精密PCB製造、高周波PCB、高速PCB、標準PCB、多層PCB、およびPCBアセンブリ。
基地局展開とサイト取得の制限は、より小型で軽量な無線装置とアンテナを必要とする 5Gの巨大なMIMO(( MMIMO )). 改良信号処理, 高効率装置, そして、離散的なコンポーネントからの統合 フロントエンドモジュール (FEM) これらのニーズを満たすことが可能にします。
商用サブ6 GHz 5 g無線インフラを実現する上で，無線周波数・マイクロ波業界はかなり進歩し，ミリ波無線通信も進展している。以前の人々は5 Gに熱心に注目を集めて5 G業界標準の定式化にシフトしているコンポーネントやシステムメーカーは、適用可能でスケーラブルな5 G基地局アーキテクチャに様々な調整を行っている。これらのアーキテクチャは、モバイルユーザー、物事のインターネット、およびその他のために使用することができます。アプリケーションは、高速データスループットと高い容量を提供します。
4 Gから5 Gへの進化を達成し、データの需要の増加に合わせて100倍の容量を得るために、基本的な変更は、セルラ通信無線周波数システムのアーキテクチャおよび設計において要求される。ユーザ、機器、自動車、スマートメーター、低電力広域機器、および他のマシン間通信のような、より大きな通信需要に直面して、固定セクタアンテナシステムを使用する4 Gセルラシステムは、不十分な容量の問題に直面するだろう。我々が知っているように、通信理論の最高レベルでは、無線チャネルスループットを最大にするために、信号対雑音比（SNR）または信号対干渉および雑音比（SINR）を最大にすることが必要である。高密度セルラネットワークは、通常、ノイズではなく干渉によって制限され、この制限は、無線周波数アーキテクチャの進化を干渉を管理するシステムに強制した。これは、MMIMOシステムが入っているところです。4 Gシステムと比較して、MMIMOはより多くのトランシーバとアンテナ単位を持ちます、ユーザーに無線周波数エネルギーを届けるためにビーム形成信号処理を使用して、ダイナミックに干渉源から彼らを遠ざけるために方位角と立面角を調節することによってアンテナ光線をコントロールして、それによって問題を干渉させます。無線周波数エネルギーをユーザーに渡して、干渉から離れて信号を保つことによって、SINR、スループットと全体的なシステム能力は、すべて改善されます。
MMIMOの挑戦
5 Gアンテナアレイとその実現MIMO技術, 無線ネットワークオペレータは4 G LTEから5 G基地局への移行時に展開課題に直面する. この緩やかな発展は、長い間、これらの2つの技術の開発を目撃する可能性が高い. 4 gのLTEと5 Gの基地局は、同様の物理的なレイアウトを持ち、既存の共同配置されたセルタワーと屋上施設に組み立てられる可能性が高い. 現在の設定, 干渉とカバレッジギャップが最小化される.
既存のサイトで5 gの基地局が拡大するにつれ，利用可能な設置スペースは急激に縮小する。一部の地域の4 G LTE基地局の連続配備では、設置スペースが不足している。実際、多くの携帯電話タワーは、都市環境でますます混沌とした塔に反映される彼らのキャパシティ容量の限界に達して、オーバーロードされました。
図1は、2つの層のアンテナ、無線、無線周波ケーブル、およびフィーダを含む典型的な鉄塔の設置を示す。各セクターの重量は約250 kgです。風荷重，氷荷重，モーメントアームは塔の基地局の重なりに影響する重要な因子である。設置時には，基地局の回復能力と厳しい気象条件でのサービスの継続性に注意しなければならない。
これらの課題を満たすために、より小さく且つより高密度のサブ6 GHz 5 G基地局の設計を使用する必要がある。同時に、無線オペレータが多くの労務費と設備費をインストールとその後のメンテナンスの間、必要とするので、基地局の重さとボリュームはまだシステムデザイナーが考慮する必要がある重要な要因です。アンテナの開口部の大きさに基づいて運用コストを計算する場合には、基本的には、基地局の重量、開口面積および体積を使用してコストを計算するための価格モデルに切り替える。最初のインストールコストは、位置、重量、およびインストールの種類に依存します：タワーまたは屋根、シングルまたはダブル、クレーンを使用するかどうか、オリジナルの4 Gシステムは、ラジオフロントエンドとアンテナに分割されます。無線フロントエンドは通常地上にあり、パッシブアンテナは塔に設置されている。他の装置では、無線とアンテナは塔にあり、2つのコストは匹敵する。5 GのMMIMOアンテナは、アンテナの直後に、アクティブな電子装置をタワーに配置し、その結果、集積ユニットに配置される。
もちろん、基地局のサイズと寸法は、常にRFコンポーネントサプライヤー、基地局の設計者、演算子が考慮する必要があるコアの問題です。塔や屋根設備の不足はこれらの問題を悪化させるだろう。商用のミリ波5 G接続を実現するためには、基地局間で100メートルの距離を必要とする周波数と物理学の常識により、サイトを入手することは非常に困難になる。ランプポスト、街路標識、バスステーションシェルター、または他の構造に設置されるとき、ミリ波基地局装置は単独でインストールされるときよりはるかに軽くなければならないので、それはあまりに不吉に見えません。
加えて、有効な全方向放射電力（EIRP）に関するすべての歩行からの強調は、サイト獲得の挑戦を悪化させるでしょう。4 GのLTEおよびサブ6 GHzの5 G基地局は、ビームフォーミング利得を計算するとき、同様のEIRPレベルを示すことができるが、より高い周波数およびより高い周波数は、建物の貫通損失を補償するためにより高いRF電力を必要とし、同じ範囲の屋内カバレッジを達成するためにEIRPを改善する。回折損失、開口効率、およびパス損失はすべて周波数（すなわちオクターブ当たり12 dB～12 dB）に影響される。同時に、コーティングガラス、導電性（湿式）石積み、レンガ表面および他の材料の表皮深さと導電性のため、浸透損失は、より高い周波数で急激に増加する。
健康と安全性要件はEIRP（1平方センチメートル当たり1 MW）の放射限界を制限します、そして、除外地帯は4 G LTEから5 Gへの移行の間、許容レベルで維持されなければなりません。したがって、EIRPレベルを増やすことは当然いくつかのインストール課題をもたらすでしょう。理論的な最大電力が使用されるならば、これらはMMIMOビームフォーミング技術の実現と結合されるでしょう。従来のアンテナの水平方向とは異なり、ビーム走査アンテナアレイは、複数の方向に放射し、歩道にさえ放射することができる。この健康と安全関連の問題は5 G基地局の取得により多くの制限をもたらすでしょう、そして、より安全である間、これらの基地局を柔軟に展開することができなければならない小さいとより低い電力基地局のデザインに対する圧力を増やしてください。
サイズと重量を減らす
サブ6 GHz基地局のサイズと重さを最適化するとき設計因子を考慮しなければならない. コンポーネントからシステムへ, 消費電力, 効率, そして、熱放散は最も重要です.
アンテナの開口サイズはアンテナ素子の数に完全に依存し，アンテナ素子の数は必要なネットワーク容量と期待される干渉に依存する。配列が64、128または192の要素を持つかどうか、その物理的な大きさは、配列の物理的特性、走査角要件、格子ローブ性能およびビーム幅によって決定される。基礎となるエレクトロニクス及び放熱によって決定される基地局のサイズ及び高さは、最適化することができる。この点では、改善の余地がたくさんある。
典型的なLTEシステムと比較して、5 GのMMIMOでしばしば見落とされるシステム・サイズに影響を及ぼす主要な要因は、信号処理ハードウェアの急激な増加です。MMIMOシステムは、192のアンテナ要素を64の送信/受信（TRX）FEMSに接続することができます。これらのTRX FEMSは、16個のトランシーバRFICと4つのデジタルフロントエンド（DFE）を有しており、これは、比較的に典型的なLTE 4 T MIMOにおける4つのトランシーバと同じであり、デジタル信号処理の性能を16倍改善することができる（図2）。例えば、周波数が20から100 MHzに増加すると、帯域幅は5倍増加し、信号処理の倍数は驚くべきものである。
スタックは典型的なMMIMO集積アンテナと無線の機能を示す。上部層はアンテナユニットを含み、次の層は無線周波数及びデジタル回路を含む。TRX FEM、RFICおよびDFE層は別々の回路基板であるが、実際にはこれらの3つの機能は相互接続を最小化するために1つまたは2つの密にパックされた機能層に結合される。
MMIMOシステムにおける追加ハードウェアよりも衝撃的であることは、電力消費及び放熱に対する次の影響である。従来、基地局のヒートシンクや電源を設計する際には電力増幅器（PA）の電力消費が最も重要であった。現在、信号処理用電子機器の消費電力は車載用パワーアンプの消費電力に近づいており、車載電力増幅器の消費電力を超えている場合もある。
送信された信号に適用される信号および波形調整アルゴリズムを最適化することによって、信号処理ハードウェアの有意な増加はある範囲に相殺されることができる。ピーククリッピングファクタ低減やディジタルプリディストーション（dpd）などの伝統的な信号条件付けアルゴリズムは，非常に高い電力増幅器を持つマクロ基地局のために主に開発されている。小型・低電力の電力増幅器を用いたmMIMOアンテナの充填と比較して，従来のアルゴリズムはより複雑で重い処理負荷を必要とする。カスタムASIC / SOCまたはFPGAのために、これらのアルゴリズムが容易にDFEプロセッサの有効信号処理リソースの75 %を消費できる。5 GのMMIMOアーキテクチャのこれらのアルゴリズムを単純化して、多重論理ブロックに機能を再配置することによって、各々の最小化されたブロックの最適化されたアルゴリズムは、信号処理効率を改良して、全体的な消費電力を減らす。
図4は、MMIMOシステム100におけるデジタル信号処理とトランシーバ16との間の関係を説明する機能ブロック図である. このアーキテクチャは典型的なMMIMO設計である, しかし、論理的なパーティションにはいくつかの違いがあります（例えば、8または16チャンネルのDFE）。または統合FEMの代わりに離散成分を使用する. 図4によると, 左から右へ, 64の無線およびトランシーバ経路は、16のトランシーバRFICに分けられる. これらの16トランシーバRFICは、4つのDFES, そして、これらのDFesは、64のチャンネルからデジタルデータを処理して、ビームフォーミング・プロセッサおよびベースバンド・インターフェースプロセッサ. T約60 GSPの変換速度を有する直接サンプリングアナログ−デジタル変換器（ADC）及びデジタル−アナログ変換器（DAC）を有するRF SoCの出現は、従来のトランシーバアーキテクチャにおけるアナログ−デジタル変換及びデジタル−アナログ変換に必要なステップを低減するのに役立つ。これにより、5 Gアンテナのサイズ及び重量を低減する. ミキサーの使用を放棄することによって, コンバータと局部発振器, 全体のコンポーネントの数とコストを削減.
高度なMMICと MCMパッケージ技術 有限要素法設計, 追加の冷却機能及び省スペース効果を達成することができる. 図7は、簡略化されたMMIMO, 電源・ファイバインターフェースを除く. カプセル化シェルは、キャスティング重量を節約して、熱効率を改良するために、ヒートシンクをシェルの内部に広げます. TRXボードはFEMとRFICを統合する, 熱を通しての熱伝導, そして、RFIC熱は表紙を通して実行されるでしょう. これにより、FEMおよびRFICから一方向にではなく複数の方向に熱を放散させることができる. 熱はパッケージの上部カバーと底部から地面のビアと底板を通して放散することができる, ヒートシンクパッケージは、より効率的かつ効果的に低減される. 加えて, FEMは熱放散性能を最大化するために熱ビアと蓋を通して熱を伝えることができる.
