Ранние реализации 5G начались в конце 2019 года, и с тех пор проекты RF-интерфейсов (RFFE) прошли долгий путь с точки зрения более высокой интеграции и поддержки многорежимной работы в диапазоне от радиостанций 5G до 2G.
Например, преобразователи данных в этих RFFE теперь поддерживают полосу пропускания канала, доступную в миллиметровых (миллиметровых) диапазонах. Это, в свою очередь, откроет двери для обобщения ВЧ-архитектур и потенциально снизит сложность ВЧ-схем за счет перемещения цифро-аналогового разделения ближе к антенне.
RFFE также известны как интерфейсные модули. В этих компонентах используются архитектуры интеллектуального разделения для интеграции высокоскоростных усилителей, аналого-цифровых преобразователей приема и цифро-аналоговых преобразователей тракта передачи, а также постоянно сокращающихся конструкций высокочастотных фильтров. Интеграция - это главное в проектах радиосвязи 5G, поскольку дискретных радиочастотных решений уже недостаточно.
Возьмем, к примеру, RFFE-конструкцию Qualcomm, которая объединяет несколько радиочастотных компонентов между модемом и антенной. Эти решения «модем-антенна» объединяют модем, радиочастотный трансивер, внешние радиочастотные компоненты и антенные модули, что позволяет производителям мобильных устройств быстро коммерциализировать устройства с поддержкой новых частотных диапазонов, таких как n53, n70 и n259 в 41-м диапазоне. Диапазон ГГц.
Одним из последних примеров является модем-RF-система Snapdragon X65 5G, решение Qualcomm четвертого поколения для подключения модема к антенне 5G. Snapdragon X65 поддерживает агрегирование спектра до 1 ГГц в спектре миллиметровых волн и 300 МГц в спектре ниже 6 ГГц.
X65 - это решение четвертого поколения для подключения модема к антенне 5G, которое поддерживает настройку антенны и возможности агрегирования спектра. (Источник: Qualcomm)
Кроме того, существуют внешние интерфейсы RF ADR554x для массивных радиостанций MIMO (M-MIMO) от Analog Devices Inc. Эти RFFE значительно увеличивают количество одновременных каналов приемопередатчиков, работающих в нескольких диапазонах, одновременно сжимая все необходимое оборудование в меньший форм-фактор.
Семейство входных радиочастотных интерфейсов ADR554x включает в себя высокомощный переключатель в кремниевом процессе и высокопроизводительный малошумящий усилитель из GaAs. Эти внешние радиочастотные интерфейсы, которые покрывают диапазоны сотовой связи от 1.8 ГГц до 5.3 ГГц, оптимально разработаны для антенных интерфейсов M-MIMO.
В результате, с большим количеством антенн и диапазонов, которые необходимо поддерживать, и большим количеством компонентов, необходимых для достижения адекватного покрытия, мы видим беспрецедентную сложность в области RF. Таким образом, на начальном этапе возрастающая сложность радиостанций 5G ограничивала число производителей, обладающих опытом для разработки таких сложных РЧ-подсистем. Однако сейчас все больше поставщиков решают задачу RFFE по мере того, как проекты 5G становятся все более зрелыми.
Проблемы проектирования ВЧ-интерфейса
ВЧ-дизайн представляет огромные возможности в сетях 5G на фоне развертывания огромного количества базовых станций в средах мини-, микро-, пико- и фемтосот, а также новых оконечных устройств для Интернета вещей и промышленных предприятий. Приложения Интернета вещей. Это, вероятно, приведет к значительному росту количества подключенных устройств для самых разных вариантов использования и требований.
Спектральная эффективность и повторное использование, более высокая скорость и меньшая задержка являются основными соображениями при проектировании RFFE для удовлетворения этого огромного увеличения пропускной способности беспроводного трафика данных. Прежде всего, спектральная эффективность имеет жизненно важное значение, потому что частоты миллиметровых волн, спектр выше 6 ГГц, привлекли большое внимание из-за наличия широкой полосы пропускания.
Однако передача в миллиметровом диапазоне является наиболее сложной задачей на открытом воздухе, и задача конструкции RFFE заключается в улучшении потерь на пути распространения, высокого содержания кислорода и H2Поглощение O, потери через листву и выцветание из-за дождя. Поэтому разработчики радиочастот используют технологии формирования луча и отслеживания луча, чтобы преодолеть неблагоприятные характеристики канала на частоте миллиметрового диапазона.
Во-вторых, скорость имеет решающее значение в проектах RFFE, потому что радиоархитектура 5G работает на гораздо более высоких скоростях передачи данных, чем предыдущие системы 2G, 3G и 4G. Нынешние системы 5G в 10 раз быстрее, чем радиостанции 4G LTE.
В-третьих, задержка - это новый элемент, наряду с более быстрым доступом в проектах 5G. В RFFE 5G это гораздо важнее, чем в предыдущих версиях 3G и 4G. 5G имеет минимальную задержку 1 мс или меньше. С другой стороны, в системах 4G задержка составляет от 50 мс до 98 мс, в системах 3G - 212 мс, а в системах 2G - колоссальных 629 мс. В новых сервисах 5G теперь используется сверхнадежная функция связи с малой задержкой для решения проблем, связанных с задержкой.
Высокоинтегрированные RFFE-решения, такие как модем-RF-система Qualcomm X55 5G, которые поддерживают любую комбинацию частотных диапазонов и режимов, позволяют инженерам сосредоточиться на промышленном дизайне и пользовательском интерфейсе, тем самым предоставляя более качественные продукты в более короткие сроки и с меньшими затратами. (Источник: Qualcomm)
Краткое описание проблем RFFE в проектах 5G показывает революционный характер радиочастотных технологий. Особенно, когда радиочастотная выборка становится ближе к антенне, что, в свою очередь, упростит и сократит форм-факторы радиосистемы и обеспечит более высокий уровень интеграции. Итак, в этом technology Перекресток, что делает отрасль, чтобы обеспечить более высокий уровень интеграции, сохраняя при этом сложность конструкции? В следующем разделе более подробно рассматривается инициатива радиочастотной отрасли.
Консорциум OpenRF
Недавно созданная Open RF Association (OpenRF) нацелена на обеспечение функциональной совместимости аппаратного и программного обеспечения с многомодовыми интерфейсами RF в проектах 5G. Эта открытая структура стандартизирует аппаратные и программные интерфейсы, но при этом позволит поставщикам РЧ-решений создавать инновационные решения. В число учредителей консорциума входят Broadcom, Intel, MediaTek, Murata, Qorvo и Samsung.
По словам Джо Мэддена, главного аналитика Mobile Experts, отрасли мобильной связи все чаще требуется структура, чтобы справиться со сложностью, которая теперь является отличительной чертой дизайна интерфейсов RF. «OpenRF будет стандартизировать строительные блоки в неконкурентоспособных областях и, таким образом, позволит поставщикам RFFE сосредоточить свои усилия на острой точке инноваций», - сказал он.
Стоит отметить, что спецификация MIPI RFFE, определяющая интерфейс управления РЧ-интерфейса, будет и дальше разрабатываться в рамках рабочей группы RFFE Альянса MIPI. Более того, OpenRF в настоящее время работает над соглашением о взаимодействии с MIPI Alliance.
Приведенный выше обзор проблем проектирования внешнего интерфейса RF, решений и отраслевых инициатив для мобильных телефонов 5G и инфраструктурных приложений является свидетельством стремления к гипер-интеграции, которое еще больше приближает модульность RFFE к реальности. Кроме того, хотя внешние радиочастотные компоненты являются компонентами, необходимыми для маршрутизации, фильтрации и усиления сигналов к антеннам и от них, эти высокоинтегрированные конструкции будут напрямую влиять на энергопотребление устройства. Это критически важно для устройств 5G, обеспечивающих автономную работу в течение всего дня.
об Analog DevicesQualcomm