Módulos de Antena e Componentes de Rede para Sistemas 5G

A chegada da Evolução de Longo Prazo (LTE) teve um impacto maior nas economias desenvolvidas e emergentes do que qualquer outra tecnologia isolada, pois seus benefícios se estendem a todos os tipos de usuários finais. Com o aumento na adoção de smartphones e acesso à internet através dos serviços LTE, a indústria móvel impulsionou mais novas oportunidades econômicas em todo o mundo do que jamais poderia ter sido imaginado. Na maior parte do mundo, particularmente nas economias emergentes, o móvel é a principal plataforma de acesso à internet.

O 5G é a 5ª geração de redes móveis e é projetado para atender ao grande crescimento na demanda por dados e conectividade a partir da conectividade sem fio ubíqua. A implantação do 5G visa vastas melhorias nas seguintes áreas:

• Capacidade do Sistema: A banda larga móvel aprimorada lidará com o aumento da capacidade do sistema com o objetivo de mais de 10Gbps de pico, e um mínimo de 100Mbps para cada usuário. Isso exigirá uma alta eficiência espectral e comunicações New Radio (NR) acima de 6 GHz.

• Comunicação Ultraconfiável de Baixa Latência: Isso permitirá novas aplicações que exigem comunicações críticas à missão com quase nenhuma latência. O objetivo é garantir muito alta confiabilidade e disponibilidade com latência extremamente baixa (1 ms ou menos).

• Densidade Extrema: O 5G pretende acomodar mais produtos IoT e outros mercados emergentes de baixo custo e baixa taxa de dados que constituem uma vasta quantidade de novas conexões às redes LTE.

A Mudança para Comunicação em mmWave

Os padrões 5G estão atualmente em desenvolvimento. Em 2018, a Iniciativa de Padrão de Banda Larga Móvel, conhecida como Projeto de Parceria de Terceira Geração (3GPP), emitiu o 3GPP Release 15. Isso consiste no primeiro conjunto completo de padrões 5G, incluindo uma especificação de sistema de rádio autônomo complementada por uma rede central de próxima geração. Este lançamento introduziu um novo nível de complexidade de RF ao incorporar operação sobre o espectro de onda milimétrica (mmWave), capacidades de formação de feixe, formas de onda de maior eficiência espectral, menor latência, múltiplos esquemas de modulação e acesso múltiplo não ortogonal.

O Teorema de Shannon-Hartley afirma que a capacidade de um link de dados é proporcional à sua largura de banda. Como as bandas mmWave atualmente têm as larguras de banda mais amplas alcançáveis, elas permitem que vastas quantidades de dados sejam transmitidas de forma dramaticamente rápida. Junte isso com a agregação de portadoras no 5G, e você pode fornecer taxas de dados muito mais altas para os usuários finais. Alguns desafios envolvem transmissão direcional e acomodação de maior consumo de energia, o que requer baterias com vida útil mais longa.

Qualquer novo produto 5G, particularmente produtos móveis, exigirá um ou mais módulos de antena 5G que proporcionem conectividade através das redes 4G e/ou 5G existentes. O lançamento do 5G está acontecendo gradualmente. Primeiro, o 3GPP decidiu vincular o 5G New Radio (NR) ao ambiente 4G LTE existente. Neste cenário, o 4G LTE permanece como é atualmente praticado, e o 5G NR é implantado simultaneamente no espectro abaixo de 6 GHz. Até que os obstáculos técnicos em torno do beamforming e da vida útil da bateria possam ser superados, os casos de uso do 5G NR podem se concentrar em células pequenas em aplicações de wireless fixo, onde a proximidade com estações base de células pequenas e feixes focados estreitamente são necessários para alcançar taxas de dados na faixa de várias dezenas de gigabits.

Módulo de Antena Qualcomm QTM052

O módulo de antena QTM052 funciona com um modem Qualcomm Snapdragon X50 5G e é a primeira solução RF mmWave totalmente integrada do mundo para smartphones 5G e outros dispositivos móveis que são projetados para funcionar em frequências mmWave. Os módulos QTM052 contêm um transceptor 5G NR, IC de gerenciamento de energia, componentes de RF front-end e um arranjo de antena em fase.

Já existem desafios de propagação, alcance e direcionalidade na comunicação mmWave. Formação de feixe, direcionamento de feixe e rastreamento de feixe para comunicação móvel mmWave bidirecional melhorarão drasticamente o alcance e a cobertura dos sinais mmWave. O design do arranjo de antena em fase de pequena dimensão no QTM052 minimiza o espaço necessário para suportar mmWave dentro dos dispositivos 5G:

A capacidade de superar bloqueios mudando para outros feixes disponibilizados por quatro módulos mmWave localizados de forma diferente, graças ao pequeno fator de forma do QTM052 e suporte de interface do modem Snapdragon X50.

Exemplo de formação de feixe com o módulo de antena 5G QTM052

Telit ENG3990251885

O Telit LM960 (ENG3990251885) é o primeiro produto de dados móveis Gigabit-LTE projetado especificamente para uso em roteadores de classe empresarial e equipamentos de rede. Este produto suporta velocidades de download de até 1,2 Gbps em 23 bandas. Este cartão tem um formato mini PCIe com requisitos de energia razoáveis (3,1 a 3,6 V), e com interfaces USB 2.0/3.0 e Dual SIM. Se o seu novo produto for suportar primeiros socorristas, este produto inclui uma banda exclusivamente dedicada para suportar o FirstNet.

Dimensões do módulo Telit LM960, do datasheet do LM960

MediaTek MT6297 5G SoC

O chip da plataforma base MediaTek MT6297 5G SoC da MediaTek integra o modem Helio M70 da empresa e suporta 2G/3G/4G/5G. Ele também oferece a troca dinâmica de largura de banda que aloca a largura de banda 5G necessária para aplicações específicas para melhorar a eficiência energética em 50%, proporcionando uma vida útil da bateria estendida para dispositivos móveis. O MT6297 opera com o novo CPU ARM Cortex-A77 e inclui a GPU ARM Mali-G77 para experiências de streaming e jogos extremamente rápidas em velocidades 5G (codificação/decodificação de vídeo 4K a 60 fps com resolução de 80MP).

Notavelmente, este módulo de baseband é o primeiro SoC 5G do mundo construído no processo de produção de 7 nm da TSMC, proporcionando economia de energia em um pacote compacto em comparação com outros ICs de baseband. A arquitetura é construída para suportar aplicações de inteligência artificial móvel. No geral, esta plataforma de baseband oferece velocidades de download de 4.7 Gbps e velocidades de upload de 2.5 Gbps em sub-6 GHz, tornando este produto ideal para a primeira onda de novos dispositivos 5G, enquanto ainda é compatível com redes celulares de 2G-4G.

Footprint do IC MediaTek, imagem da Anandtech

À medida que novas redes celulares são implantadas lentamente, novos produtos precisarão de módulos de antena compatíveis com 5G e equipamentos de rede que possam suportar esses dispositivos. Esta área do mercado eletrônico ainda está em sua infância, então espere que mais produtos se tornem disponíveis à medida que o tempo passa. Se você está desenvolvendo equipamentos de rede, dispositivos IoT ou dispositivos móveis de próxima geração, tente usar Octopart para determinar a melhor opção para o seu próximo produto.

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