트 엔드 모듈이라고도합니다. 이러한 부품은 스마트 파티셔닝 아키텍처를 사용하여 고속 증폭기를 통합하고, 아날로그-디지털 변환기를 수신하고, 지속적으로 축소되는 고주파 필터 설계와 함께 경로 디지털-아날로그 변환기를 전송합니다. 개별 RF 솔루션이 더 이상 충분하지 않기 때문에 통합은 5G 무선 설계에서 게임의 이름입니다.
모뎀과 안테나 사이에 여러 RF 구성 요소를 통합하는 Qualcomm의 RFFE 설계를 예로 들어 보겠습니다. 이러한 모뎀-안테나 솔루션은 모뎀, RF 트랜시버, RF 프런트 엔드 구성 요소 및 안테나 모듈을 결합하여 모바일 OEM이 53에서 n70, n259 및 n41와 같은 새로운 주파수 대역을 지원하는 장치를 신속하게 상용화 할 수 있도록합니다. GHz 대역.
최신 사례 중 하나는 Qualcomm의 65세대 5G 모뎀-안테나 솔루션인 Snapdragon X5 65G 모뎀-RF 시스템입니다. Snapdragon X1는 mmWave 스펙트럼에서 최대 300GHz, sub-6GHz 스펙트럼에서 XNUMXMHz의 스펙트럼 집계를 지원합니다.
X65는 안테나 튜닝 및 스펙트럼 집계 기능을 갖춘 5 세대 XNUMXG 모뎀-안테나 솔루션입니다. (출처: 퀄컴)
그런 다음 Analog Devices Inc.의 대규모 MIMO(M-MIMO) 무선을 위한 ADR554x RF 프런트 엔드가 있습니다. 이러한 RFFE는 필요한 모든 하드웨어를 더 작은 폼 팩터로 압축하면서 여러 대역에서 작동하는 동시 트랜시버 채널의 수를 크게 늘립니다.
RF 프런트 엔드의 ADR554x 제품군은 실리콘 프로세스의 고전력 스위치와 GaAs 프로세스의 고성능 저잡음 증폭기를 통합합니다. 1.8GHz ~ 5.3GHz의 셀룰러 대역을 커버하는 이러한 RF 프런트 엔드는 M-MIMO 안테나 인터페이스에 최적으로 설계되었습니다.
결과적으로 지원해야하는 안테나와 대역이 더 많고 적절한 커버리지를 달성하는 데 필요한 많은 구성 요소가 있기 때문에 RF 영역에서 전례없는 복잡성을 볼 수 있습니다. 따라서 초기에는 5G 무선의 복잡성 증가로 인해 이러한 복잡한 RF 하위 시스템을 개발할 수 있는 전문 지식을 갖춘 제조업체의 수가 제한되었습니다. 그러나 5G 설계가 성숙함에 따라 더 많은 공급 업체가 RFFE 과제에 발을 들여 놓고 있습니다.
RF 프런트 엔드 설계 과제
RF 설계는 미니, 마이크로, 피코 및 펨토 셀 환경에 방대한 수의 기지국과 사물 인터넷 및 산업을위한 새로운 단말 장치를 배치하는 가운데 5G 네트워크에서 엄청난 기회를 나타냅니다. IoT 애플리케이션. 이는 매우 다양한 사용 사례 및 요구 사항에 따라 연결된 장치의 엄청난 성장을 추가 할 가능성이 있습니다.
스펙트럼 효율성 및 재사용, 더 빠른 속도 및 더 낮은 대기 시간은 무선 데이터 트래픽 용량의 엄청난 증가를 충족하기위한 RFFE 설계의 주요 고려 사항입니다. 무엇보다도 스펙트럼 효율성은 6GHz 이상의 스펙트럼인 mmWave 주파수가 광범위한 대역폭 가용성에 대해 많은 관심을 끌었기 때문에 매우 중요합니다.
그러나 mmWave 대역의 전송은 실외 영역에서 가장 까다 롭고 RFFE 설계의 임무는 높은 경로 손실, 높은 산소 및 H를 개선하는 것입니다.2O 흡수, 단풍을 통한 손실 및 비로 인한 퇴색. 따라서 RF 설계자는 mmWave 주파수에서 불리한 채널 특성을 극복하기 위해 빔 포밍 및 빔 추적 기술을 사용하고 있습니다.
둘째, 5G 무선 아키텍처는 이전 2G, 3G 및 4G 시스템보다 훨씬 높은 데이터 속도로 작동하기 때문에 RFFE 설계에서 속도가 중요합니다. 현재의 5G 시스템은 10G LTE 라디오보다 4 배 빠릅니다.
셋째, 5G 설계에서 더 빠른 액세스와 함께 지연이 새로운 요소입니다. 이전 5G 및 3G 버전보다 4G RFFE에서 훨씬 더 중요합니다. 5G의 최소 지연 시간은 1ms 이하입니다. 반면에 4G 시스템에서 지연 시간은 50ms ~ 98ms, 3G 시스템에서는 212ms, 2G 시스템에서는 무려 629ms입니다. 새로운 5G 서비스는 이제 지연 시간 관련 문제를 관리하기 위해 매우 안정적인 저 지연 통신 기능을 채택하고 있습니다.
Qualcomm X55 5G 모뎀 -RF 시스템과 같은 고집적 RFFE 솔루션은 주파수 대역 및 모드의 모든 조합을 지원하므로 엔지니어는 산업 설계 및 사용자 인터페이스에 집중할 수 있으므로 더 짧은 시간에 더 낮은 비용으로 더 나은 제품을 제공 할 수 있습니다. (출처 : Qualcomm)
5G 설계의 RFFE 문제 개요는 RF 기술의 파괴적인 특성을 보여줍니다. 특히 RF 샘플링이 안테나에 가까워지면 무선 폼 팩터가 단순화 및 축소되고 더 높은 수준의 통합이 가능해집니다. 그래서 이것에 technology 교차로에서, 설계 복잡성을 억제하면서 더 높은 수준의 통합을 촉진하기 위해 업계에서는 무엇을 하고 있습니까? 다음 섹션에서는 RF 산업 이니셔티브를 자세히 살펴봅니다.
OpenRF 컨소시엄
최근에 설립 된 OpenRF (Open RF Association)는 5G 설계의 다중 모드 RF 프런트 엔드에서 하드웨어 및 소프트웨어의 기능적 상호 운용성을 생성하는 것을 목표로합니다. 이 개방형 프레임 워크는 하드웨어 및 소프트웨어 인터페이스를 표준화하는 동시에 RF 솔루션 공급 업체 간의 설계 혁신을 허용합니다. 컨소시엄의 창립 멤버로는 Broadcom, Intel, MediaTek, Murata, Qorvo 및 Samsung이 있습니다.
Mobile Experts의 수석 분석가 인 Joe Madden에 따르면, 모바일 산업은 이제 RF 프런트 엔드 설계의 특징 인 복잡성을 처리하기위한 구조를 점점 더 많이 필요로합니다. "OpenRF는 비경쟁 영역의 빌딩 블록을 표준화하여 RFFE 공급 업체가 혁신의 날카로운 지점에 노력을 집중할 수 있도록합니다."라고 그는 말했습니다.
RF 프론트 엔드의 제어 인터페이스를 정의하는 MIPI RFFE 사양은 MIPI Alliance의 RFFE 워킹 그룹 내에서 계속 개발 될 것입니다. 또한 OpenRF는 현재 MIPI Alliance와 연락 계약을 체결하고 있습니다.
5G 핸드셋 및 인프라 애플리케이션에 대한 RF 프런트 엔드 설계 과제, 솔루션 및 업계 이니셔티브에 대한 위의 개요는 RFFE 모듈화를 현실에 더 가깝게 제공하는 하이퍼 통합 드라이브에 대한 증거입니다. 또한 RF 프런트 엔드는 안테나에서 신호를 라우팅, 필터링 및 증폭하는 데 필수적인 구성 요소를 포장하고 있지만 이러한 고집적 설계는 장치의 전력 소비에 직접적인 영향을 미칩니다. 이는 하루 종일 지속되는 배터리 수명을 제공하는 5G 장치 설계에서 매우 중요합니다.
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