Mô-đun Ăng-ten và Thành phần Mạng cho Hệ thống 5G

Sự xuất hiện của Long Term Evolution (LTE) đã có ảnh hưởng lớn đến các nền kinh tế phát triển và đang phát triển hơn bất kỳ công nghệ đơn lẻ nào khác, vì lợi ích của nó mở rộng đến tất cả các loại người dùng cuối. Với sự tăng trưởng trong việc sử dụng điện thoại thông minh và truy cập internet thông qua dịch vụ LTE, ngành công nghiệp di động đã tạo ra nhiều cơ hội kinh tế mới trên toàn thế giới hơn bao giờ hết. Ở hầu hết các nơi trên thế giới, đặc biệt là trong các nền kinh tế mới nổi, di động là nền tảng hàng đầu cho việc truy cập internet.

5G là thế hệ thứ 5 của mạng di động và được thiết kế để đáp ứng sự tăng trưởng rất lớn trong nhu cầu về dữ liệu và kết nối từ kết nối không dây phổ biến. Việc triển khai 5G nhắm đến những cải thiện lớn trong các lĩnh vực sau:

• Dung lượng Hệ thống: Băng thông rộng di động nâng cao sẽ xử lý dung lượng hệ thống tăng trưởng với mục tiêu lớn hơn 10Gbps đỉnh, và tối thiểu 100Mbps cho mỗi người dùng. Điều này sẽ yêu cầu hiệu quả phổ cao và giao tiếp New Radio (NR) trên 6 GHz.

• Giao tiếp Đáng tin cậy Cực thấp Độ trễ: Điều này sẽ kích hoạt các ứng dụng mới yêu cầu giao tiếp quan trọng với gần như không có độ trễ. Mục tiêu là đảm bảo độ tin cậy và khả năng sẵn có rất cao với độ trễ cực thấp (1 ms hoặc ít hơn).

• Mật độ Cực cao: 5G được dự định để chứa nhiều sản phẩm IoT và các thị trường mới nổi khác có chi phí thấp, tốc độ dữ liệu thấp, tạo thành một lượng lớn kết nối mới đến mạng LTE.

Chuyển đổi sang Giao tiếp mmWave

Các tiêu chuẩn 5G hiện đang được phát triển. Vào năm 2018, Sáng kiến Tiêu chuẩn Băng thông rộng Di động, được biết đến với tên là Dự án Đối tác Thế hệ thứ 3 (3GPP), đã phát hành 3GPP Release 15. Đây bao gồm bộ tiêu chuẩn 5G đầu tiên đầy đủ, bao gồm cả thông số kỹ thuật hệ thống radio độc lập được bổ sung bởi một mạng lõi thế hệ tiếp theo. Bản phát hành này đã giới thiệu một mức độ phức tạp RF mới bằng cách kết hợp hoạt động trên phổ sóng milimet (mmWave), khả năng hình thành chùm, dạng sóng hiệu quả phổ cao hơn, độ trễ thấp hơn, nhiều lược đồ điều chế và truy cập đa năng không trực giao.

Định lý Shannon-Hartley nêu rằng, dung lượng của một liên kết dữ liệu tỷ lệ thuận với băng thông của nó. Bởi vì các băng tần mmWave hiện có băng thông rộng nhất có thể đạt được, chúng cho phép truyền tải lượng dữ liệu lớn một cách nhanh chóng một cách đáng kể. Kết hợp điều này với việc tổng hợp nhà cung cấp trong 5G, và bạn có thể cung cấp tốc độ dữ liệu cao hơn nhiều cho người dùng cuối. Một số thách thức bao gồm truyền dẫn hướng và đáp ứng nhu cầu tiêu thụ năng lượng lớn hơn, điều này đòi hỏi pin có tuổi thọ dài hơn.

Bất kỳ sản phẩm 5G mới nào, đặc biệt là sản phẩm di động, sẽ yêu cầu một hoặc nhiều mô-đun anten 5G cung cấp kết nối qua mạng 4G hiện có và/hoặc 5G. Việc triển khai 5G đang diễn ra từng bước một. Đầu tiên, 3GPP quyết định gắn kết 5G New Radio (NR) với môi trường 4G LTE hiện tại. Trong kịch bản này, 4G LTE vẫn giữ nguyên như hiện tại, và 5G NR được triển khai đồng thời trong phổ dưới 6 GHz. Cho đến khi các trở ngại kỹ thuật xung quanh beamforming và tuổi thọ pin có thể được khắc phục, các trường hợp sử dụng 5G NR có thể tập trung vào các ô nhỏ trong các ứng dụng không dây cố định, nơi cần sự gần gũi với các trạm gốc ô nhỏ và các bin tập trung hẹp để đạt được tốc độ dữ liệu trong phạm vi vài chục gigabit.

Qualcomm QTM052 Antenna Module

Mô-đun anten QTM052 hoạt động trên modem Qualcomm Snapdragon X50 5G và là giải pháp RF mmWave tích hợp đầu tiên trên thế giới cho điện thoại thông minh 5G và các thiết bị di động khác được thiết kế để hoạt động trên tần số mmWave. Các mô-đun QTM052 chứa bộ thu phát 5G NR, IC quản lý năng lượng, các thành phần RF phía trước, và một mảng anten pha.

Đã có những thách thức về sự lan truyền, phạm vi và hướng dẫn trong giao tiếp mmWave. Beam forming, beam steering, và beam tracking cho giao tiếp mmWave di động hai chiều sẽ cải thiện đáng kể phạm vi và phủ sóng của tín hiệu mmWave. Thiết kế mảng anten pha nhỏ gọn trong QTM052 giảm thiểu không gian cần thiết để hỗ trợ mmWave bên trong các thiết bị 5G:

Khả năng vượt qua sự chặn bằng cách chuyển sang các chùm khác nhau được cung cấp thông qua bốn mô-đun mmWave đặt ở các vị trí khác nhau, nhờ vào kích thước nhỏ gọn của QTM052 và sự hỗ trợ giao diện từ modem Snapdragon X50.

Ví dụ về Beamforming với mô-đun anten 5G QTM052

Telit ENG3990251885

Sản phẩm Telit LM960 (ENG3990251885) là sản phẩm dữ liệu di động Gigabit-LTE đầu tiên được thiết kế cụ thể cho việc sử dụng trong các bộ định tuyến và thiết bị mạng cấp doanh nghiệp. Sản phẩm này hỗ trợ tốc độ tải xuống lên đến 1.2 Gbps qua 23 băng tần. Thẻ này có dấu chân mini PCIe với yêu cầu công suất hợp lý (3.1 đến 3.6 V), và với giao diện USB 2.0/3.0 và Dual SIM. Nếu sản phẩm mới của bạn sẽ hỗ trợ những người phản ứng đầu tiên, sản phẩm này bao gồm một băng tần dành riêng để hỗ trợ FirstNet.

Dấu chân mô-đun Telit LM960, từ bảng dữ liệu LM960

MediaTek MT6297 5G SoC

Chip nền tảng băng thông rộng MediaTek MT6297 5G SoC từ MediaTek tích hợp modem Helio M70 của công ty và hỗ trợ 2G/3G/4G/5G. Nó cũng cung cấp khả năng chuyển đổi băng thông động, phân bổ băng thông 5G cần thiết cho các ứng dụng cụ thể để cải thiện hiệu quả sử dụng năng lượng lên đến 50%, mang lại thời lượng pin kéo dài cho các thiết bị di động. MT6297 chạy trên CPU ARM Cortex-A77 mới và bao gồm GPU ARM Mali-G77 cho trải nghiệm phát trực tuyến và chơi game cực nhanh với tốc độ 5G (mã hóa/giải mã video 4K ở 60 fps với độ phân giải 80MP).

Đáng chú ý, mô-đun băng thông rộng này là SoC 5G đầu tiên trên thế giới được xây dựng trên quy trình sản xuất 7 nm của TSMC, mang lại tiết kiệm năng lượng trong một gói cực kỳ gọn nhẹ so với các IC băng thông rộng khác. Kiến trúc được xây dựng để hỗ trợ các ứng dụng trí tuệ nhân tạo di động. Tổng thể, nền tảng băng thông rộng này cung cấp tốc độ tải xuống 4.7 Gbps và tốc độ tải lên 2.5 Gbps ở dưới 6 GHz, làm cho sản phẩm này lý tưởng cho làn sóng đầu tiên của các thiết bị 5G mới trong khi vẫn tương thích với mạng di động 2G-4G.

Dấu chân IC MediaTek, hình ảnh từ Anandtech

Khi các mạng di động mới được triển khai từ từ, các sản phẩm mới sẽ cần các mô-đun ăng-ten tương thích với 5G và thiết bị mạng có thể hỗ trợ các thiết bị này. Lĩnh vực thị trường điện tử này vẫn còn non trẻ, vì vậy hãy kỳ vọng nhiều sản phẩm sẽ trở nên sẵn có theo thời gian. Nếu bạn đang phát triển thiết bị mạng, thiết bị IoT, hoặc thiết bị di động thế hệ tiếp theo, hãy thử sử dụng Octopart để xác định lựa chọn tốt nhất cho sản phẩm tiếp theo của bạn.

Chúng tôi hy vọng bạn thấy bài viết này hữu ích! Nếu bạn muốn nhận nội dung như thế này vào hộp thư đến của mình, đăng ký nhận bản tin hàng tháng của chúng tôi!