L'actualité PCB - Tendances de la technologie des semi - conducteurs pour les réseaux 5G Sub - 6ghz

L'épidémie de pneumonie à nouveau coronavirus pose des défis aux chaînes d'approvisionnement mondiales. Mais avant cela, l'industrie des semi - conducteurs RF et micro - ondes était déjà confrontée à une résistance énorme. Le marché des communications cellulaires, en particulier les appareils portables, représente plus de 50% des revenus des semi - conducteurs composés. Cette application a été un puissant moteur de l'industrie pendant plus d'une décennie, mais certains suivis sont maintenant faibles. Le chiffre d'affaires des appareils RF arséniure de gallium a diminué en 2019, principalement en raison de la baisse des livraisons de smartphones. Néanmoins, l'avenir de l'industrie des semi - conducteurs composés reste prometteur. Cette estimation optimiste provient principalement des réseaux et équipements 5G. Cette nouvelle norme promet d’être un moteur de croissance pour l’ensemble de l’industrie des semi - conducteurs. Marché de la 5G depuis 2019, les opérateurs sans fil déploient des réseaux et des appareils 5G. Il convient donc de se familiariser avec les trois éléments centraux de la vision de la 5G. La figure 1 montre simplement ses principaux composants et ce que ces trois projets peuvent accomplir. Le défi auquel seront confrontés les opérateurs et les fabricants d'équipements sera de parvenir à la rapidité et à l'ampleur de ces scénarios. La 5G est en fait un terme inexact largement utilisé. Il peut se référer à deux formes indépendantes et non indépendantes. Ce dernier utilise le cœur LTE existant et le réseau de signalisation. En outre, il est divisé en bandes d'ondes millimétriques (également appelées « fr2» ou « bande haute») et en bandes inférieures à 6 GHz (également appelées « fr1», composées de la « bande basse» et de la « bande moyenne»). L’organisation de normalisation de l’industrie 3GPP intensifie ses travaux sur la normalisation 5G et la révision du rel - 15; Dans le même temps, la norme rel - 16 / 17 se concentrera sur d'autres aspects de la 5G, qui devraient être approuvés d'ici la fin de 2022. Outre l'amélioration constante des normes techniques, le modèle économique de la 5G fait l'objet d'une attention générale. Comment les opérateurs différencient - ils les réseaux 5G et LTE? Les réseaux 5G peuvent - ils réaliser tout ou partie de la vision? Le déploiement de la nouvelle génération de réseaux sans fil dans la bande de fréquences Sub - 6 GHz est un projet coûteux, de sorte que les opérateurs travaillent dur pour développer et monétiser les applications 5G. Bien que tout le monde ait beaucoup investi dans la recherche et le développement sur les trois principaux scénarios de la vision 5G, les premiers jours du marketing 5G se sont concentrés principalement sur le haut débit mobile amélioré (embb). Les opérateurs sont en concurrence les uns avec les autres sur la couverture et la vitesse du réseau, ce qui affecte également indirectement l'architecture et la technologie du réseau Sub - 6 GHz. Inconvénients si vous souhaitez comparer la vitesse ou la capacité, la bande Sub - 6 GHz du réseau 5G ne dominera pas immédiatement. C'est une conséquence fortuite de la loi de Shannon Hartley. Cette loi décrit la valeur théorique du débit maximal pouvant être transmis à une bande passante de canal spécifique: C = b * log2 (1 + SNR) où c est la limite de la capacité du canal (BIT / s), B est la bande passante du canal (Hz) et SNR est le rapport signal sur bruit, bien que de nouvelles bandes de fréquences Sub - 6 GHz soient attribuées quotidiennement dans le monde entier, La largeur de bande de ces bandes ne peut être mesurée qu'en quelques dizaines ou centaines de MHz. Dans la bande millimétrique, la bande passante est généralement de l'ordre du gigahertz. C'est un inconvénient fondamental des réseaux Sub - 6 GHz par rapport aux ondes millimétriques. La figure 2 montre comment Ericsson pense que les réseaux LTE existants devraient évoluer vers la 5G avec une couverture, une capacité et des performances optimales. Ce réseau hybride combine les normes et bandes existantes 2G / 3G / 4G, ainsi que les bandes 5G Sub - 6 GHz et mmwave. L'ensemble du processus d'évolution commence par l'agrégation de porteuses (CA) dans différentes bandes LTE. Les réseaux évolués ont une double connexion (DC) dans laquelle la liaison descendante fonctionne sur la bande 5G Sub - 6 GHz, couvrant plus de bande passante de canal, tandis que le signal de liaison montante reste dans le réseau LTE. Finalement, le réseau a été mis à niveau pour inclure un modèle comprenant plusieurs combinaisons de ca et DC sur les bandes Sub - 6 GHz et millimétriques.

Situation idéale pour les opérateurs qui mettent à niveau leur réseau LTE vers un réseau 5G entièrement fonctionnel. Ce processus d'évolution implique plusieurs bandes et normes, ainsi que ca et DC, ce qui entraîne une mise en œuvre complexe et coûteuse. Bien que la partie Sub - 6 GHz du réseau présente des problèmes de bande passante insuffisante et augmente la complexité des réseaux hybrides, elle apporte également de nombreux avantages aux réseaux 5G. L'un des principaux avantages de la bande basse est la caractéristique de propagation du signal. Les pertes de trajet du signal émis augmentent avec la fréquence en multiples de 20 LOG10 (f). À la même distance, la perte de signal à 28 GHz est supérieure de 32 dB à celle à 700 MHz. Étant donné que la puissance d'émission maximale de la station de base est constante, l'augmentation des pertes de trajet sous cette bande de fréquences élevées limite considérablement la couverture du dispositif à 28 GHz. De plus, les signaux Sub - 6 GHz ont des pertes de pénétration plus faibles que les signaux millimétriques. Ceci est essentiel pour déployer des réseaux 5G dans les zones métropolitaines.

Les réseaux Sub - 6 GHz présentent également des avantages évidents dans les applications de la technologie MIMO (Multiple Input Multiple Output) et des antennes MIMO à grande échelle. MIMO s'appuie sur plusieurs émetteurs et récepteurs dans la station de base et le terminal de l'utilisateur. Parce que les radiateurs sont séparés, les signaux émis suivent des chemins différents pour atteindre le récepteur. L'utilisation de techniques de diversité spatiale et de multiplexage, associées à un flux de données multi - canal unique et à une propagation Multi - canal, permet d'améliorer la robustesse (rapport signal sur bruit) et le débit du signal.

Cette architecture d'antenne MIMO deviendra l'épine dorsale de la plupart des réseaux 5G, car si la capacité du canal dans l'équation 1 est approximée par le premier ordre, l'antenne MIMO peut la multiplier par n (n étant égal au nombre de paires de radiateurs d'antenne). Dans les versions standard publiées précédemment par le 3GPP, la structure de l'antenne était limitée à la configuration 8T / 8r, soit 8 émetteurs et 8 récepteurs. Le terme "massive MIMO" (mmimo) est également courant, mais il signifie maintenant essentiellement que le nombre d'émetteurs est bien supérieur à huit. Dans les déploiements 5G actuels, nous pouvons voir jusqu’à 1024 radiateurs par antenne pour les stations de base et les points d’accès mmimo.

L'implémentation de mmimo sur les circuits imprimés Sub - 6 GHz et mmwave est différente, ce qui entraîne de légères différences dans les normes d'architecture et de conception. Les signaux inférieurs à 6 GHz ont des longueurs d'onde plus longues que les signaux millimétriques, de sorte que plus de réflexions de transmission se produisent. Cela peut créer un environnement de propagation Multi - trajets plus riche et tirer parti des avantages de MIMO. En outre, l'établissement et le maintien d'une liaison sans fil optimale nécessitent la connaissance des informations d'état du canal, qui comprennent le traitement et la mise à jour des informations paramétriques telles que la diffusion, l'évanouissement, les pertes de chemin et le blocage. Les opérations décrites ci - dessus sont plus reproductibles dans la bande Sub - 6 GHz, offrant ainsi un environnement plus favorable à la propagation du signal.