Comprendre la technologie 5G en un seul article : sa complexité est terrifiante, comparable à celle de la bande de base.

Mobile phones, as a standard feature in the mobile Internet era, have entered every one of our lives. With it, we can chat, shop, watch TV shows as we like, and enjoy a wonderful life.

Les téléphones portables étant si importants, le développement des technologies qui y sont liées suscite un vif intérêt. À chaque lancement d'un nouveau produit, les médias publient des reportages approfondis et les réseaux sociaux s'animent de discussions passionnées.

Pourtant, l'attention portée aux téléphones portables se concentre souvent sur le processeur, la carte graphique, la bande de base, l'écran et l'appareil photo. Il existe pourtant un composant essentiel au bon fonctionnement des téléphones portables, auquel peu de gens prêtent attention.

De quelle partie s'agit-il ? Eh oui, c'est le sujet principal de notre article aujourd'hui : la fréquence radio.

▉Qu'est-ce que la radiofréquence ?

La radiofréquence, ou radiofréquence en anglais, est communément appelée RF. Littéralement, radiofréquence signifie fréquence radio. Les signaux de radiofréquence désignent plus précisément les ondes électromagnétiques radio dont la fréquence se situe entre 300 kHz et 300 GHz.

Comme nous le savons tous, la communication entre les téléphones portables et les stations de base repose sur l'envoi et la réception d'ondes électromagnétiques radio.

A series of circuits, chips, components, etc. in a mobile phone that are specifically responsible for sending and receiving radio electromagnetic waves are collectively called a radio frequency system, or "radio frequency" for short (the same below).

Radio frequency and baseband are the cornerstones of mobile phone communication functions. If we regard the communication between the mobile phone and the outside world as an "express service", then the baseband's responsibility is to "package/unpack" the data. The responsibility of radio frequency is to transmit/receive "packages" through the designated radio frequency band.

Schéma : Bande de base à gauche et RF à droite

À quoi ressemble une fréquence radio ? L’image ci-dessous représente la disposition recto et verso de la carte de circuit imprimé principale d’une certaine marque de téléphone portable.

(图片来自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.

From an architectural point of view, a complete radio frequency system includes three parts: radio frequency transceiver, radio frequency front-end, and antenna. The RF front-end also includes multiple components such as power amplifiers, envelope trackers, low-noise amplifiers, filters, antenna switches, and antenna tuners.

Architecture RF

Les fonctions de chaque composant de l'étage d'entrée RF sont simples. Par exemple, l'amplificateur amplifie le signal pour augmenter sa portée ; le filtre élimine les parasites et améliore la qualité du signal ; le commutateur d'antenne permet d'ouvrir et de fermer l'antenne ; et le coupleur d'antenne sert principalement à optimiser les performances de l'antenne pour obtenir le meilleur rendement d'émission-réception.

Un grand nombre de composants radiofréquences coopèrent entre eux et travaillent ensemble pour achever la « dernière étape » et transmettre les données conditionnées par la bande de base « biu~biu~biu~ ».

Si la conception radiofréquence est inadéquate et que les performances des composants sont insuffisantes, cela affectera directement les capacités d'émission et de réception du signal sans fil du téléphone mobile, et par conséquent ses capacités de communication. Les conséquences concrètes sont un signal sans fil faible, une portée de communication réduite et un débit réseau lent.

In other words, if the radio frequency capability of a mobile phone is not good, it is like a car with insufficient power. No matter how fancy other functions are, it will not be accepted by users.

Therefore, when mobile phone manufacturers develop and design mobile phones, they usually put a lot of effort into radio frequency, repeatedly deliberate and conduct testing and verification before they dare to launch the final product.

▉5G radio frequency challenges

Aujourd'hui, nous entrons dans l'ère de la 5G avec enthousiasme. Comparée à la 4G traditionnelle, la 5G utilise-t-elle des différences au niveau du système de radiofréquences ?

La réponse est oui. Non seulement il y a un changement, mais c'est un changement radical.

Compared with 4G, 5G has greatly improved its performance indicators. The eMBB (enhanced mobile broadband) scenario of 5G increases mobile phone speeds to Gigabit or even 10 Gigabit levels, which are respectively 10 times/100 times the early LTE rate (100Mbps).

La 2G/3G/4G, la 5G, la technologie MIMO (multi-antennes) et la double SIM double veille doublent le nombre d'antennes et de bandes de fréquences prises en charge par les téléphones mobiles. À l'aube de la 4G, on comptait moins de 20 combinaisons de bandes de fréquences. En revanche,5G has more than 10,000 frequency band combinations, sa complexité est terrifiante.

Dans le même temps, afin de garantir que les utilisateurs soient disposés à passer à la version supérieure (tāo) (qián), l'épaisseur et le poids des téléphones mobiles 5G ne peuvent être augmentés, la consommation d'énergie ne peut être augmentée et le temps de veille ne peut être réduit.

If you were a mobile phone manufacturer, would you go crazy?

Therefore, the radio frequency of 5G mobile phones must reinvent itself and vigorously create miracles and innovation.

How to solve the design problems of radio frequency system? Qualcomm proposed a macro idea and directly provided "complete modem and radio frequency system." Popular understanding means that the baseband, RF transceiver, RF front-end, antenna module, software framework, etc. are all completed and a complete solution is provided to the manufacturer.

En d'autres termes, le concept de conception de composants terminaux tels que les téléphones mobiles 5G doit abandonner l'idée précédente d'« acheter un cheval au marché de l'Est, une selle au marché de l'Ouest, une bride au marché du Sud et un fouet au marché du Nord » et de se concentrer sur des composants individuels, et adopter à la place une solution intégrée au niveau du système de « conception d'emballage ».

Auparavant, par exemple, l'usine A fabriquait la bande de base, l'usine B les composants RF, l'usine C l'antenne, et le fabricant de téléphones mobiles D se chargeait ensuite de leur intégration et de leur connexion. Aujourd'hui, les grands fabricants conçoivent et intègrent directement la bande de base, les composants radiofréquences et l'antenne, puis les fournissent aux fabricants de téléphones mobiles, permettant ainsi une mise en service rapide.

L'intégration au niveau système est la conséquence inévitable de l'augmentation substantielle de la complexité de la bande de base et des radiofréquences de la 5G.

C'est comme pour un train. Autrefois, les voitures à grande vitesse roulaient lentement, et la rame et la locomotive pouvaient être conçues et fabriquées séparément, puis utilisées ensemble. Cependant, à l'ère du TGV, les performances ont doublé. Si l'on continue à les concevoir et à les fabriquer séparément, la coordination entre les voitures et la locomotive devient impossible. Non seulement les performances seront difficiles à atteindre, mais des problèmes de sécurité pourraient également survenir.

C’est pourquoi les rames automotrices électriques (EMU) pour les lignes à grande vitesse sont généralement conçues et fabriquées de manière unifiée.

Autrement dit, face aux indicateurs 5G défavorables mentionnés précédemment, il est nécessaire de concevoir l'architecture globale de la bande de base et des fréquences radio dans une optique d'intégration système. Ainsi, les deux pourront fonctionner en parfaite synergie, tant logicielle que matérielle, et offrir des performances optimales (débit, couverture, etc.).

Outre l'atteinte des objectifs fixés, la conception intégrée permet également de réduire la taille finale du système et l'espace occupé par le téléphone mobile. Elle présente également des avantages indéniables en matière de gestion de la consommation d'énergie et de la dissipation thermique.

Enfin, et surtout, la fourniture de solutions d'intégration au niveau système peut réduire la difficulté de conception pour les fabricants de téléphones mobiles, leur permettant ainsi de lancer des produits plus rapidement et de conquérir le marché.

▉5G radio frequency black technology

Examinons de plus près les technologies cachées intéressantes de la radio 5G intégrée au niveau système.

Tout d'abord, la première technologie noire est le suivi d'enveloppe à large bande.

Lorsque j'ai présenté précédemment l'architecture radiofréquence, elle comportait un suiveur de puissance. Les suiveurs de puissance sont utilisés avec des amplificateurs de puissance.

The power amplifier is the core component of radio frequency. It is like a speaker, turning small sounds (signals) into loud sounds (signals).

Si vous voulez jouer de la trompette, il vous faudra certainement fournir un effort important (alimentation électrique). Le rôle du régulateur de puissance est de contrôler l'intensité (la puissance) du son produit dans l'instrument.

The traditional blowing method is the APT method, which is average power tracking. Within a certain period of time, the blowing force remains constant.

And wideband envelope tracking (ET) technology allows precise control of power. In other words, the baseband (modem) can control the envelope tracker in the radio frequency according to changes in the signal, thereby accurately controlling the transmission power of the wireless signal.

The wasted power consumption of envelope tracking is significantly less than that of traditional average power tracking.

(Image de Qualcomm)

De cette manière, l'énergie physique est grandement économisée, la consommation d'énergie radiofréquence est réduite et l'autonomie en veille du téléphone portable est augmentée.

Precise transmission power control helps mobile phones obtain the best signal transmission efficiency, thereby obtaining better channel quality. During the "two-way communication" process between the mobile phone and the base station, when the mobile phone obtains better channel quality, the base station can support the mobile phone to achieve better uplink and downlink services, such as supporting 2×2 MIMO, and the network speed is smoother. In addition, better channel quality also creates conditions for the base station side to allocate higher-order modulation methods (such as 256QAM) to mobile phones, which can improve mobile phone throughput and support faster and better data transmission services.

Plusieurs générations de modems 5G Snapdragon et de modules de suivi d'enveloppe haut débit intégrés RF, précédemment commercialisées par Qualcomm, intègrent déjà cette technologie. Son module de suivi d'enveloppe haut débit le plus récent, le QET7100, offre une efficacité énergétique supérieure de 30 % à celle des produits les plus performants actuellement disponibles sur le marché.

La deuxième technologie de pointe que nous avons introduite est une technologie d'amélioration du signal assistée par l'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.

Le principe de base de la technologie d'amélioration du signal assistée par l'IA consiste à intégrer l'IA au système d'accord d'antenne. Il existe deux méthodes d'accord d'antenne : l'adaptation d'impédance et l'accord d'ouverture.

Regardons d'abord l'adaptation d'impédance.

L'adaptation d'impédance peut être comprise comme une sorte de travail de « canalisation d'eau ».

La connexion entre les composants d'un système RF et l'antenne est comparable à celle de deux tuyaux d'eau. Lorsque les impédances sont compatibles, les positions correspondent parfaitement. Dans ces conditions, le débit est maximal et l'efficacité du signal optimale. En revanche, si l'impédance d'un composant varie, le tuyau se déséquilibre, le débit diminue et une partie de l'énergie est gaspillée.

Il existe de nombreuses raisons pour lesquelles l'impédance change, comme le contact de la main, le branchement de câbles de données, l'installation de coques de téléphone portable, etc. Même différents gestes de préhension (main gauche, main droite, une main, deux mains) entraîneront des impédances différentes.

La méthode traditionnelle d'adaptation d'impédance consiste à tester en laboratoire diverses causes de variations d'impédance afin de déterminer les valeurs caractéristiques de l'antenne, puis à contrôler les composants radiofréquences via le modem pour ajuster l'impédance de sorte que le tuyau de réception d'eau soit aligné autant que possible avec le tuyau d'alimentation en eau.

La technologie d'amélioration du signal assistée par l'IA introduit des algorithmes d'IA pour effectuer une analyse de données massives et un apprentissage automatique sur les valeurs caractéristiques de l'antenne en raison de divers changements d'impédance afin de réaliser un ajustement intelligent de l'impédance et d'obtenir l'effet d'adaptation le plus parfait.

Pour le dire sans détour, c'est un peu comme installer un tuyau d'arrosage entre le tuyau d'arrivée d'eau et le tuyau de réception afin d'éviter autant que possible le gaspillage d'eau.

L'amélioration du signal assistée par l'IA est équivalente au tuyau de connexion entre la fréquence radio et l'antenne.

Le réglage de l'ouverture est relativement simple, il suffit d'ajuster la longueur électrique de l'antenne.

D'un point de vue radiologique, la longueur idéale d'une antenne serait égale au quart de la longueur d'onde. De nos jours, en raison de la connectivité réseau complète, de la double SIM double veille et d'autres facteurs, la fréquence de fonctionnement du système de communication mobile varie. Par exemple, il peut fonctionner tantôt à 2.6 GHz, tantôt à 3.5 GHz.

If the operating frequency changes, it means that the optimal wavelength also changes. Therefore, it is necessary to tune the aperture of the antenna, adjust the length of the antenna, and lengthen the wave peak to achieve the best effect.

En résumé, la fonction principale de la technologie de réglage d'antenne basée sur l'adaptation d'impédance et le réglage d'ouverture est de surmonter l'impact de l'environnement extérieur sur le signal de l'antenne, d'ajuster dynamiquement le signal et d'améliorer l'expérience utilisateur.

D'après les vérifications effectuées, grâce à la technologie d'amélioration du signal assistée par l'IA, la précision de la perception de la situation du système peut être améliorée de 30 %, ce qui permet de réduire considérablement le taux d'interruption des appels et d'améliorer la vitesse, la couverture et l'autonomie de la batterie.

▉Conclusion

De nombreuses technologies innovantes, encore confidentielles, sont utilisées pour les systèmes radiofréquences 5G, telles que l'optimisation multiporteuse, le découplage, la gestion simultanée améliorée des cartes multi-SIM, etc. Ces technologies, fruits de l'innovation technologique, ont permis de concrétiser le savoir-faire des ingénieurs et ont jeté les bases d'un déploiement réussi des terminaux 5G.

Aujourd'hui, la fréquence radio 5G n'est plus un auxiliaire de la bande de base, mais un composant important du téléphone mobile qui peut être sur un pied d'égalité avec la bande de base et les deux peuvent se compléter.

With the continuous deepening of 5G network construction, in addition to mobile phone communications, more and more 5G vertical industry application scenarios have begun to come into being. The forms of 5G terminals will become diverse, and a greater test will be placed in front of the 5G radio frequency front-end.

What new tricks will 5G radio frequency play by then? Let’s wait and see!

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