Comprenda la tecnología negra de radiofrecuencia 5G en un solo artículo: su complejidad es aterradora, a la par con la de la banda base.

Los teléfonos móviles, como elemento indispensable en la era de Internet móvil, se han integrado en nuestras vidas. Con ellos podemos chatear, comprar, ver programas de televisión a nuestro antojo y disfrutar de una vida plena.

Debido a la importancia de los teléfonos móviles, la gente presta mucha atención al desarrollo de las tecnologías relacionadas. Cada vez que se lanza un nuevo producto, los medios de comunicación publican extensos reportajes y se generan acalorados debates en las redes sociales.

Sin embargo, la atención que la gente presta a los teléfonos móviles suele centrarse en la CPU, la GPU, la banda base, la pantalla y la cámara. Existe un componente tan especial y crucial para los teléfonos móviles que pocas personas le prestan atención.

¿De qué parte se trata? Sí, es la protagonista de nuestro artículo de hoy: la radiofrecuencia.

▉what is radio frequency

Radiofrecuencia, cuyo nombre en inglés es Radio Frequency, es la abreviatura común RF. Literalmente, Radiofrecuencia significa radiofrecuencia. Las señales de radiofrecuencia se refieren específicamente a ondas electromagnéticas con un rango de frecuencia de 300 kHz a 300 GHz.

As we all know, the reason why mobile phones can communicate with base stations relies on sending and receiving radio electromagnetic waves to each other.

Una serie de circuitos, chips, componentes, etc., en un teléfono móvil que son específicamente responsables de enviar y recibir ondas electromagnéticas de radio se denominan colectivamente sistema de radiofrecuencia, o "radiofrecuencia" para abreviar (lo mismo se usa a continuación).

La radiofrecuencia y la banda base son los pilares fundamentales de las comunicaciones móviles. Si consideramos la comunicación entre el teléfono móvil y el mundo exterior como un servicio exprés, la banda base se encarga de empaquetar y desempaquetar los datos. La radiofrecuencia, por su parte, transmite y recibe paquetes de datos a través de la banda de radiofrecuencia designada.

Diagrama esquemático: Banda base a la izquierda y RF a la derecha.

¿Cómo se ve la radiofrecuencia? La imagen a continuación muestra la disposición frontal y posterior de la placa de circuito principal de una determinada marca de teléfono móvil.

(Investigación ABI Research)

In the picture, the parts circled in yellow all belong to radio frequency. It can be seen that radio frequency components occupy a large proportion in the structure of mobile phones.

Desde el punto de vista arquitectónico, un sistema completo de radiofrecuencia consta de tres partes: transceptor de radiofrecuencia, etapa de entrada de radiofrecuencia y antena. La etapa de entrada de RF también incluye varios componentes, como amplificadores de potencia, analizadores de envolvente, amplificadores de bajo ruido, filtros, conmutadores de antena y sintonizadores de antena.

Arquitectura de RF

Las funciones de cada componente del front-end de RF no son complicadas. Por ejemplo, el amplificador amplifica la señal para que pueda transmitirse a mayor distancia; el filtro elimina el ruido y hace que la señal sea más pura; el conmutador de antena controla la apertura y el cierre de la antena; la función principal del sintonizador de antena es optimizar la antena para obtener el mejor rendimiento de transmisión.

Un gran número de componentes de radiofrecuencia cooperan entre sí y trabajan juntos para completar el "paso final" y transmitir los datos empaquetados por la banda base "biu~biu~biu~".

Si el diseño de la radiofrecuencia es inadecuado y el rendimiento de los componentes es deficiente, esto afectará directamente las capacidades de envío y recepción de la señal inalámbrica del teléfono móvil, perjudicando así sus capacidades de comunicación. Las consecuencias específicas incluyen una señal inalámbrica débil, un alcance de comunicación reducido y una velocidad de red lenta, entre otras.

En otras palabras, si la capacidad de radiofrecuencia de un teléfono móvil es deficiente, es como un coche con poca potencia. Por muy sofisticadas que sean sus demás funciones, no serán aceptadas por los usuarios.

Por lo tanto, cuando los fabricantes de teléfonos móviles desarrollan y diseñan teléfonos móviles, suelen dedicar mucho esfuerzo a la radiofrecuencia, deliberando repetidamente y realizando pruebas y verificaciones antes de atreverse a lanzar el producto final.

▉Desafíos de la radiofrecuencia 5G

Hoy entramos en la era del 5G con gran optimismo. En comparación con el 4G tradicional, ¿existen cambios en el sistema de radiofrecuencia del 5G?

La respuesta es sí. No solo hay un cambio, sino un cambio radical.

En comparación con 4G, 5G ha mejorado notablemente sus indicadores de rendimiento. El escenario eMBB (banda ancha móvil mejorada) de 5G aumenta la velocidad de los teléfonos móviles a niveles de Gigabit o incluso 10 Gigabit, que son respectivamente 10 y 100 veces superiores a la velocidad inicial de LTE (100 Mbps).

2G/3G/4G, más 5G, más MIMO (tecnología multiantena), más doble SIM con doble modo de espera, el doble de antenas y bandas de frecuencia compatibles de los teléfonos móviles. En los primeros días del 4G, había menos de 20 combinaciones de bandas de frecuencia. En contraste,La tecnología 5G cuenta con más de 10,000 combinaciones de bandas de frecuencia.La complejidad es aterradora.

Al mismo tiempo, para asegurar que los usuarios estén dispuestos a actualizar (tāo) (qián), el grosor y el peso de los teléfonos móviles 5G no se pueden aumentar, el consumo de energía no se puede aumentar y el tiempo de espera no se puede reducir.

Si fueras fabricante de teléfonos móviles, ¿te volverías loco?

Por lo tanto, la radiofrecuencia de los teléfonos móviles 5G debe reinventarse y generar activamente milagros e innovaciones.

¿Cómo resolver los problemas de diseño de los sistemas de radiofrecuencia? Qualcomm propuso una idea integral y proporcionó directamente un "módem y sistema de radiofrecuencia completos". Esto significa que la banda base, el transceptor de RF, el front-end de RF, el módulo de antena, el marco de software, etc., están todos completos y se ofrece una solución integral al fabricante.

En otras palabras, el concepto de diseño de componentes terminales como los teléfonos móviles 5G debe abandonar la idea anterior de "comprar un caballo en el mercado del este, una silla de montar en el mercado del oeste, una brida en el mercado del sur y un látigo en el mercado del norte" y centrarse en componentes individuales, y en su lugar adoptar una solución integrada a nivel de sistema de "diseño de paquete".

Por ejemplo, antes, la fábrica A fabricaba la banda base, la fábrica B la radiofrecuencia, la fábrica C la antena, y luego la fábrica D de teléfonos móviles se encargaba de integrarlas y conectarlas. Hoy en día, los grandes fabricantes diseñan y empaquetan directamente la banda base, la radiofrecuencia y la antena, etc., y luego se las entregan a los fabricantes de teléfonos móviles para que puedan utilizarlas rápidamente.

La integración a nivel de sistema es el resultado inevitable del aumento sustancial de la complejidad de la banda base y la radiofrecuencia 5G.

Es como un tren. Antes, la velocidad de los vagones de cuero verde era lenta, y el vagón y la parte delantera se diseñaban y fabricaban por separado para luego circular juntos. Sin embargo, en la era del tren de alta velocidad, los indicadores de velocidad se han duplicado. Si se siguen diseñando y fabricando por separado, los vagones y la locomotora no podrán coordinarse adecuadamente. Esto no solo dificultará el cumplimiento de los indicadores de velocidad, sino que también podrían surgir problemas de seguridad.

Therefore, high-speed rail EMUs are usually designed and manufactured in a unified manner.

En otras palabras, ante los exigentes indicadores de 5G mencionados anteriormente, es necesario realizar un diseño integral de la banda base y la radiofrecuencia desde la perspectiva de la integración a nivel de sistema. De esta manera, se logrará una sinergia perfecta entre software y hardware, alcanzando un rendimiento óptimo (velocidad de transmisión, cobertura, etc.).

Además de cumplir con los indicadores, el diseño integrado también ayuda a reducir el tamaño final del sistema y el espacio que ocupa el teléfono móvil. Para el control del consumo de energía y la disipación de calor del sistema, el diseño integrado también ofrece ventajas evidentes.

Por último, pero no por ello menos importante, proporcionar soluciones de integración a nivel de sistema puede reducir la dificultad de diseño para los fabricantes de teléfonos móviles, lo que les permite lanzar productos más rápidamente y conquistar el mercado.

▉5G radio frequency black technology

Analicemos más de cerca las interesantes tecnologías ocultas de la radio 5G integrada a nivel de sistema.

First of all, the first black technology is broadband envelope tracking.

Cuando presenté la arquitectura de radiofrecuencia anteriormente, incluía un seguidor de potencia. Los seguidores de potencia se utilizan con amplificadores de potencia.

El amplificador de potencia es el componente principal de la radiofrecuencia. Es como un altavoz, que convierte sonidos débiles (señales) en sonidos fuertes (señales).

Si quieres tocar la trompeta, sin duda necesitas trabajar duro (fuente de alimentación). La función del medidor de potencia es controlar la intensidad (potencia) del sonido de la trompeta.

El método de soplado tradicional es el método APT, que consiste en el seguimiento de la potencia media. Durante un cierto período de tiempo, la fuerza de soplado permanece constante.

La tecnología de seguimiento de envolvente de banda ancha (ET) permite un control preciso de la potencia. En otras palabras, la banda base (módem) puede controlar el seguidor de envolvente en la radiofrecuencia según los cambios en la señal, controlando así con precisión la potencia de transmisión de la señal inalámbrica.

El consumo de energía desperdiciado en el seguimiento de envolvente es significativamente menor que el del seguimiento de potencia promedio tradicional.

(Imagen de Qualcomm)

De esta forma, se ahorra mucha energía física, se reduce el consumo de energía de radiofrecuencia y se aumenta el tiempo de espera del teléfono móvil.

El control preciso de la potencia de transmisión ayuda a los teléfonos móviles a obtener la máxima eficiencia de transmisión de señal, logrando así una mejor calidad de canal. Durante la comunicación bidireccional entre el teléfono móvil y la estación base, cuando el teléfono móvil obtiene una mejor calidad de canal, la estación base puede brindarle mejores servicios de enlace ascendente y descendente, como la compatibilidad con MIMO 2×2, y una velocidad de red más fluida. Además, una mejor calidad de canal también permite a la estación base asignar métodos de modulación de orden superior (como 256QAM) a los teléfonos móviles, lo que mejora el rendimiento y permite una transmisión de datos más rápida y eficiente.

Varias generaciones de módems Snapdragon 5G y rastreadores de envolvente de banda ancha integrados en sistemas de radiofrecuencia lanzados anteriormente por Qualcomm ya han adoptado la tecnología mencionada. Su último rastreador de envolvente de banda ancha, el QET7100, ofrece una mejora del 30 % en la eficiencia energética en comparación con los productos más avanzados que ofrecen actualmente otros fabricantes en el mercado.

La segunda tecnología innovadora que presentamos es la tecnología de mejora de señal asistida por IA.

This technology is the latest new technology released in the Snapdragon X65 5G modem and radio frequency system that was just launched in February. It is also the first time in the industry that hot AI technology has been introduced into the mobile phone radio frequency system to enhance the signal.

La base de la tecnología de mejora de señal asistida por IA consiste en integrar la inteligencia artificial en el sistema de ajuste de antenas. Existen dos métodos de ajuste de antenas: la adaptación de impedancias y el ajuste de apertura.

Analicemos primero la adaptación de impedancias.

La denominada adaptación de impedancias puede entenderse como una especie de trabajo de "tuberías de agua".

La conexión entre los componentes del sistema de radiofrecuencia y la antena es como la conexión entre dos tuberías de agua. Cuando las impedancias son consistentes, las posiciones coinciden perfectamente. En ese caso, el flujo de agua es máximo y la eficiencia de la señal es óptima. Si la impedancia del componente varía, la tubería se desviará, el flujo de agua disminuirá y parte de este se desperdiciará.

There are many reasons for impedance changes, such as hand touch, plugging in data lines, installing mobile phone cases, etc. Even different holding gestures (left hand, right hand, one hand, two hands) will bring different impedances.

El método tradicional de adaptación de impedancias consiste en probar en el laboratorio diversas causas de cambios de impedancia para determinar los valores característicos de la antena y, a continuación, controlar los componentes de radiofrecuencia mediante el módem para ajustar la impedancia de manera que la tubería receptora de agua esté alineada con la tubería de suministro de agua en la medida de lo posible.

La tecnología de mejora de señal asistida por IA introduce algoritmos de IA para realizar análisis de macrodatos y aprendizaje automático sobre los valores característicos de la antena debido a diversos cambios de impedancia, con el fin de lograr un ajuste inteligente de la impedancia y conseguir el efecto de adaptación más perfecto.

Para decirlo sin rodeos, es un poco como instalar una manguera de desagüe entre la tubería de suministro de agua y la tubería de recepción de agua para evitar que el flujo de agua se desperdicie en la mayor medida posible.

La mejora de la señal asistida por IA es equivalente a la manguera de acoplamiento entre la radiofrecuencia y la antena.

La sintonización de la apertura es relativamente sencilla, basta con ajustar la longitud eléctrica de la antena.

Desde una perspectiva radiológica, la longitud ideal de una antena sería un cuarto de la longitud de onda. En los teléfonos móviles actuales, debido a la conectividad de red completa, la doble SIM con doble modo de espera y otros factores, la frecuencia de funcionamiento del sistema de comunicación móvil cambia dinámicamente. Por ejemplo, a veces funciona a 2.6 GHz y otras veces a 3.5 GHz.

Si la frecuencia de operación cambia, la longitud de onda óptima también cambia. Por lo tanto, es necesario ajustar la apertura de la antena, modificar su longitud y alargar el pico de la onda para lograr el mejor resultado.

En definitiva, la función principal de la tecnología de sintonización de antenas basada en la adaptación de impedancias y la sintonización de apertura es superar el impacto del entorno externo en la señal de la antena, ajustar dinámicamente la señal y mejorar la experiencia del usuario.

Según las comprobaciones realizadas, con la tecnología de mejora de señal asistida por IA, la precisión del sistema en cuanto a la percepción de la situación puede mejorarse en un 30 %, lo que puede reducir significativamente la tasa de caídas de llamadas y mejorar la velocidad, la cobertura y la duración de la batería.

▉Conclusión

Existen numerosas tecnologías innovadoras para sistemas de radiofrecuencia 5G, como la optimización multicarrier, el ajuste de desacoplamiento y la concurrencia mejorada con múltiples tarjetas SIM. Estas tecnologías son fruto de la innovación tecnológica, condensan el conocimiento de los ingenieros y sientan las bases para el lanzamiento sin contratiempos de los terminales 5G.

La frecuencia de radio 5G actual ya no es un componente auxiliar de la banda base, sino un componente importante del teléfono móvil que puede estar en igualdad de condiciones con la banda base y complementarse mutuamente.

Con la continua profundización de la construcción de redes 5G, además de las comunicaciones de telefonía móvil, han comenzado a surgir cada vez más escenarios de aplicación vertical para la tecnología 5G. Los formatos de los terminales 5G serán más diversos y la infraestructura de radiofrecuencia 5G se enfrentará a un mayor desafío.

¿Qué nuevas sorpresas nos deparará la radiofrecuencia 5G para entonces? ¡Ya veremos!

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