5G đang thay đổi các ngành công nghiệp, xã hội và cách chúng ta giao tiếp và sống. Không chỉ đơn giản là 4G LTE nhanh hơn, 5G là một trong những công nghệ biến đổi nhất trong lịch sử viễn thông. Nó nhanh hơn 10 lần so với 4G, hỗ trợ lưu lượng mạng gấp 10,000 lần và có thể xử lý nhiều thiết bị hơn 100 lần, đồng thời cho phép độ trễ là 5/XNUMX mà không có thời gian ngừng hoạt động. Một trong những công nghệ quan trọng nhất sẽ giúp thực hiện lời hứa của XNUMXG là thời gian của hệ thống vi cơ điện tử (MEMS). Định thời MEMS cung cấp các giải pháp có công suất nhỏ hơn và thấp hơn nhiều so với các thiết bị dựa trên thạch anh tương đương và chúng có khả năng chống chịu tốt hơn nhiều với các điều kiện môi trường khắc nghiệt.
Cần có những thay đổi công nghệ nào để phát huy hết khả năng của 5G?
Mặc dù 5G xây dựng trên cơ sở hạ tầng 4G hiện có, nhưng các mạng 5G được triển khai trên quy mô lớn sẽ yêu cầu thiết kế lại hoàn toàn cơ sở hạ tầng truyền thông. Các chuyên gia trong ngành thường đồng ý rằng có thể mất một thập kỷ để triển khai hoàn toàn mạng 5G và để nhận ra giá trị đầy đủ của nó thông qua internet vạn vật, lái xe tự động, y tế từ xa, trí tuệ nhân tạo cũng như thực tế ảo và tăng cường. Các nhà mạng hàng đầu đã bắt đầu cung cấp dịch vụ 5G tại các khu vực thành phố lớn trong năm nay và chúng ta có thể thấy có tới 1.8 tỷ kết nối 5G được triển khai trên toàn thế giới vào cuối năm 2021. Một trong những công nghệ quan trọng nhất cho phép 5G đầu cuối là thời gian MEMS.
Điều gì tiếp tục thúc đẩy nhu cầu thực hiện lời hứa của 5G?
Việc thực hiện đầy đủ lời hứa về 5G đòi hỏi hiệu suất, băng thông và độ trễ vượt quá khả năng của các mạng hiện tại. Cho đến nay, chúng tôi đã triển khai mạng dưới 6 GHz và thị trường cần Sóng milimet cực nhanh (mmWave) công nghệ trong dải tần từ 24GHz đến 40GHz. Sự thay đổi này sẽ yêu cầu triển khai rộng rãi các thiết bị ngoài trời để vượt qua các thách thức về tầm nhìn, tắc nghẽn và vùng phủ sóng liên quan đến tần số mmWave.
Hai yêu cầu triển khai quan trọng đã xuất hiện với 5G: mật độ mạng trong đó các trang web di động được thêm vào mọi lúc mọi nơi để tăng dung lượng khả dụng và đám mây hóa trong đó ánh sáng và các cực tiện ích khác được sử dụng để chuyển đổi mạng và kích hoạt các dịch vụ hỗ trợ 5G. Do khả năng tiếp xúc với sốc, rung, nhiệt độ khắc nghiệt và các tác nhân gây áp lực trong môi trường khắc nghiệt khác, các triển khai này yêu cầu các thành phần thời gian có độ bền, đàn hồi và điều đó có nghĩa là MEMS.
Làm thế nào để đảm bảo độ tin cậy của 5G?
Đảm bảo mạng 5G mmWave đáng tin cậy, có khả năng phục hồi có thể đòi hỏi nhiều thiết bị gấp 100 lần (trạm gốc, ô nhỏ, rơ le và bộ lặp) được triển khai gần cơ sở của khách hàng hơn như trên cột đèn, đèn giao thông, sân vận động, mái nhà và các bức tường bên ngoài. Hầu hết các thiết bị này sẽ hoạt động trong môi trường ngoài trời khắc nghiệt và chịu được nhiệt độ khắc nghiệt, gió, rung và sốc.
Những công nghệ nào bị ảnh hưởng hoặc liên quan đến việc triển khai 5G?
Các công nghệ phần cứng và phần mềm bị ảnh hưởng hoặc liên quan đến việc triển khai 5G bao gồm, nhưng không giới hạn, các IC RF được tối ưu hóa, mảng ăng-ten, bộ khuếch đại, kỹ thuật định dạng chùm và quản lý chùm tia. Tại một hội nghị về mạng truy cập vô tuyến mở và thông minh (O-RAN) gần đây của một nhà khai thác mạng, nhu cầu đồng bộ hóa thời gian cho 5G là một chủ đề được thảo luận rất nhiều. Điều này là do nhiều kỹ thuật cơ bản liên quan đến 5G không chỉ yêu cầu đồng bộ hóa, mà trên thực tế, yêu cầu mức độ liên kết về thời gian vượt quá bất kỳ thứ gì đã được triển khai trước đây trên quy mô này.
Tại sao các thiết bị định thời lại quan trọng như vậy đối với việc triển khai 5G?
Thiết bị hẹn giờ là nhịp tim của tất cả các hệ thống điện tử bao gồm cơ sở hạ tầng truyền thông, thiết bị công nghiệp, hệ thống ô tô và vô số sản phẩm điện tử. Hãy coi chip định thời như một máy đếm nhịp được sử dụng bởi người chơi piano, cung cấp cho người nhạc sĩ một nhịp chính xác, ổn định để có một màn trình diễn âm nhạc sắc nét hơn, rõ ràng hơn. Bất chấp sự phổ biến của công nghệ thời gian trong cuộc sống của chúng ta, tương đối ít người - ngoại trừ các kỹ sư hệ thống và kiến trúc sư - nhận thức được vai trò quan trọng của đồng hồ và bộ dao động trong các cuộc cách mạng truyền thông trong vài thập kỷ qua. Khi chúng ta bước vào kỷ nguyên 5G, công nghệ thời gian trở nên quan trọng hơn bao giờ hết.
Các công nghệ thời gian khác nhau trong 5G là gì? Tại sao lại sử dụng MEMS dựa trên silicon?
Hầu hết các hệ thống điện tử trong lịch sử đã sử dụng các thiết bị đo thời gian dựa trên thạch anh, có chức năng tương tự như các tinh thể thạch anh âm thầm cộng hưởng bên trong đồng hồ đeo tay tương tự của chúng tôi. Quartz là một công nghệ thời gian đã 70 năm tuổi, và các bộ cộng hưởng và dao động của nó đã phục vụ chúng ta rất nhiều trong nhiều thập kỷ. Tuy nhiên, có một cuộc cách mạng âm thầm đang diễn ra trong ngành thời gian. Các thế hệ thiết bị định thời mới dựa trên bộ cộng hưởng của hệ thống cơ vi điện tử (MEMS) nhỏ bé, khéo léo đã và đang thay thế thạch anh trong các ứng dụng đòi hỏi độ tin cậy và khả năng phục hồi cao nhất đối với các tác nhân gây áp lực từ môi trường. Công nghệ MEMS, kết hợp với các mạch tương tự, cung cấp một giải pháp định thời hoàn chỉnh có công suất nhỏ hơn và thấp hơn nhiều so với các thiết bị dựa trên thạch anh tương đương, đồng thời có khả năng chống chịu với các điều kiện môi trường khắc nghiệt hơn nhiều.
Tại sao MEMS lại nổi lên như một công nghệ định thời gian 5G trên thực tế?
Các thiết bị định thời MEMS đã được hoàn thiện qua nhiều thế hệ và đã dần thay thế các thiết bị dựa trên thạch anh trong nhiều ứng dụng truyền thông và mạng đòi hỏi khắt khe như cơ sở hạ tầng không dây 4G LTE và 5G. Bộ cộng hưởng, bộ tạo dao động dựa trên MEMS và các thiết bị hoàn chỉnh “hệ thống đồng hồ trên một chip” cung cấp các đơn đặt hàng có hiệu suất, độ tin cậy và khả năng phục hồi cao hơn nhiều so với các giải pháp thạch anh. Vì những lý do này, MEMS là công nghệ định thời chính xác lý tưởng cho các trạm gốc tế bào nhỏ và vĩ mô 5G được triển khai ngoài trời, giúp các nhà sản xuất thiết bị và nhà cung cấp dịch vụ di động thực hiện đúng lời hứa của 5G.
Kết luận
Sự thành công của 5G sẽ phụ thuộc một phần vào sự hài lòng của khách hàng, không chỉ về hiệu suất không dây vô song mà còn về độ tin cậy vững chắc. Với 5G, đơn giản là không có tùy chọn nào cho các cuộc gọi bị gián đoạn hoặc mất mạng do nhiệt độ quá cao, rung quá mức hoặc các cú sốc đột ngột. Cho dù đó là xe tự lái hay phẫu thuật từ xa, các nhà khai thác và người dùng đều phải có khả năng dựa vào 5G như một công nghệ an toàn dự phòng. Các nhà sản xuất thiết bị 5G đã bắt đầu sử dụng công nghệ định thời dựa trên MEMS trong cơ sở hạ tầng mạng. Trên thực tế, hơn 10 ứng dụng 5G khác nhau hiện sử dụng thiết bị định thời MEMS.
Đã đến lúc: Cuộc cách mạng 5G đang diễn ra tốt đẹp và những tiến bộ mới nhất trong công nghệ định thời MEMS sẽ giúp tiếp thêm sức mạnh cho sự đổi mới và chuyển đổi mạng không dây sắp tới.
Giới thiệu về tác giả
về SiTime