Módulos de Antena y Componentes de Red para Sistemas 5G

La llegada de la Evolución a Largo Plazo (LTE) ha tenido un impacto mayor en las economías desarrolladas y emergentes que cualquier otra tecnología individual, ya que sus beneficios se extienden a todos los tipos de usuarios finales. Con el aumento en la adopción de smartphones y el acceso a internet a través de servicios LTE, la industria móvil ha impulsado más nuevas oportunidades económicas en todo el mundo de lo que jamás se podría haber imaginado. En la mayoría de las partes del mundo, particularmente en economías emergentes, el móvil es la plataforma líder para el acceso a internet.

5G es la 5ª generación de redes móviles y está diseñada para satisfacer el crecimiento muy grande en demandas de datos y conectividad de la conectividad inalámbrica ubicua. La implementación de 5G apunta a vastas mejoras en las siguientes áreas:

• Capacidad del Sistema: La banda ancha móvil mejorada se ocupará de aumentar la capacidad del sistema con el objetivo de más de 10Gbps de pico, y un mínimo de 100Mbps para cada usuario. Esto requerirá una alta eficiencia espectral y comunicaciones de Nueva Radio (NR) por encima de 6 GHz.

• Comunicación Ultra-Fiable de Baja Latencia: Esto permitirá nuevas aplicaciones que requieren comunicaciones críticas para la misión con casi ninguna latencia. El objetivo es asegurar una muy alta fiabilidad y disponibilidad con una latencia extremadamente baja (1 ms o menos).

• Densidad Extrema: 5G está destinado a acomodar más productos IoT y otros mercados emergentes de bajo costo y baja tasa de datos que constituyen una gran cantidad de nuevas conexiones a redes LTE.

El paso a la comunicación mmWave

Los estándares de 5G están actualmente en desarrollo. En 2018, la Iniciativa de Estándar de Banda Ancha Móvil, conocida como el Proyecto de Asociación de Tercera Generación (3GPP), emitió el 3GPP Release 15. Esto consiste en el primer conjunto completo de estándares 5G, incluyendo una especificación de sistema de radio independiente complementada por una red central de próxima generación. Esta versión introdujo un nuevo nivel de complejidad RF al incorporar operación sobre el espectro de onda milimétrica (mmWave), capacidades de formación de haces, formas de onda de mayor eficiencia espectral, menor latencia, múltiples esquemas de modulación y acceso múltiple no ortogonal.

El Teorema de Shannon-Hartley establece que la capacidad de un enlace de datos es proporcional a su ancho de banda. Debido a que las bandas mmWave actualmente tienen los anchos de banda más amplios alcanzables, permiten que vastas cantidades de datos se transmitan de manera dramáticamente rápida. Esto, junto con la agregación de portadoras en 5G, puede proporcionar tasas de datos mucho más altas a los usuarios finales. Algunos desafíos involucran transmisión direccional y acomodar un mayor consumo de energía, lo que requiere baterías con mayor vida útil.

Cualquier nuevo producto 5G, particularmente los productos móviles, requerirá uno o más módulos de antena 5G que proporcionen conectividad a través de las redes 4G y/o 5G existentes. El despliegue de 5G está ocurriendo gradualmente. Primero, 3GPP decidió vincular el 5G New Radio (NR) al entorno 4G LTE existente. En este escenario, el 4G LTE permanece tal como se practica actualmente, y el 5G NR se despliega simultáneamente en el espectro por debajo de 6 GHz. Hasta que se puedan superar los obstáculos técnicos en torno al conformado de haz y la vida útil de la batería, los casos de uso de 5G NR pueden centrarse en células pequeñas en aplicaciones de wireless fijo, donde la proximidad cercana a estaciones base de células pequeñas y contenedores enfocados de manera estrecha son necesarios para alcanzar tasas de datos en el rango de varias decenas de gigabits.

Qualcomm QTM052 Antenna Module

El módulo de antena QTM052 funciona con un módem Qualcomm Snapdragon X50 5G y es la primera solución RF mmWave totalmente integrada del mundo para smartphones 5G y otros dispositivos móviles que están diseñados para funcionar en frecuencias mmWave. Los módulos QTM052 contienen un transceptor 5G NR, un IC de gestión de potencia, componentes de RF front-end y un arreglo de antenas en fase.

Ya existen desafíos de propagación, alcance y direccionalidad en la comunicación mmWave. La formación de haces, la dirección de haces y el seguimiento de haces para la comunicación móvil mmWave bidireccional mejorarán drásticamente el alcance y la cobertura de las señales mmWave. El diseño de arreglo de antenas en fase de pequeña huella en el QTM052 minimiza el espacio requerido para soportar mmWave dentro de los dispositivos 5G:

La capacidad de superar el bloqueo cambiando a otros haces disponibles a través de cuatro módulos mmWave ubicados de manera diferente, gracias al pequeño factor de forma del QTM052 y el soporte de interfaz del módem Snapdragon X50.

Ejemplo de formación de haces con el módulo de antena 5G QTM052

Telit ENG3990251885

El Telit LM960 (ENG3990251885) es el primer producto de datos móviles Gigabit-LTE diseñado específicamente para su uso en routers de clase empresarial y equipos de red. Este producto soporta velocidades de descarga de hasta 1.2 Gbps sobre 23 bandas. Esta tarjeta tiene una huella mini PCIe con requisitos de potencia razonables (3.1 a 3.6 V), y con interfaces USB 2.0/3.0 y Dual SIM. Si su nuevo producto va a soportar a los primeros respondedores, este producto incluye una banda exclusivamente dedicada para soportar FirstNet.

Huella del módulo Telit LM960, del datasheet del LM960

MediaTek MT6297 5G SoC

El MediaTek MT6297 5G SoC, un chip de plataforma de banda base de MediaTek, integra el módem Helio M70 de la compañía y soporta 2G/3G/4G/5G. También proporciona un cambio dinámico de ancho de banda que asigna el ancho de banda 5G necesario para aplicaciones específicas para mejorar la eficiencia energética en un 50%, proporcionando una vida útil de la batería extendida para dispositivos móviles. El MT6297 funciona sobre el nuevo CPU ARM Cortex-A77 e incluye la GPU ARM Mali-G77 para experiencias de transmisión y juegos extremadamente rápidas a velocidades 5G (codificación/descodificación de video 4K a 60 fps con resolución de 80MP).

Notablemente, este módulo de banda base es el primer SoC 5G del mundo construido sobre el proceso de producción de 7 nm de TSMC, proporcionando ahorros de energía en un paquete compacto en comparación con otros ICs de banda base. La arquitectura está construida para soportar aplicaciones de inteligencia artificial móvil. En general, esta plataforma de banda base proporciona velocidades de descarga de 4.7 Gbps y velocidades de carga de 2.5 Gbps en sub-6 GHz, haciendo este producto ideal para la primera ola de nuevos dispositivos 5G mientras sigue siendo compatible con redes celulares 2G-4G.

Huella de IC de MediaTek, imagen de Anandtech

A medida que las nuevas redes celulares se despliegan lentamente, los nuevos productos necesitarán módulos de antena compatibles con 5G y equipos de red que puedan soportar estos dispositivos. Esta área del mercado electrónico todavía está en su infancia, así que espere que más productos estén disponibles a medida que pasa el tiempo. Si estás desarrollando equipos de red, dispositivos IoT o dispositivos móviles de próxima generación, intenta usar Octopart para determinar la mejor opción para tu próximo producto.

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