Pelaksanaan 5G awal bermula pada akhir 2019, dan sejak itu, reka bentuk RF front-end (RFFE) telah berkembang jauh dari segi integrasi dan sokongan yang lebih tinggi untuk operasi multimode mulai dari radio 5G hingga 2G.
Sebagai contoh, penukar data dalam RFFE ini kini menyokong lebar jalur saluran yang terdapat dalam jalur gelombang milimeter (mmWave). Ini seterusnya akan membuka pintu untuk generalisasi seni bina RF dan berpotensi mengurangkan kerumitan litar RF dengan menggerakkan jurang digital-analog lebih dekat ke antena.
RFFE juga dikenali sebagai modul front-end. Bahagian-bahagian ini menggunakan seni bina partition pintar untuk mengintegrasikan penguat berkelajuan tinggi, menerima penukar analog-ke-digital, dan menukar penukar digital-ke-analog jalur bersama dengan reka bentuk penapis frekuensi tinggi yang semakin menyusut. Integrasi adalah nama permainan dalam reka bentuk radio 5G, kerana penyelesaian RF diskrit tidak lagi mencukupi.
Ikuti reka bentuk RFFE Qualcomm yang mengintegrasikan beberapa komponen RF antara modem dan antena. Penyelesaian modem-ke-antena ini menyatukan modem, transceiver RF, komponen front-RF RF, dan modul antena, sehingga membolehkan OEM mudah alih mengkomersialkan peranti dengan cepat dengan sokongan untuk jalur frekuensi baru seperti n53, n70, dan n259 pada 41- Jalur GHz.
Salah satu contoh terbaru ialah sistem modem-RF Snapdragon X65 5G, penyelesaian modem-ke-antena 5G generasi keempat Qualcomm. Snapdragon X65 menyokong agregasi spektrum hingga 1 GHz dalam spektrum mmWave dan 300 MHz sub-6-GHz spektrum.
X65 adalah penyelesaian modem-ke-antena 5G generasi keempat yang mempunyai keupayaan penalaan antena dan pengagregatan spektrum. (Sumber: Qualcomm)
Kemudian ada hujung depan RF ADR554x untuk radio MIMO (M-MIMO) besar-besaran dari Analog Devices Inc. RFFE ini meningkatkan jumlah saluran transceiver serentak yang beroperasi dalam pelbagai jalur sambil memasukkan semua perkakasan yang diperlukan menjadi faktor bentuk yang lebih kecil.
Rangkaian depan RF keluarga ADR554x menggabungkan suis kuasa tinggi dalam proses silikon dan penguat bunyi rendah berprestasi tinggi dalam proses GaAs. Hujung depan RF ini, yang merangkumi jalur selular dari 1.8 GHz hingga 5.3 GHz, direka secara optimum untuk antarmuka antena M-MIMO.
Akibatnya, dengan bilangan antena dan jalur yang lebih tinggi yang perlu disokong dan sebilangan besar komponen yang diperlukan untuk mencapai liputan yang mencukupi, kita melihat kerumitan yang belum pernah terjadi sebelumnya di wilayah RF. Sehingga pada awalnya, kerumitan radio 5G yang semakin meningkat mengehadkan bilangan pengeluar dengan kepakaran untuk mengembangkan subsistem RF yang kompleks. Walau bagaimanapun, lebih banyak pembekal kini melangkah ke cabaran RFFE kerana reka bentuk 5G semakin matang.
Cabaran reka bentuk depan RF
Reka bentuk RF mewakili peluang besar dalam rangkaian 5G di tengah-tengah penyebaran sebilangan besar stesen pangkalan di persekitaran sel mini, mikro, pico-, dan femto-sel, serta peranti terminal baru untuk internet-of-things dan industri Aplikasi IoT. Ini mungkin menambah pertumbuhan besar dalam peranti yang disambungkan untuk kes dan keperluan penggunaan yang sangat pelbagai.
Kecekapan dan penggunaan spektral, kelajuan yang lebih tinggi, dan latensi yang lebih rendah adalah pertimbangan utama untuk reka bentuk RFFE untuk memenuhi peningkatan besar dalam kapasiti lalu lintas data tanpa wayar ini. Pertama dan paling utama, kecekapan spektrum sangat penting kerana frekuensi mmWave, spektrum di atas 6 GHz, telah menarik banyak perhatian untuk ketersediaan lebar jalur yang luas.
Walau bagaimanapun, penghantaran di jalur mmWave paling mencabar di kawasan luar, dan tugas reka bentuk RFFE adalah untuk memperbaiki kehilangan jalan tinggi, oksigen tinggi dan H2O penyerapan, kerugian melalui dedaunan, dan pudar kerana hujan. Oleh itu, pereka RF menggunakan teknologi beamforming dan track-beam untuk mengatasi ciri saluran yang tidak baik dalam frekuensi mmWave.
Kedua, kelajuan sangat penting dalam reka bentuk RFFE kerana seni bina radio 5G beroperasi pada kadar data yang jauh lebih tinggi daripada sistem 2G, 3G, dan 4G sebelumnya. Sistem 5G yang ada sekarang adalah 10 × lebih pantas daripada radio 4G LTE.
Ketiga, latensi adalah elemen baru, bersama dengan akses yang lebih pantas dalam reka bentuk 5G. Ia jauh lebih penting dalam RFF 5G daripada versi 3G dan 4G sebelumnya. 5G mempunyai kependaman minimum 1 ms atau kurang. Sebaliknya, dalam sistem 4G, kependaman adalah pada 50 ms hingga 98 ms, dalam sistem 3G pada 212 ms, dan dalam sistem 2G pada 629 ms. Perkhidmatan 5G baru kini menggunakan ciri komunikasi latensi rendah yang sangat dipercayai untuk menguruskan masalah yang berkaitan dengan latensi.
Penyelesaian RFFE yang sangat bersepadu, seperti Sistem Modem-RF Qualcomm X55 5G, yang menyokong gabungan pita frekuensi dan mod membolehkan jurutera memberi tumpuan kepada reka bentuk industri dan antara muka pengguna, sehingga memberikan produk yang lebih baik dalam masa yang lebih singkat dan dengan kos yang lebih rendah. (Sumber: Qualcomm)
Sinopsis isu RFFE dalam reka bentuk 5G menunjukkan sifat mengganggu teknologi RF. Terutamanya, apabila pensampelan RF semakin hampir dengan antena, yang seterusnya, akan memudahkan dan mengecilkan faktor bentuk radio dan membolehkan tahap integrasi yang lebih tinggi. Jadi pada ini teknologi persimpangan jalan, apakah yang industri lakukan untuk memudahkan tahap integrasi yang lebih tinggi sambil mengekalkan kerumitan reka bentuk dalam kawalan? Bahagian berikut melihat dengan lebih dekat inisiatif industri RF.
Konsortium OpenRF
Open RF Association (OpenRF) yang baru ditubuhkan bertujuan untuk mewujudkan interoperabiliti fungsi perkakasan dan perisian di hujung depan multimode RF dalam reka bentuk 5G. Kerangka terbuka ini akan menyeragamkan antara muka perkakasan dan perisian sambil tetap membenarkan inovasi reka bentuk di kalangan pembekal penyelesaian RF. Anggota pengasas konsortium itu termasuk Broadcom, Intel, MediaTek, Murata, Qorvo, dan Samsung.
Menurut Joe Madden, penganalisis utama di Mobile Experts, industri mudah alih semakin memerlukan struktur untuk menangani kerumitan, yang kini menjadi ciri reka bentuk front-RF RF. "OpenRF akan menyeragamkan blok bangunan di kawasan yang tidak kompetitif dan dengan itu membolehkan vendor RFFE memusatkan usaha mereka pada titik inovasi yang tajam," katanya.
Perlu diperhatikan bahawa spesifikasi MIPI RFFE yang menentukan antara muka kawalan hujung depan RF akan terus dikembangkan dalam Kumpulan Kerja RFFE Alliance MIPI. Lebih-lebih lagi, OpenRF kini sedang mengusahakan perjanjian penghubung dengan MIPI Alliance.
Garis besar mengenai cabaran, penyelesaian, dan inisiatif industri front-end RF untuk aplikasi telefon bimbit dan infrastruktur 5G adalah bukti pemacu integrasi hiper yang membawa modularisasi RFFE semakin dekat dengan kenyataan. Selanjutnya, sementara hujung depan RF adalah komponen pembungkus yang penting dalam merutekan, menyaring, dan menguatkan isyarat ke dan dari antena, reka bentuk yang sangat bersepadu ini secara langsung akan mempengaruhi penggunaan kuasa peranti. Itu penting dalam reka bentuk peranti 5G yang menawarkan jangka hayat bateri sepanjang hari.
tentang Peranti AnalogQualcomm