Antennenmodule und Netzwerkkomponenten für 5G-Systeme

Die Ankunft von Long Term Evolution (LTE) hat einen größeren Einfluss auf entwickelte und aufstrebende Wirtschaftsräume als jede andere einzelne Technologie gehabt, da ihre Vorteile sich auf alle Arten von Endnutzern erstrecken. Mit der Zunahme der Smartphone-Nutzung und dem Zugang zum Internet über LTE-Dienste hat die Mobilfunkbranche weltweit mehr neue wirtschaftliche Möglichkeiten angetrieben, als jemals zuvor vorstellbar war. In den meisten Teilen der Welt, insbesondere in aufstrebenden Wirtschaftsräumen, ist das Mobiltelefon die führende Plattform für den Internetzugang.

5G ist die 5. Generation von Mobilfunknetzen und ist darauf ausgelegt, das sehr große Wachstum an Daten- und Konnektivitätsanforderungen durch allgegenwärtige drahtlose Konnektivität zu erfüllen. Der Einsatz von 5G zielt auf enorme Verbesserungen in den folgenden Bereichen ab:

• Systemkapazität: Verbessertes mobiles Breitband wird sich mit wachsender Systemkapazität befassen mit dem Ziel von mehr als 10Gbps Spitze und einem Minimum von 100Mbps für jeden Nutzer. Dies wird eine hohe Spektrumeffizienz und Neue Radio (NR) Kommunikation über 6 GHz erfordern.

• Ultra-zuverlässige Kommunikation mit geringer Latenz: Dies wird neue Anwendungen ermöglichen, die eine missionskritische Kommunikation mit nahezu keiner Latenz erfordern. Das Ziel ist es, eine sehr hohe Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit mit extrem niedriger Latenz (1 ms oder weniger) zu gewährleisten.

• Extreme Dichte: 5G soll mehr IoT-Produkte und andere kostengünstige, datenratenschwache aufstrebende Märkte aufnehmen, die eine große Menge neuer Verbindungen zu LTE-Netzwerken darstellen.

Der Übergang zur mmWave-Kommunikation

Die 5G-Standards befinden sich derzeit in Entwicklung. Im Jahr 2018 gab die Mobile Broadband Standard Initiative, bekannt als das 3rd Generation Partnership Project (3GPP), das 3GPP Release 15 heraus. Dies besteht aus dem ersten vollständigen Satz von 5G-Standards, einschließlich einer eigenständigen Funksystemspezifikation ergänzt durch ein Next-Generation-Core-Netzwerk. Dieses Release führte eine neue Ebene der RF-Komplexität ein, indem es den Betrieb über das Millimeterwellen (mmWave) Spektrum, Beamforming-Fähigkeiten, höhere spektrale Effizienzwellenformen, niedrigere Latenz, mehrere Modulationsschemata und nicht-orthogonale Mehrfachzugriffe umfasste.

Das Shannon-Hartley-Theorem besagt, dass die Kapazität eines Datenlinks proportional zu seiner Bandbreite ist. Da mmWave-Bänder derzeit die breitesten erreichbaren Bandbreiten haben, ermöglichen sie die Übertragung riesiger Datenmengen dramatisch schnell. Kombiniert man dies mit Carrier Aggregation in 5G, kann man Endnutzern viel höhere Datenraten bieten. Einige Herausforderungen beinhalten die Richtungsübertragung und die Unterbringung eines größeren Stromverbrauchs, was Batterien mit längerer Lebensdauer erfordert.

Jedes neue 5G-Produkt, insbesondere mobile Produkte, benötigt ein oder mehrere 5G-Antennenmodule, die eine Verbindung über bestehende 4G- und/oder 5G-Netzwerke ermöglichen. Die Einführung von 5G erfolgt schrittweise. Zuerst hat sich 3GPP entschieden, 5G New Radio (NR) an die bestehende 4G LTE-Umgebung anzubinden. In diesem Szenario bleibt 4G LTE so, wie es derzeit praktiziert wird, und 5G NR wird gleichzeitig im Spektrum unter 6 GHz eingesetzt. Bis die technischen Hindernisse rund um Beamforming und Batterielebensdauer überwunden werden können, könnten sich die Anwendungsfälle von 5G NR auf kleine Zellen in festen drahtlosen Anwendungen konzentrieren, wo die Nähe zu kleinen Basisstationen und eng fokussierte Bins benötigt werden, um Datenraten im Bereich von mehreren zehn Gigabit zu erreichen.

Qualcomm QTM052 Antennenmodul

Das QTM052 Antennenmodul läuft auf einem Qualcomm Snapdragon X50 5G Modem und ist die weltweit erste vollständig integrierte mmWave RF-Lösung für 5G-Smartphones und andere mobile Geräte, die für den Betrieb auf mmWave-Frequenzen konzipiert sind. QTM052-Module enthalten einen 5G NR-Transceiver, ein Power-Management-IC, RF-Frontend-Komponenten und ein phasengesteuertes Antennenarray.

Es gibt bereits Ausbreitungs-, Reichweiten- und Richtungsprobleme bei der mmWave-Kommunikation. Beamforming, Beamsteering und Beamtracking für bidirektionale mobile mmWave-Kommunikation werden die Reichweite und Abdeckung von mmWave-Signalen drastisch verbessern. Das kleine Footprint-Phased-Antennenarray-Design im QTM052 minimiert den Platzbedarf, um mmWave in 5G-Geräten zu unterstützen:

Die Fähigkeit, Blockierungen durch den Wechsel zu anderen Strahlen zu überwinden, die durch vier unterschiedlich platzierte mmWave-Module verfügbar gemacht werden, dank des kleinen Formfaktors des QTM052 und der Schnittstellenunterstützung durch das Snapdragon X50 Modem.

Beispiel für Beamforming mit dem QTM052 5G-Antennenmodul

Telit ENG3990251885

Das Telit LM960 (ENG3990251885) ist das erste Gigabit-LTE-Mobildatenprodukt, das speziell für den Einsatz in Enterprise-Klasse-Routern und Netzwerkausrüstung entwickelt wurde. Dieses Produkt unterstützt Downloadgeschwindigkeiten von bis zu 1,2 Gbps über 23 Bänder. Diese Karte hat einen Mini-PCIe-Fußabdruck mit angemessenen Leistungsanforderungen (3,1 bis 3,6 V) und mit USB 2.0/3.0 und Dual-SIM-Schnittstellen. Wenn Ihr neues Produkt Ersthelfer unterstützen wird, umfasst dieses Produkt ein Band, das ausschließlich zur Unterstützung von FirstNet gewidmet ist.

Telit LM960 Modul-Fußabdruck, aus dem LM960 Datenblatt

MediaTek MT6297 5G SoC

Der MediaTek MT6297 5G SoC Basisbandplattform-Chip von MediaTek integriert das firmeneigene Helio M70 Modem und unterstützt 2G/3G/4G/5G. Er bietet auch dynamisches Bandbreitenumschalten, das die für spezifische Anwendungen erforderliche 5G-Bandbreite zuweist, um die Energieeffizienz um 50% zu verbessern und so die Akkulaufzeit mobiler Geräte zu verlängern. Der MT6297 basiert auf dem neuen ARM Cortex-A77 CPU und beinhaltet die ARM Mali-G77 GPU für extrem schnelle Streaming- und Gaming-Erlebnisse bei 5G-Geschwindigkeiten (4K-Videoencode/-decode bei 60 fps mit 80MP Auflösung).

Bemerkenswerterweise ist dieses Basisbandmodul das weltweit erste 5G SoC, das auf TSMCs 7-nm-Produktionsprozess basiert, was im Vergleich zu anderen Basisband-ICs Energieeinsparungen in einem kompakten Paket bietet. Die Architektur ist darauf ausgelegt, mobile künstliche Intelligenz Anwendungen zu unterstützen. Insgesamt bietet diese Basisbandplattform Downloadgeschwindigkeiten von 4,7 Gbps und Uploadgeschwindigkeiten von 2,5 Gbps bei Sub-6 GHz, was dieses Produkt ideal für die erste Welle neuer 5G-Geräte macht, während es gleichzeitig mit 2G-4G-Mobilfunknetzen kompatibel bleibt.

MediaTek IC-Fußabdruck, Bild von Anandtech

Da neue Mobilfunknetze langsam ausgerollt werden, werden neue Produkte 5G-kompatible Antennenmodule und Netzwerkausrüstung benötigen, die diese Geräte unterstützen können. Dieser Bereich des Elektronikmarktes befindet sich noch in den Kinderschuhen, also erwarten Sie, dass mit der Zeit mehr Produkte verfügbar werden. Wenn Sie Netzwerkausrüstung, IoT-Geräte oder Mobilgeräte der nächsten Generation entwickeln, versuchen Sie, Octopart zu nutzen, um die beste Option für Ihr nächstes Produkt zu ermitteln.

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