Fabbricazione PCB di precisione, PCB ad alta frequenza, PCB ad alta velocità, PCB standard, PCB multistrato e assemblaggio PCB.
La fabbrica di servizi personalizzati PCB e PCBA più affidabile.
La limitazione dell'implementazione della stazione base e dell'acquisizione del sito richiede apparecchiature radio e antenne più piccole e leggere adatte a 5G massive MIMO (mMIMO). Il miglioramento dell'elaborazione del segnale, i dispositivi ad alta efficienza e l'integrazione da componenti discreti a moduli front-end (FEM) consentono di soddisfare queste esigenze.
Le industrie della radiofrequenza e delle microonde hanno fatto notevoli progressi nella realizzazione di infrastrutture wireless 5G commerciali sub-6 GHz e anche le comunicazioni wireless a onde millimetriche hanno fatto progressi. L'attenzione delle persone precedenti al 5G si è spostata alla formulazione degli standard del settore 5G e i produttori di componenti e sistemi hanno apportato vari aggiustamenti all'architettura delle stazioni base 5G applicabile e scalabile. Queste architetture possono essere utilizzate per gli utenti mobili, Internet of Things e altri. L'applicazione fornisce un throughput dei dati più veloce e una maggiore capacità.
Per raggiungere l'evoluzione dal 4G al 5G e per aumentare di 100 volte la capacità di soddisfare la nostra crescente domanda di dati, sono necessari cambiamenti fondamentali nell'architettura e nella progettazione dei sistemi di radiofrequenza di comunicazione cellulare. Di fronte alle maggiori esigenze di comunicazione, quali utenti, apparecchiature, automobili, contatori intelligenti, apparecchiature a grande area a bassa potenza e altre comunicazioni macchina-macchina, i sistemi cellulari 4G che utilizzano sistemi di antenna del settore fisso affronteranno il problema di capacità insufficiente. Come tutti sappiamo, nel più alto livello della teoria della comunicazione, al fine di massimizzare il throughput del canale wireless, è necessario massimizzare il rapporto segnale-rumore (SNR) o segnale-interferenza e rapporto rumore (SINR). Le reti cellulari ad alta densità sono solitamente limitate dalle interferenze piuttosto che dal rumore, e questa limitazione ha costretto l'evoluzione delle architetture di radiofrequenza in sistemi che gestiscono le interferenze. Rispetto ai sistemi 4G, mMIMO ha più ricetrasmettitori e unità di antenna, utilizza l'elaborazione del segnale di formazione del fascio per fornire energia a radiofrequenza agli utenti e controlla dinamicamente i fasci dell'antenna regolando gli angoli di azimuth e elevazione per tenerli lontani dalle fonti di interferenza, riducendo così le interferenze. Passando energia a radiofrequenza agli utenti e tenendo il segnale lontano da interferenze, SINR, throughput e capacità complessiva del sistema saranno tutti migliorati.
Le sfide di mMIMOCon la realizzazione degli array di antenne 5G e della tecnologia MIMO, gli operatori di reti wireless dovranno affrontare sfide di implementazione durante il passaggio da 4G LTE a stazioni base 5G. Questa graduale evoluzione probabilmente assisterà a lungo allo sviluppo di queste due tecnologie. Le stazioni base 4G LTE e 5G hanno layout fisici simili e probabilmente saranno assemblate su torri cellulari co-localizzate e strutture sul tetto esistenti. Secondo la configurazione attuale, le lacune di interferenza e copertura sono ridotte al minimo.
Mentre le stazioni base 5G proliferano nei siti esistenti, lo spazio di installazione disponibile si ridurrà drasticamente. Nell'implementazione continua delle stazioni base 4G LTE in alcune aree, lo spazio di installazione è stato insufficiente. Infatti, molte torri di telefonia mobile sono state sovraccaricate, raggiungendo il limite della loro capacità di carico, che si riflette nelle torri sempre più caotiche nell'ambiente urbano.
La figura 1 mostra una tipica installazione a torre di ferro, comprendente due strati di antenne, radio, cavi a radiofrequenza e alimentatori. Il peso di ogni settore è di circa 250kg. Carico del vento, carico del ghiaccio e braccio del momento sono i fattori chiave che influenzano la sovrapposizione della stazione base sulla torre. Durante l'installazione, occorre prestare attenzione alla capacità di recupero della stazione base e alla continuità del servizio in condizioni meteorologiche avverse.
Per far fronte a queste sfide, è necessario utilizzare una stazione base 5G più piccola e densa sotto i 6 GHz. Allo stesso tempo, il peso e il volume della stazione base sono ancora fattori chiave che i progettisti di sistema devono considerare, perché gli operatori wireless richiedono molti costi di manodopera e attrezzature durante l'installazione e la successiva manutenzione. Nel caso di calcolare i costi operativi solo in base alle dimensioni dell'apertura dell'antenna, gli operatori delle torri sono passati fondamentalmente a un modello di tariffazione, cioè utilizzando peso della stazione base, area dell'apertura e volume per calcolare i costi. Il costo di installazione iniziale dipende anche dalla posizione, peso e tipo di installazione: torre o tetto, singolo o doppio, se utilizzare una gru, ecc Il sistema 4G originale è diviso in un front end radio e un'antenna. La parte anteriore della radio è solitamente posizionata a terra e l'antenna passiva è installata sulla torre. In altri dispositivi, la radio e l'antenna si trovano sulla torre, e il costo dei due è paragonabile. L'antenna 5G mMIMO posiziona dispositivi elettronici attivi sulla torre, immediatamente dietro l'antenna, in modo che siano collocati in un'unità integrata.
Naturalmente, le dimensioni e le dimensioni delle stazioni base sono sempre le questioni fondamentali che i fornitori di componenti RF, i progettisti di stazioni base e gli operatori devono considerare. La carenza di torri e strutture per il tetto esacerbare questi problemi. Sulla strada per ottenere connessioni 5G ad onde millimetriche su scala commerciale, diventerà molto difficile acquisire siti a causa della frequenza e del buon senso della fisica che richiedono una distanza di 100 metri tra le stazioni base. Quando installato su pali di lampada, cartelli stradali, rifugi della stazione degli autobus o altre strutture, l'attrezzatura della stazione base a onde millimetriche deve essere molto più leggera di quando installata da sola, in modo che non appaia troppo invadente.
Inoltre, l'accento posto sull'efficace potere radiato omnidirezionale (EIRP) di tutti i ceti sociali esacerbare la sfida dell'acquisizione di siti. Sebbene le stazioni base 4G LTE e 5G sub-6 GHz possano mostrare livelli EIRP simili quando si calcola il guadagno beamforming, frequenze sempre più elevate richiederanno una maggiore potenza RF per compensare le perdite di penetrazione degli edifici e Migliorare l'EIRP per raggiungere un livello simile di copertura interna. La perdita di diffrazione, l'efficienza dell'apertura e la perdita del percorso sono tutti influenzati dalla frequenza (cioè da 6 a 12 dB per ottava). Allo stesso tempo, a causa della profondità della pelle e della conducibilità del vetro rivestito, della muratura conduttiva (bagnata), delle superfici di mattoni e di altri materiali, la perdita di penetrazione aumenterà notevolmente a frequenze più elevate.
I requisiti di salute e sicurezza stabiliscono il limite di radiazione dell'EIRP (1mW per centimetro quadrato) e la zona di esclusione deve essere mantenuta a un livello accettabile durante il passaggio da 4G LTE a 5G. Pertanto, aumentare il livello dell'EIRP comporterà naturalmente alcune sfide in materia di installazione. Se si utilizza la potenza massima teorica, queste saranno combinate con la realizzazione della tecnologia beamforming mMIMO. Diverso dall'orientamento orizzontale delle antenne tradizionali, l'array dell'antenna di scansione del fascio può irradiarsi in più direzioni e persino irradiarsi fino al marciapiede. Questa questione relativa alla salute e alla sicurezza porterà maggiori restrizioni all'acquisizione di stazioni base 5G e aumenterà la pressione sulla progettazione di centrali base elettriche sempre più piccole: queste stazioni base devono essere in grado di essere installate in modo flessibile garantendo al contempo la sicurezza.
Ridurre dimensioni e peso Quando si ottimizzano le dimensioni e il peso delle stazioni base inferiori a 6 GHz, devono essere presi in considerazione i fattori di progettazione. Dai componenti ai sistemi, i consumi energetici, l'efficienza e la dissipazione del calore sono i più importanti.
La dimensione dell'apertura dell'antenna dipende completamente dal numero di elementi dell'antenna e il numero di elementi dell'antenna dipende dalla capacità di rete richiesta e dalle interferenze attese. Sia che l'array abbia 64, 128 o 192 elementi, la sua dimensione fisica è determinata dalle caratteristiche fisiche dell'array, dai requisiti dell'angolo di scansione, dalle prestazioni del lobo della griglia e dalla larghezza del fascio. Le dimensioni e l'altezza della stazione base, determinate dall'elettronica sottostante e dalla dissipazione del calore, possono essere ottimizzate. A questo proposito, vediamo molto spazio per migliorare.
Rispetto a un tipico sistema LTE, il fattore chiave che influisce sulle dimensioni del sistema che è spesso trascurato in 5G mMIMO è il forte aumento dell'hardware di elaborazione del segnale. Il sistema mMIMO può collegare 192 elementi di antenna a 64 FEM trasmissione/ricezione (TRx). Questi FEM TRx hanno 16 ricetrasmettitori RFIC e 4 front-end digitali (DFE), che sono gli stessi dei 4 ricetrasmettitori in un tipico LTE 4T MIMO In confronto, le prestazioni dell'elaborazione del segnale digitale possono essere migliorate di 16 volte (Figura 2). Ad esempio, quando la frequenza viene aumentata da 20 a 100 MHz, la larghezza di banda aumenterà di 5 volte e il multiplo dell'elaborazione del segnale è sorprendente.
Lo stack mostra le funzioni di una tipica antenna e radio integrata mMIMO. Lo strato superiore contiene unità di antenna, e lo strato successivo contiene radiofrequenza e circuiti digitali. Sebbene gli strati TRx FEM, RFIC e DFE siano circuiti stampati separati, in realtà queste tre funzioni saranno combinate in uno o due strati funzionali densamente imballati per ridurre al minimo l'interconnessione.
Forse più scioccante dell'hardware aggiuntivo nel sistema mMIMO è il conseguente impatto sul consumo energetico e sulla dissipazione del calore. In passato, il consumo energetico dell'amplificatore di potenza (PA) era la considerazione più importante nella progettazione di dissipatori di calore e alimentatori della stazione base. Ora, il consumo energetico dell'elettronica di elaborazione del segnale si avvicina al consumo energetico dell'amplificatore di potenza di bordo, e in alcuni casi, ha addirittura superato il consumo energetico dell'amplificatore di potenza di bordo.
Ottimizzando gli algoritmi di regolazione del segnale e della forma d'onda applicati al segnale trasmesso, l'aumento significativo dell'hardware di elaborazione del segnale può essere compensato in una certa misura. Gli algoritmi tradizionali di condizionamento del segnale, come la riduzione del fattore di clipping di picco e la predistorzione digitale (DPD), sono sviluppati principalmente per le stazioni base macro con amplificatori di potenza molto elevata. Rispetto al riempimento delle antenne mMIMO con amplificatori di potenza di dimensioni inferiori e potenza inferiore, gli algoritmi tradizionali richiedono carichi di lavoro di elaborazione più complessi e pesanti. Che si tratti di ASIC/SOC o FPGA personalizzati, questi algoritmi possono facilmente consumare il 75% delle risorse di elaborazione del segnale disponibili nel processore DFE. Semplificando questi algoritmi dell'architettura 5G mMIMO e realocando le funzioni in più blocchi logici, gli algoritmi ottimizzati in ogni blocco minimizzato miglioreranno l'efficienza di elaborazione del segnale e ridurranno il consumo energetico complessivo.
La Figura 4 è un diagramma a blocchi funzionale che spiega la relazione tra elaborazione digitale del segnale e ricetrasmettitore 16 nel sistema mMIMO. Questa architettura è un tipico progetto mMIMO, ma ci sono alcune differenze nel partizionamento logico (ad esempio DFE a 8 o 16 canali), o utilizzare componenti discreti invece di FEM integrato. Secondo la Figura 4, da sinistra a destra, i 64 percorsi radio e ricetrasmettitore sono divisi in 16 ricetrasmettitore RFIC. Questi 16 ricetrasmettitori RFIC sono utilizzati per guidare 4 DFE, e questi DFE elaboreranno i dati digitali da 64 canali e si connettono al processore di beamforming e al processore di interfaccia a banda base. L'avvento del SOC RF con convertitore analogico-digitale a campionamento diretto (ADC) e convertitore digitale-analogico (DAC) con un tasso di conversione di circa 60 GSPS aiuta a ridurre i passaggi necessari per la conversione analogico-digitale e digitale-analogico nelle architetture tradizionali di ricetrasmettitore. Riducendo così le dimensioni e il peso dell'antenna 5G. Abbandonando l'uso di miscelatori, convertitori e oscillatori locali, si riducono il numero complessivo di componenti e i costi. Adottando la tecnologia avanzata di imballaggio MMIC e MCM nella progettazione FEM, è possibile ottenere ulteriori funzioni di raffreddamento e vantaggi di risparmio di spazio. La figura 7 mostra un design mMIMO semplificato, escludendo l'alimentazione elettrica e l'interfaccia in fibra. Il guscio incapsulante estende il dissipatore di calore all'interno del guscio per risparmiare peso di fusione e migliorare l'efficienza termica. La scheda TRx integra FEM e RFIC, FEM conduce il calore attraverso vie termiche e il calore RFIC sarà condotto fuori attraverso la copertura. Ciò consente di dissipare il calore in più direzioni anziché unidirezionale da FEM e RFIC. Il calore può essere dissipato dalla copertura superiore e dal fondo del pacchetto attraverso i vias di terra e la piastra inferiore, che è più efficiente ed efficacemente riduce il pacchetto del dissipatore di calore. Inoltre, FEM può canalizzare il calore attraverso vie termiche e coperchi per massimizzare le prestazioni di dissipazione del calore.
