Модули антенн и компоненты сети для систем 5G

Появление технологии долгосрочной эволюции (LTE) оказало большее влияние на развитые и развивающиеся экономики, чем любая другая отдельная технология, поскольку ее преимущества распространяются на все типы конечных пользователей. С увеличением использования смартфонов и доступа в интернет через услуги LTE, мобильная индустрия создала больше новых экономических возможностей по всему миру, чем можно было представить. В большинстве частей мира, особенно в развивающихся экономиках, мобильная связь является ведущей платформой для доступа в интернет.

5G — это пятое поколение мобильных сетей, разработанное для удовлетворения очень большого роста потребностей в данных и связи от всепроникающей беспроводной связи. Развертывание 5G нацелено на значительные улучшения в следующих областях:

• Емкость системы: Улучшенный мобильный широкополосный доступ будет справляться с растущей емкостью системы с целью достижения пиковой скорости свыше 10 Гбит/с и минимума в 100 Мбит/с для каждого пользователя. Это потребует высокой эффективности спектра и новых радиокоммуникаций (NR) выше 6 ГГц.

• Ультранадежная связь с низкой задержкой: Это позволит внедрять новые приложения, требующие миссионно-критической связи почти без задержек. Цель состоит в том, чтобы обеспечить очень высокую надежность и доступность с крайне низкой задержкой (1 мс или меньше).

• Крайняя плотность: 5G предназначен для размещения большего количества продуктов IoT и других недорогих рынков с низким объемом передачи данных, которые составляют огромное количество новых подключений к сетям LTE.

Переход к связи в миллиметровом диапазоне

Стандарты 5G в настоящее время находятся в стадии разработки. В 2018 году Инициатива по стандарту мобильной широкополосной связи, известная как Проект партнерства третьего поколения (3GPP), выпустила 3GPP Release 15. Этот документ включает первый полный набор стандартов 5G, включая спецификацию автономной радиосистемы, дополненную сетью следующего поколения. Этот релиз ввел новый уровень сложности РЧ, включая работу в спектре миллиметровых волн (mmWave), возможности формирования луча, более высокую спектральную эффективность волновых форм, меньшую задержку, множество схем модуляции и неортогональный множественный доступ.

Теорема Шеннона-Хартли утверждает, что емкость канала передачи данных пропорциональна его полосе пропускания. Поскольку в настоящее время полосы миллиметровых волн имеют самую широкую достижимую полосу пропускания, они позволяют передавать огромные объемы данных с драматически высокой скоростью. В сочетании с агрегацией несущих в 5G это позволяет предоставлять конечным пользователям гораздо более высокие скорости передачи данных. Некоторые вызовы включают направленную передачу и необходимость обеспечения большего энергопотребления, что требует батарей с более долгим сроком службы.

Любой новый продукт 5G, особенно мобильные устройства, потребует один или несколько модулей антенны 5G, которые обеспечивают подключение через существующие сети 4G и/или 5G. Развёртывание 5G происходит постепенно. Сначала 3GPP решило привязать 5G New Radio (NR) к существующей среде 4G LTE. В этом сценарии 4G LTE остаётся таким, каким он есть сейчас, а 5G NR развёртывается одновременно в спектре ниже 6 ГГц. Пока не будут преодолены технические препятствия, связанные с формированием луча и временем работы от батареи, использование 5G NR может сосредоточиться на малых ячейках в приложениях фиксированной беспроводной связи, где для достижения скорости передачи данных в диапазоне нескольких десятков гигабит требуется близкое расположение к базовым станциям малых ячеек и узко сфокусированные сектора.

Антенный модуль Qualcomm QTM052

Антенный модуль QTM052 работает на модеме Qualcomm Snapdragon X50 5G и является первым в мире полностью интегрированным решением mmWave RF для смартфонов 5G и других мобильных устройств, разработанных для работы на частотах mmWave. Модули QTM052 содержат приёмопередатчик 5G NR, ИС управления питанием, компоненты RF переднего тракта и фазированную антенную решётку.

Уже существуют проблемы распространения, дальности и направленности в связи mmWave. Формирование луча, управление лучом и отслеживание луча для двунаправленной мобильной связи mmWave значительно улучшат дальность и покрытие сигналов mmWave. Компактный дизайн фазированной антенной решётки в QTM052 минимизирует необходимое пространство для поддержки mmWave внутри устройств 5G:

Возможность преодоления блокировки путём переключения на другие лучи, доступные благодаря четырём различно расположенным модулям mmWave, благодаря компактному размеру QTM052 и поддержке интерфейса модемом Snapdragon X50.

Пример формирования луча с антенным модулем QTM052 5G

Telit ENG3990251885

Продукт Telit LM960 (ENG3990251885) является первым продуктом мобильных данных Gigabit-LTE, специально разработанным для использования в корпоративных маршрутизаторах и сетевом оборудовании. Этот продукт поддерживает скорости загрузки до 1.2 Гбит/с на 23 диапазонах. Эта карта имеет форм-фактор mini PCIe с разумными требованиями к питанию (3.1 до 3.6 В), а также интерфейсы USB 2.0/3.0 и Dual SIM. Если ваш новый продукт будет поддерживать первых реагирующих, этот продукт включает диапазон, исключительно предназначенный для поддержки FirstNet.

Форм-фактор модуля Telit LM960, из технического описания LM960

MediaTek MT6297 5G SoC

Чип базовой платформы MediaTek MT6297 5G SoC от MediaTek интегрирует модем компании Helio M70 и поддерживает 2G/3G/4G/5G. Он также обеспечивает динамическое переключение полосы пропускания, выделяя необходимую для конкретных приложений полосу пропускания 5G, что улучшает энергоэффективность на 50%, обеспечивая увеличенное время работы мобильных устройств от батареи. MT6297 работает на новом процессоре ARM Cortex-A77 и включает графический процессор ARM Mali-G77 для чрезвычайно быстрых потоковых передач и игровых впечатлений на скоростях 5G (кодирование/декодирование видео 4K на 60 кадров в секунду с разрешением 80МП).

Заметно, что этот базовый модуль является первым в мире 5G SoC, построенным на 7-нм производственном процессе TSMC, обеспечивая экономию энергии в компактном пакете по сравнению с другими базовыми ИС. Архитектура создана для поддержки мобильных приложений искусственного интеллекта. В целом, эта базовая платформа обеспечивает скорость загрузки 4.7 Гбит/с и скорость отправки 2.5 Гбит/с на частотах ниже 6 ГГц, что делает этот продукт идеальным для первой волны новых устройств 5G, при этом оставаясь совместимым с сотовыми сетями 2G-4G.

Отпечаток микросхемы MediaTek, изображение с Anandtech

По мере медленного внедрения новых сотовых сетей новые продукты будут нуждаться в совместимых с 5G антенных модулях и сетевом оборудовании, которое может поддерживать эти устройства. Эта область рынка электроники все еще находится на раннем этапе развития, так что ожидайте появления большего количества продуктов по мере того, как время идет. Если вы разрабатываете сетевое оборудование, устройство IoT или мобильные устройства следующего поколения, попробуйте использовать Octopart для определения лучшего варианта для вашего следующего продукта.

Мы надеемся, что вы нашли эту статью полезной! Если вы хотите получать подобный контент на свой почтовый ящик, подпишитесь на нашу ежемесячную рассылку!