İlk 5G uygulamaları 2019'un sonunda başladı ve o zamandan beri RF ön uç (RFFE) tasarımları, daha yüksek entegrasyon ve 5G'den 2G radyolara kadar çok modlu operasyon desteği açısından uzun bir yol kat etti.
Örneğin, bu RFFE'lerdeki veri dönüştürücüler artık milimetre dalga (mmWave) bantlarında mevcut olan kanal bant genişliklerini desteklemektedir. Bu da RF mimarilerinin genelleştirilmesi için kapıları açacak ve dijital-analog ayrımı antene yaklaştırarak RF devresinin karmaşıklığını potansiyel olarak azaltacaktır.
RFFE'ler aynı zamanda ön uç modüller olarak da bilinir. Bu parçalar, yüksek hızlı amplifikatörleri entegre etmek, analogdan dijitale dönüştürücüleri almak ve dijitalden analoğa dönüştürücüleri iletmek için sürekli daralan yüksek frekans filtre tasarımlarıyla birlikte akıllı bölümleme mimarilerini kullanır. Ayrık RF çözümleri artık yeterli olmadığından entegrasyon, 5G radyo tasarımlarında oyunun adıdır.
Qualcomm'un modem ve anten arasında çeşitli RF bileşenlerini entegre eden RFFE tasarımlarını ele alalım. Bu modemden antene çözümler modemi, RF alıcı-vericisini, RF ön uç bileşenlerini ve anten modüllerini bir araya getirerek mobil OEM'lerin 53. yüzyılda n70, n259 ve n41 gibi yeni frekans bantlarını destekleyen cihazları hızlı bir şekilde ticarileştirmesine olanak tanır. GHz bandı.
En yeni örneklerden biri, Qualcomm'un dördüncü nesil 65G modemden antene çözümü olan Snapdragon X5 5G modem-RF sistemidir. Snapdragon X65, mmWave spektrumunda 1 GHz'e ve 300 GHz altı spektrumda 6 MHz'e kadar spektrum toplanmasını destekler.
X65, anten ayarlama ve spektrum toplama yeteneklerine sahip dördüncü nesil 5G modemden antene çözümdür. (Kaynak: Qualcomm)
Ayrıca, Analog Devices Inc.'in devasa MIMO (M-MIMO) radyoları için ADR554x RF ön uçları da var. Bu RFFE'ler, gerekli tüm donanımı daha küçük bir form faktörüne sıkıştırırken birden fazla bantta çalışan eşzamanlı alıcı-verici kanallarının sayısını büyük ölçüde artırır.
ADR554x RF ön uç ailesi, silikon işleminde yüksek güçlü bir anahtar ve GaAs işleminde yüksek performanslı, düşük gürültülü bir amplifikatör içerir. 1.8 GHz'den 5.3 GHz'e kadar hücresel bantları kapsayan bu RF ön uçları, M-MIMO anten arayüzleri için en uygun şekilde tasarlanmıştır.
Sonuç olarak, desteklenmesi gereken daha fazla sayıda anten ve bant ve yeterli kapsamayı elde etmek için gerekli olan çok sayıda bileşen ile RF alanında benzeri görülmemiş bir karmaşıklık görüyoruz. Dolayısıyla, ilk başlarda 5G telsizlerin artan karmaşıklığı, bu tür karmaşık RF alt sistemlerini geliştirme uzmanlığına sahip üreticilerin sayısını sınırladı. Ancak 5G tasarımları olgunlaştıkça daha fazla tedarikçi RFFE mücadelesine adım atıyor.
RF ön uç tasarım zorlukları
RF tasarımı, mini, mikro, piko ve femto hücre ortamlarında çok sayıda baz istasyonunun yanı sıra nesnelerin interneti ve endüstriyel için yeni terminal cihazlarının konuşlandırılmasıyla 5G ağlarında büyük bir fırsatı temsil ediyor IoT uygulamaları. Bunun, çok çeşitli kullanım durumları ve gereksinimler için bağlantılı cihazlarda büyük bir artışa yol açması muhtemeldir.
Spektral verimlilik ve yeniden kullanım, daha yüksek hızlar ve daha düşük gecikme süresi, RFFE tasarımlarının kablosuz veri trafiği kapasitesindeki bu devasa artışı karşılaması açısından dikkate alınması gereken başlıca hususlardır. Her şeyden önce, spektral verimlilik hayati öneme sahiptir çünkü 6 GHz'in üzerindeki spektrum olan mmWave frekansları, geniş bant genişliği kullanılabilirliği nedeniyle büyük ilgi çekmiştir.
Ancak mmWave bandındaki iletim, dış alanlarda en zorlu olanıdır ve RFFE tasarımının görevi, yüksek yol kaybını, yüksek oksijeni ve H'yi iyileştirmektir.2O emme, yapraklardaki kayıplar ve yağmur nedeniyle solma. Bu nedenle RF tasarımcıları, mmWave frekansındaki olumsuz kanal özelliklerinin üstesinden gelmek için ışın oluşturma ve ışın izleme teknolojilerini kullanıyor.
İkincisi, RFFE tasarımlarında hız çok önemlidir çünkü 5G radyo mimarileri önceki 2G, 3G ve 4G sistemlerine göre çok daha yüksek veri hızlarında çalışır. Mevcut 5G sistemleri, 10G LTE telsizlerinden 4 kat daha hızlıdır.
Üçüncüsü, gecikme, 5G tasarımlarında daha hızlı erişimin yanı sıra yeni unsurdur. 5G RFFE'lerde önceki 3G ve 4G versiyonlarına göre çok daha önemlidir. 5G'nin minimum gecikme süresi 1 ms veya daha azdır. Öte yandan, 4G sistemlerde gecikme 50 ms ila 98 ms, 3G sistemlerde 212 ms ve 2G sistemlerde ise 629 ms'dir. Yeni 5G hizmetleri artık gecikmeyle ilgili sorunları yönetmek için son derece güvenilir, düşük gecikmeli iletişim özelliğini kullanıyor.
Her türlü frekans bandı ve mod kombinasyonunu destekleyen Qualcomm X55 5G Modem-RF Sistemi gibi son derece entegre RFFE çözümleri, mühendislerin endüstriyel tasarıma ve kullanıcı arayüzüne odaklanmasına olanak tanıyarak daha kısa sürede ve daha düşük maliyetle daha iyi ürünler sunar. (Kaynak: Qualcomm)
5G tasarımlarındaki RFFE sorunlarının özeti RF teknolojilerinin yıkıcı doğasını gösteriyor. Özellikle RF örneklemesi antene yaklaştığında, bu da radyo form faktörlerini basitleştirip küçültecek ve daha yüksek düzeyde entegrasyona olanak sağlayacaktır. Yani bu konuda teknoloji Bir dönüm noktası olarak endüstri, tasarım karmaşıklığını kontrol altında tutarken daha yüksek düzeyde entegrasyonu kolaylaştırmak için neler yapıyor? Aşağıdaki bölümde RF endüstrisi girişimine daha yakından bakılmaktadır.
OpenRF konsorsiyumu
Yakın zamanda kurulan Open RF Association (OpenRF), 5G tasarımlarında çok modlu RF ön uçlarında donanım ve yazılımın işlevsel birlikte çalışabilirliğini yaratmayı amaçlıyor. Bu açık çerçeve, donanım ve yazılım arayüzlerini standartlaştırırken RF çözüm tedarikçileri arasında tasarım yeniliğine de olanak tanıyacak. Konsorsiyumun kurucu üyeleri arasında Broadcom, Intel, MediaTek, Murata, Qorvo ve Samsung yer alıyor.
Mobile Experts'in baş analisti Joe Madden'e göre mobil endüstrisi, artık RF ön uç tasarımlarının ayırt edici özelliği olan karmaşıklığın üstesinden gelmek için giderek daha fazla yapıya ihtiyaç duyuyor. "OpenRF, rekabetçi olmayan alanlardaki yapı taşlarını standartlaştıracak ve böylece RFFE satıcılarının çabalarını yeniliğin keskin noktasına odaklamasına olanak tanıyacak" dedi.
RF ön ucunun kontrol arayüzünü tanımlayan MIPI RFFE spesifikasyonunun, MIPI Alliance'ın RFFE Çalışma Grubu bünyesinde geliştirilmeye devam edeceğini belirtmekte fayda var. Ayrıca OpenRF şu anda MIPI Alliance ile bir irtibat anlaşması üzerinde çalışıyor.
5G telefon ve altyapı uygulamalarına yönelik RF ön uç tasarım zorlukları, çözümleri ve sektör girişimlerinin yukarıdaki taslağı, RFFE modülerizasyonunu gerçeğe daha da yakınlaştıran hiper entegrasyon dürtüsünün bir kanıtıdır. Ayrıca RF ön uçları, antenlere giden ve antenlerden gelen sinyallerin yönlendirilmesi, filtrelenmesi ve güçlendirilmesi için gerekli bileşenleri paketliyor olsa da, bu yüksek düzeyde entegre tasarımlar cihazın güç tüketimini doğrudan etkileyecektir. Tüm gün pil ömrü sunan 5G cihaz tasarımlarında bu kritik bir öneme sahiptir.
Analog DevicesQualcomm hakkında