정밀 PCB 제조, 고주파 PCB, 고속 PCB, 표준 PCB, 다중 계층 PCB 및 PCB 조립.
기지국 배치 및 사이트 획득에 대한 제한 요구 사항이 더 작고 가벼운 무선 장비 및 안테나는 5G 대규모 MIMO(mMIMO)에 적용됩니다.향상된 신호 처리, 효율적인 장치 및 개별 구성 요소에서 프런트엔드 모듈(FEM)에 이르는 통합을 통해 이러한 요구 사항을 충족할 수 있습니다.
무선주파수와 마이크로파 업계는 6GHz 이하 5G 무선 인프라를 상용화하는 데 큰 진전을 이뤘고 밀리미터파 무선통신도 진전을 이뤘다.일찍 5G에 대한 사람들의 열렬한 관심은 이미 5G 업종표준의 제정으로 옮겨졌고 부품과 시스템제조업체는 적용되고 확장할수 있는 5G 기지국구조를 여러가지 조정했다.이러한 아키텍처는 모바일 사용자, 사물인터넷 및 기타 방면에 사용될 수 있다.애플리케이션은 더욱 빠른 데이터 처리량과 용량을 제공합니다.
4G에서 5G로 진화하고 증가하는 데이터 요구를 충족하기 위해 용량을 100배 늘리기 위해 셀룰러 통신 무선 주파수 시스템의 아키텍처와 설계에 근본적인 변화가 필요합니다.사용자, 장비, 자동차, 지능형 계량기, 저전력 광역 장비 및 기타 기계와 같은 더 큰 통신 요구에 직면하여 고정 섹터 안테나 시스템을 사용하는 4G 셀룰러 시스템은 용량 부족 문제에 직면 할 것입니다.잘 알려진 바와 같이 최고 수준의 통신 이론에서는 무선 채널의 처리량을 최대화하기 위해 신호 잡음 비율(SNR) 또는 신호 잡음 비율(SINR)을 최대화할 필요가 있습니다.고집적 셀룰러 네트워크는 일반적으로 노이즈가 아닌 간섭에 의해 제한되며, 이러한 제한으로 인해 무선 주파수 아키텍처는 간섭을 관리하는 시스템으로 변화합니다.이것이 mMIMO 시스템의 용도다. 4G 시스템보다 더 많은 트랜시버와 안테나 유닛을 보유한 mMIMO는 빔을 사용하여 신호 처리를 통해 사용자에게 무선 주파수 에너지를 전달하고, 방위각과 앙각을 조정하여 안테나 빔을 동적으로 제어하여 방해원에서 멀어지게 함으로써 방해를 줄인다.무선 주파수 에너지를 사용자에게 전달하고 신호를 방해로부터 멀어지게 함으로써 SINR, 처리량 및 전체 시스템 용량이 향상됩니다.
mMIMOW의 도전은 5G 안테나 어레이와 MIMO 기술이 실현됨에 따라 무선 네트워크 사업자가 4G LTE에서 5G 기지국으로 전환할 때 배치 도전에 직면하게 될 것이다.이러한 점진적인 변화는 이 두 가지 기술이 오랜 기간 동안 발전하는 것을 목격할 가능성이 높다.4G LTE와 5G 기지국은 비슷한 물리적 배치를 갖추고 있어 기존 공여지의 셀룰러 타워와 옥상 시설에 조립될 가능성이 크다.간섭과 덮어쓰기 간격은 현재 구성에 따라 최소화됩니다.
5G 기지국이 기존 사이트에서 급증함에 따라 사용 가능한 설치 공간은 급격히 줄어들 것으로 보인다.일부 지역에서는 4G LTE 기지국이 계속 배치되는 동안 설치 공간이 수요를 따라가지 못하고 있다.사실상 많은 휴대폰탑은 이미 적재량을 초과하여 적재능력의 극한에 이르렀는데 이는 도시환경에서 갈수록 혼란해지는 탑에 반영된다.
그림 1은 이중 안테나, 무선, 무선 및 송신 케이블을 포함한 전형적인 철탑 설치를 보여줍니다.각 섹터의 무게는 약 250kg입니다.바람하중, 얼음하중, 힘팔은 기지국이 탑에 중첩되는 데 영향을 주는 관건적인 요소이다.설치 과정에서 기지국의 복구 능력과 악천후 조건에서의 서비스 연속성에 주의해야 한다.
이러한 도전에 대응하기 위해서는 더 작고 밀집된 아시아 6GHz 5G 기지국 설계를 사용해야 한다.이와 동시에 기지국의 중량과 부피는 여전히 시스템설계자들이 고려해야 할 관건적인 요소이다. 왜냐하면 무선운영업체는 설치와 후속유지보수과정에서 대량의 로동력과 설비원가를 수요하기때문이다.안테나 공경 크기만으로 운영 비용을 계산하는 경우, 타워 사업자는 기본적으로 기지국 무게, 공경 면적, 부피를 사용하여 비용을 계산하는 가격 책정 모드로 전환했다.최초 설치 비용은 탑이냐 지붕이냐, 1인이냐 2인이냐, 크레인 사용 여부 등 설치 위치와 무게, 유형에 따라 달라진다. 최초 4G 시스템은 무선 전단과 안테나로 나뉜다.무선전신의 앞부분은 일반적으로 지면에 위치해있으며 무원안테나는 안테나탑에 설치되여있다.다른 장치에서는 무선전신과 안테나가 탑에 위치해있는데 량자의 원가는 비슷하다.5G mMIMO 안테나는 소스 전자 장비를 안테나 뒤의 탑에 배치하여 통합 유닛에 위치시킵니다.
물론 기지국의 크기와 크기는 시종 무선주파수부품공급업체, 기지국설계사 및 운영업체가 고려해야 할 핵심문제이다.타워와 지붕 시설의 부족은 이러한 문제를 악화시킬 것입니다.상업적 규모의 밀리미터파 5G 연결을 실현하는 도로에서는 주파수와 물리적 상식이 기지국 간 100m 거리를 유지해야 하기 때문에 사이트 확보가 매우 어려워진다.등대, 이정표, 버스 정류장 대합실 또는 기타 구조물에 설치할 때 밀리미터파 기지국 설비는 단독으로 설치할 때보다 훨씬 가벼워야 너무 튀어 보이지 않는다.
또한 효과적인 전방향 방사선 전력 (EIRP) 에 대한 업계의 중시는 입지 선정의 도전을 심화시킬 것이다.4G LTE와 6GHz 미만의 5G 기지국은 빔 성형 이득을 계산할 때 비슷한 EIRP 수준을 보일 수 있지만, 점점 더 높은 주파수는 건물 관통 손실을 보상하고 비슷한 수준의 실내 커버리지를 위해 EIRP를 향상시키기 위해 더 높은 RF 출력을 필요로 할 것이다.회절 손실, 구멍 지름 효율 및 경로 손실은 주파수 (즉, 주파수 대역당 6~12dB) 의 영향을 받습니다.이와 동시에 도금유리, 전도성 (습) 축체, 벽돌표면 및 기타 재료의 피부깊이와 전도성으로 하여 더욱 높은 주파수에서 침투손실이 급격히 증가될것이다.
건강 및 안전 요건은 EIRP의 방사선 제한값(㎡당 1mW)을 규정하고 4G LTE에서 5G로 이행하는 동안 금지구역은 수용 가능한 수준으로 유지해야 한다.따라서 EIRP 수준을 높이면 설치 문제가 발생할 수 있습니다.이론적인 최대 출력을 사용할 경우 이러한 것들은 mMIMO 빔 성형 기술의 구현과 결합됩니다.기존 안테나의 수평 방향과 달리 빔 스캔 안테나 배열은 여러 방향으로 방사할 수 있으며 심지어 인도까지 아래로 방사할 수 있다.이 건강 및 안전과 관련된 문제는 5G 기지국의 획득에 더 많은 제한을 가져올 것이며, 더 작고 더 낮은 전력 기지국의 설계 압력을 증가시킬 것이다. 이러한 기지국은 유연하게 배치할 수 있어야 하며, 동시에 안전을 확보해야 한다.
크기와 무게를 줄이는 것은 6GHz 미만의 기지국의 크기와 무게를 최적화할 때 반드시 설계 요소를 고려해야 한다.구성 요소에서 시스템에 이르기까지 전력 소비량, 효율성 및 냉각이 가장 중요합니다.
안테나의 구멍 지름 크기는 필요한 네트워크 용량과 예상되는 간섭에 따라 안테나 컴포넌트의 수에 따라 달라집니다.어레이에 64, 128 또는 192 개의 컴포넌트가 있는 경우 물리적 크기는 어레이의 물리적 특성, 스캔 각도 요구사항, 래스터 파판 성능 및 빔 너비에 따라 결정됩니다.기본 전자 부품과 발열로 식별된 기지국의 크기와 높이를 최적화할 수 있습니다.이 방면에서 우리는 매우 큰 개선 공간을 보았다.
5G mMIMO에서 흔히 무시되는 시스템 크기에 영향을 미치는 핵심 요인은 일반적인 LTE 시스템에 비해 신호처리 하드웨어의 급격한 증가다.mMIMO 시스템은 192개의 안테나 컴포넌트를 64개의 송신/수신(TRx) FEM에 연결할 수 있다.이들 TRx FEM은 트랜시버 RFIC 16개와 디지털 프런트엔드(DFE) 4개로 일반적인 LTE 4T MIMO의 트랜시버 4개와 동일하다. 이에 비해 디지털 신호 처리 성능은 16배 향상된다(그림 2).예를 들어, 주파수가 20에서 100MHz로 증가하면 대역폭이 5배 증가하여 신호 처리의 배수가 놀랍습니다.
이 스택은 일반적인 mMIMO 통합 안테나 및 무선 기능을 보여줍니다.최상위 계층에는 안테나 유닛이 있고 다음 계층에는 무선 주파수 및 디지털 회로가 있습니다.TRx-FEM, RFIC 및 DFE 레이어는 별도의 회로 기판이지만 실제로 이 세 가지 기능은 상호 연결을 최소화하기 위해 하나 또는 두 개의 밀집된 기능 레이어로 조합됩니다.
아마도 mMIMO 시스템의 추가 하드웨어보다 더 충격적인 것은 이후 전력 소비량과 발열에 미치는 영향일 것이다.과거에는 기지국 히트싱크와 전원을 설계할 때 전력 증폭기(PA) 전력 소비가 가장 중요한 고려 사항이었다.현재 신호 처리 전자 장치의 전력 소비량은 차량용 전력 증폭기의 전력 소비량에 근접하고 있으며, 어떤 경우에는 차량용 전력 증폭기를 능가하기도 한다.
전송 신호에 응용되는 신호와 파형 조정 알고리즘을 최적화함으로써 신호 처리 하드웨어의 현저한 증가를 어느 정도 상쇄할 수 있다.피크 인자 감소 및 디지털 디퓨저 (DPD) 와 같은 전통적인 신호 조절 알고리즘은 주로 매우 높은 전력 증폭기를 갖춘 매크로 스테이션을 대상으로 개발되었습니다.기존 알고리즘은 mMIMO 안테나를 더 작은 크기, 더 낮은 출력의 전력 증폭기로 채우는 것보다 더 복잡하고 무거운 처리 작업량을 필요로 한다.이러한 알고리즘은 사용자 정의 ASIC/SOC 또는 FPGA의 경우 DFE 프로세서에서 사용 가능한 신호 처리 자원의 75% 를 쉽게 소비할 수 있습니다.5G mMIMO 아키텍처의 이러한 알고리즘을 단순화하고 여러 논리 블록에 기능을 재할당함으로써 최소화 블록당 최적화 알고리즘은 신호 처리 효율을 높이고 전체 전력 소비량을 줄입니다.
그림 4는 mMIMO 시스템에서 디지털 신호 처리와 트랜시버 16 사이의 관계를 설명하는 기능 상자도입니다.이 아키텍처는 일반적인 mMIMO 설계이지만 FEM 통합 대신 논리적 파티셔닝 (예: 8 또는 16 채널 DFE) 이나 개별 구성 요소를 사용하는 데 약간의 차이가 있습니다.그림 4에 따르면 왼쪽에서 오른쪽으로 64 개의 무선 및 트랜시버 경로가 16 개의 트랜시버 RFIC로 구분됩니다.이 16 개의 트랜시버 RFIC는 64 개의 채널에서 디지털 데이터를 처리하고 빔 성형 프로세서 및 베이스밴드 인터페이스 프로세서에 연결하는 4 개의 DFE를 구동하는 데 사용됩니다.직접 샘플링 모듈러 변환기(ADC)와 변환율이 약 60GSPS인 모듈러 변환기(DAC)가 있는 RF SOC의 출현은 기존 트랜시버 아키텍처에서 모듈러 및 모듈러 변환에 필요한 단계를 줄이는 데 도움이 된다.이를 통해 5G 안테나의 크기와 무게를 줄였다.믹서, 동글, 로컬 발진기 사용을 포기함으로써 전체 구성 요소의 수와 비용을 절감할 수 있습니다. FEM 설계에 첨단 MMIC 및 MCM 패키징 기술을 적용함으로써 추가적인 냉각 기능과 공간 절약의 이점을 얻을 수 있습니다.그림 7은 전원 및 광섬유 인터페이스를 제외한 단순화된 mMIMO 설계를 보여줍니다.패키지된 케이스는 라디에이터를 케이스 내부까지 확장하여 캐스팅 무게를 절약하고 열 효율을 향상시킵니다.TRx 보드에는 FEM과 RFIC가 통합되어 있으며, FEM은 열통공을 통해 열을 전도하고, RFIC 열은 뚜껑을 통해 전도된다.이렇게 하면 FEM 및 RFIC에서 단방향으로 열이 분산되지 않고 여러 방향으로 열이 분산될 수 있습니다.열은 접지 구멍과 바닥판을 통해 패키지의 상단 덮개와 하단에서 발산될 수 있어 라디에이터 패키지를 더욱 효과적이고 효과적으로 줄일 수 있다.또한 FEM은 열 통과 구멍과 뚜껑을 통해 열을 유도해 발열 성능을 극대화할 수 있다.
