Проектирование и разработка устройств 5G:диапазоны производительности 5G

Как инженеры могут выбрать правильный диапазон производительности для своего приложения 5G?

Обещания протокола связи и подключения 5G (5-го поколения) становятся реальностью. В настоящее время развертываются сети 5G, обеспечивающие более высокую скорость передачи данных, меньшее время задержки и увеличенную пропускную способность.

Прежде чем идти дальше, следует отметить, что 5G состоит из нескольких различных уровней производительности. Сети 5G состоят из:

• Диапазон низких частот (от 600 МГц до 3 ГГц)
• Средний диапазон (от 3 ГГц до 6 ГГц)
• Диапазон миллиметровых волн (> 10 ГГц) или миллиметровые волны

Новые и существующие развертывания 5G в основном используют диапазоны низких и средних частот. Эти более низкие частоты 5G обеспечивают более высокую скорость загрузки и выгрузки, более быстрое подключение и большую пропускную способность по сравнению с развернутыми в настоящее время платформами 4G LTE.

Кроме того, эти низкочастотные платформы 5G проще в развертывании, они позволяют передавать сигналы дальше и более устойчивы к препятствиям и плохой погоде, чем более высокие миллиметровые диапазоны 5G.

Но «Святой Грааль» производительности будет существовать, когда эти более высокие «миллиметровые» частоты 5G получат широкое распространение. Эта платформа mmWave будет предлагать скорость передачи данных в 5-10 раз быстрее, чем 4G LTE, и, что наиболее важно, скорость передачи данных в 10-20 раз меньше, чем 4G LTE.

Ключевым компонентом любого разговора о подключении является задержка. Задержка (или задержка) означает, насколько быстро сеть реагирует на действие или ввод. Задержка меняет правила игры с появлением нескольких приложений для сетей 5G, включая настоящее автономное вождение, удаленные медицинские процедуры, молниеносные игры и множество приложений, которые сегодня невозможны.

Итак, если технология, меняющая правила игры, существует, почему бы не использовать ее сейчас?

Короткий ответ - развертывание. Есть несколько ограничений, касающихся развертывания частот 5G миллиметрового диапазона. Этот очень высокочастотный сигнал проходит только 20% расстояния в качестве диапазона низких частот 5G. Эти сигналы не так легко проникают через стены, стекло и плохую погоду, как низкочастотные диапазоны. А существующая передающая инфраструктура требует капитального ремонта, чтобы обеспечить широкое распространение.

С точки зрения определения и разработки продукта эти различные уровни производительности 5G должны быть тщательно рассмотрены. Выбор неправильного уровня производительности может сделать дизайн продукта слишком дорогим или, наоборот, может не обеспечить производительности, необходимой для работы с целевым приложением.

Приложения, в которых будет преобладать 5G

В недавнем отчете Molex, озаглавленном «Состояние 5G», были представлены результаты опроса, представленного заинтересованным сторонам, занимающимся исследованиями и разработками, инженерами и производителями. В этот опрос был включен вопрос о том, какой рынок, по их ожиданиям, первым принесет значительный новый доход бизнесу за счет использования технологии 5G. Респондентам был представлен список категорий потребительских устройств и предложено выбрать две. Вот результаты:

• Потребительские устройства (43%) , включая игры, умный дом, бытовые носимые устройства и безопасность дома.
• Промышленные приложения и IIoT (35%) , например, автоматизация, робототехника, управление процессами, интеллектуальные сети, логистика
• Фиксированный беспроводной доступ (33%) , например, домашний доступ с поддержкой 5G.
• Автомобильные приложения (29%) включая телематику, беспроводной доступ пассажиров, автономное управление.
• Корпоративные частные сети (25%)
• Медицинское оборудование (19%) , например, медицинские носимые устройства и подключенные имплантаты, а также удаленные операции, наблюдение за пациентами и удаленная физиотерапия.

По мере развития 5G появляется множество возможностей для роста.

Критические факторы для внедрения 5G на уровне устройств

Существует множество вариантов использования, из которых можно выбрать один, поскольку он разрабатывает и тестирует любую систему с поддержкой 5G. Давайте сосредоточимся на трех конкретных областях:

• Улучшенная мобильная широкополосная связь (EMBB)
• Сверхнадежность и низкая задержка (URLL)
• Массивная связь машинного типа (mMTC)

В дополнение к сложности приложения, каждый из этих вариантов использования включает в себя множество различных задач проектирования и тестирования. Начнем с требований к РЧ-антенне.

Пример испытательной камеры для антенн 5G (слева) и представление анализа диаграммы направленности для антенной решетки 5G (справа). Изображение из Molex

Конструкция РЧ-антенны демонстрирует критическую важность выбора частотных диапазонов 5G для работы. В зависимости от этих частотных выборов для 5G требуется гораздо больше антенн для формирования луча Massive MIMO (mMIMO), чем для 4G. Это также означает, что массивы антенн 5G должны быть правильно спроектированы и развернуты. Развертывание приводит к нескольким решениям об упаковке и размещении.

Эффективная реализация формирования луча и управления лучом на уровне устройства также является ключевым моментом. Сети 5G максимизируют передачу сигнала за счет формирования диаграммы направленности, при которой сигналы направленной формы передаются между передатчиком и приемником.

Также для сохранения конкурентоспособности на рынке 5G важны модули для эффективного преобразования аналогового сигнала в цифровой и определения того, какие подходы к соединителям и межсоединениям лучше всего подходят для высоких частот, характерных для 5G.

Расширенное тестирование устройств 5G

Тщательное тестирование имеет решающее значение для успешного запуска устройств 5G и соответствия международным стандартам (которые, скорее всего, будут развиваться с 5G). Этот процесс включает в себя как расширенное моделирование, так и физическое тестирование. Это может потребовать еще более исчерпывающих исследований, учитывая, что изменение размера всего на одну десятую миллиметра может существенно повлиять на производительность устройства.

Инженер настраивает испытательную камеру. Изображение из Molex

Устройства, предназначенные для использования преимуществ 5G, потребуют тестирования, связанного с излучением, возможностями формирования луча и антеннами с высоким коэффициентом усиления. Кроме того, необходимо подготовить испытательные центры со сверхточными позиционерами для поддержки оценки широкого диапазона частот, связанных с 5G.

<час />

Совершенно очевидно, что существуют серьезные конструктивные проблемы, связанные с конструкцией антенны, формированием диаграммы направленности и развертыванием. После тщательного анализа конструкции решающее значение приобретают физические испытания, позволяющие убедиться в том, что международные стандарты строго соблюдаются или превышаются. Для этого тестирования могут потребоваться расширенные средства тестирования.

У Molex есть компоненты и решения, необходимые для вывода на рынок устройства с поддержкой 5G. Будучи одним из первых инвесторов в технологии тестирования mmWave, Molex уже давно является лидером в области тестирования и проектирования сетей 5G. Как авторизованный дистрибьютор Molex, Sager Electronics предлагает обширный портфель средств подключения Molex для улучшения дизайна с поддержкой 5G.

Sager Electronics также является источником дополнительных электромеханических, энергетических и тепловых продуктов и технологий для обеспечения полной функциональности системы 5G.

Отраслевые статьи - это форма содержания, которая позволяет отраслевым партнерам делиться полезными новостями, сообщениями и технологиями с читателями All About Circuits, что не подходит для редакционного содержания. Все отраслевые статьи подлежат строгим редакционным правилам с целью предлагать читателям полезные новости, технические знания или истории. Точки зрения и мнения, выраженные в отраслевых статьях, принадлежат партнеру, а не обязательно All About Circuits или ее авторам.