Pahami teknologi canggih frekuensi radio 5G dalam satu artikel: kompleksitasnya sangat menakutkan, setara dengan teknologi baseband.

Telepon seluler, sebagai fitur standar di era internet seluler, telah memasuki kehidupan kita masing-masing. Dengan telepon seluler, kita dapat mengobrol, berbelanja, menonton acara TV sesuka hati, dan menikmati kehidupan yang indah.

Karena telepon seluler sangat penting, orang-orang sangat memperhatikan perkembangan teknologi terkait. Setiap kali produk baru dirilis, media akan membuat laporan panjang lebar, dan akan ada juga diskusi hangat di jejaring sosial.

Namun, perhatian orang terhadap ponsel seringkali terfokus pada CPU, GPU, baseband, layar, dan kamera. Padahal ada komponen khusus yang sangat penting untuk ponsel, tetapi hanya sedikit orang yang memperhatikannya.

Bagian yang mana itu? Ya, itu adalah tokoh utama artikel kita hari ini - frekuensi radio.

▉Apa itu frekuensi radio?

Frekuensi radio, nama Inggrisnya adalah Radio Frequency, yang merupakan singkatan dari RF. Secara harfiah, Frekuensi Radio berarti frekuensi radio. Sinyal frekuensi radio secara khusus merujuk pada gelombang elektromagnetik radio dengan rentang frekuensi 300KHz~300GHz.

Seperti yang kita ketahui, alasan mengapa telepon seluler dapat berkomunikasi dengan stasiun pemancar bergantung pada pengiriman dan penerimaan gelombang elektromagnetik radio satu sama lain.

Serangkaian sirkuit, chip, komponen, dan lain-lain dalam telepon seluler yang secara khusus bertanggung jawab untuk mengirim dan menerima gelombang elektromagnetik radio secara kolektif disebut sistem frekuensi radio, atau disingkat "frekuensi radio" (sama seperti di bawah).

Frekuensi radio dan pita dasar (baseband) adalah landasan fungsi komunikasi telepon seluler. Jika kita menganggap komunikasi antara telepon seluler dan dunia luar sebagai "layanan ekspres", maka tanggung jawab pita dasar adalah untuk "mengemas/membongkar" data. Tanggung jawab frekuensi radio adalah untuk mengirim/menerima "paket" melalui pita frekuensi radio yang ditentukan.

Diagram skematik: Baseband di sebelah kiri dan RF di sebelah kanan

Seperti apa bentuk frekuensi radio? Gambar di bawah ini adalah tata letak depan dan belakang papan sirkuit utama dari merek telepon seluler tertentu.

（图片来自Penelitian ABI）

Pada gambar, bagian yang dilingkari warna kuning semuanya termasuk frekuensi radio. Dapat dilihat bahwa komponen frekuensi radio menempati proporsi yang besar dalam struktur telepon seluler.

Dari sudut pandang arsitektur, sistem frekuensi radio yang lengkap mencakup tiga bagian: transceiver frekuensi radio, front-end frekuensi radio, dan antena. Front-end RF juga mencakup berbagai komponen seperti penguat daya, pelacak amplop, penguat noise rendah, filter, sakelar antena, dan penyetel antena.

Arsitektur RF

Fungsi setiap komponen dari bagian depan RF (RF front-end) tidaklah rumit. Misalnya, penguat (amplifier) ​​berfungsi untuk memperkuat sinyal agar dapat ditransmisikan lebih jauh; filter berfungsi untuk menghilangkan gangguan dan membuat sinyal lebih "murni"; sakelar antena digunakan untuk mengontrol pembukaan dan penutupan antena; fungsi utama dari penyetel antena (antenna tuner) adalah untuk "mengutak-atik" antena guna mendapatkan efek transceiver terbaik...

Sejumlah besar komponen frekuensi radio saling bekerja sama untuk menyelesaikan "langkah terakhir" dan mengirimkan data yang dikemas oleh pita dasar "biu~biu~biu~".

Jika desain frekuensi radio tidak masuk akal dan kinerja komponen tertinggal, hal itu akan langsung memengaruhi kemampuan pengiriman dan penerimaan sinyal nirkabel ponsel, sehingga memengaruhi kemampuan komunikasi ponsel. Manifestasi spesifiknya adalah sinyal nirkabel yang buruk, jarak komunikasi yang pendek, kecepatan jaringan yang lambat, dan lain sebagainya.

Dengan kata lain, jika kemampuan frekuensi radio sebuah ponsel tidak bagus, itu seperti mobil dengan tenaga yang tidak mencukupi. Sehebat apa pun fungsi lainnya, itu tidak akan diterima oleh pengguna.

Oleh karena itu, ketika produsen telepon seluler mengembangkan dan mendesain telepon seluler, mereka biasanya mencurahkan banyak upaya pada frekuensi radio, berulang kali mempertimbangkan dan melakukan pengujian serta verifikasi sebelum berani meluncurkan produk akhir.

▉Tantangan frekuensi radio 5G

Hari ini, kita memasuki era 5G dengan penuh percaya diri. Dibandingkan dengan 4G tradisional, apakah ada perubahan pada sistem frekuensi radio 5G?

Jawabannya adalah ya. Bukan hanya ada perubahan, tetapi perubahan yang sangat besar.

Dibandingkan dengan 4G, 5G telah sangat meningkatkan indikator kinerjanya. Skenario eMBB (enhanced mobile broadband) pada 5G meningkatkan kecepatan telepon seluler hingga level Gigabit atau bahkan 10 Gigabit, yang masing-masing 10 kali/100 kali lipat dari kecepatan LTE awal (100Mbps).

2G/3G/4G, ditambah 5G, ditambah MIMO (teknologi multi-antena), ditambah dual-SIM dual-standby, dua kali lipat jumlah antena dan pita frekuensi yang didukung oleh ponsel. Pada awal era 4G, terdapat kurang dari 20 kombinasi pita frekuensi. Sebaliknya,5G memiliki lebih dari 10,000 kombinasi pita frekuensi.Kompleksitasnya sungguh menakutkan.

Pada saat yang sama, untuk memastikan bahwa pengguna bersedia melakukan upgrade (tāo) (qián), ketebalan dan berat ponsel 5G tidak dapat ditambah, konsumsi daya tidak dapat ditingkatkan, dan waktu siaga tidak dapat dikurangi.

Jika Anda adalah produsen telepon seluler, apakah Anda akan menjadi gila?

Oleh karena itu, frekuensi radio ponsel 5G harus menemukan kembali dirinya sendiri dan secara aktif menciptakan keajaiban dan inovasi.

Bagaimana cara mengatasi masalah desain sistem frekuensi radio? Qualcomm mengusulkan ide makro dan langsung menyediakan "modem dan sistem frekuensi radio lengkap." Pemahaman umum berarti bahwa baseband, transceiver RF, front-end RF, modul antena, kerangka kerja perangkat lunak, dll., semuanya telah lengkap dan solusi lengkap diberikan kepada pabrikan.

Dengan kata lain, konsep perancangan komponen terminal seperti telepon seluler 5G harus meninggalkan gagasan sebelumnya tentang "membeli kuda di pasar timur, pelana di pasar barat, kekang di pasar selatan, dan cambuk di pasar utara" dan berfokus pada komponen individual, dan sebagai gantinya mengadopsi solusi tingkat sistem terintegrasi berupa "desain paket".

Sebagai contoh, di masa lalu, Pabrik A membuat baseband, Pabrik B membuat RF, Pabrik C membuat antena, dan kemudian Pabrik ponsel D mencari cara untuk mengintegrasikan dan menghubungkannya. Saat ini, produsen-produsen besar langsung mengemas dan mendesain baseband, frekuensi radio, dan antena, dll., lalu menyerahkannya kepada produsen ponsel, sehingga dapat digunakan dengan cepat.

Integrasi tingkat sistem merupakan konsekuensi tak terhindarkan dari peningkatan substansial kompleksitas pita dasar dan frekuensi radio 5G.

Ini seperti kereta api. Di masa lalu, kecepatan kereta api kulit hijau (kereta api tradisional) lambat, dan gerbong serta bagian depan kereta dapat dirancang dan diproduksi secara terpisah, lalu berjalan bersama. Namun, di era kereta api kecepatan tinggi, indikator kecepatan telah berlipat ganda. Jika terus dirancang dan diproduksi secara terpisah, gerbong dan lokomotif tidak dapat dikoordinasikan secara mendalam. Tidak hanya indikator kecepatan yang akan sulit dicapai, tetapi masalah keselamatan juga dapat muncul.

Oleh karena itu, kereta listrik berkecepatan tinggi (EMU) biasanya dirancang dan diproduksi secara seragam.

Dengan kata lain, dalam menghadapi indikator 5G yang keras seperti yang disebutkan di atas, perlu dilakukan desain keseluruhan baseband dan frekuensi radio dari perspektif integrasi tingkat sistem. Dengan cara ini, keduanya dapat mencapai sinergi perangkat lunak dan perangkat keras yang sempurna serta mencapai kinerja optimal (kecepatan throughput, jangkauan, dll.).

Selain mencapai indikator-indikator tersebut, desain terintegrasi juga membantu mengurangi ukuran akhir sistem dan mengurangi ruang yang ditempati oleh ponsel. Untuk pengendalian konsumsi daya sistem dan pembuangan panas, desain terintegrasi juga memiliki keunggulan yang jelas.

Terakhir namun tidak kalah penting, menyediakan solusi integrasi tingkat sistem dapat mengurangi kesulitan desain bagi produsen telepon seluler, memungkinkan mereka untuk meluncurkan produk lebih cepat dan merebut pasar.

▉Teknologi hitam frekuensi radio 5G

Mari kita telusuri lebih dekat teknologi rahasia yang menarik dari radio 5G terintegrasi tingkat sistem.

Pertama-tama, teknologi hitam pertama adalah pelacakan amplop pita lebar.

Saat saya memperkenalkan arsitektur frekuensi radio sebelumnya, ada pelacak daya di dalamnya. Pelacak daya digunakan dengan penguat daya.

Penguat daya adalah komponen inti dari frekuensi radio. Fungsinya seperti pengeras suara, mengubah suara (sinyal) kecil menjadi suara (sinyal) yang keras.

Jika Anda ingin meniup terompet, Anda pasti perlu bekerja keras (pasokan daya). Fungsi pelacak daya adalah untuk mengontrol intensitas (daya) tiupan terompet.

Metode peniupan tradisional adalah metode APT, yaitu pelacakan daya rata-rata. Dalam jangka waktu tertentu, gaya peniupan tetap konstan.

Dan teknologi pelacakan amplop pita lebar (ET) memungkinkan kontrol daya yang presisi. Dengan kata lain, baseband (modem) dapat mengontrol pelacak amplop pada frekuensi radio sesuai dengan perubahan sinyal, sehingga secara akurat mengontrol daya transmisi sinyal nirkabel.

Konsumsi daya yang terbuang pada pelacakan amplop jauh lebih rendah dibandingkan dengan pelacakan daya rata-rata tradisional.

(Gambar dari Qualcomm)

Dengan cara ini, tenaga fisik (energi) dapat dihemat secara signifikan, konsumsi daya frekuensi radio berkurang, dan waktu siaga ponsel meningkat.

Kontrol daya transmisi yang presisi membantu ponsel mendapatkan efisiensi transmisi sinyal terbaik, sehingga menghasilkan kualitas saluran yang lebih baik. Selama proses "komunikasi dua arah" antara ponsel dan stasiun pangkalan, ketika ponsel mendapatkan kualitas saluran yang lebih baik, stasiun pangkalan dapat mendukung ponsel untuk mencapai layanan uplink dan downlink yang lebih baik, seperti mendukung 2×2 MIMO, dan kecepatan jaringan menjadi lebih lancar. Selain itu, kualitas saluran yang lebih baik juga menciptakan kondisi bagi sisi stasiun pangkalan untuk mengalokasikan metode modulasi tingkat tinggi (seperti 256QAM) ke ponsel, yang dapat meningkatkan throughput ponsel dan mendukung layanan transmisi data yang lebih cepat dan lebih baik.

Beberapa generasi modem Snapdragon 5G dan pelacak amplop pita lebar terintegrasi sistem RF yang sebelumnya dirilis oleh Qualcomm telah mengadopsi teknologi di atas. Pelacak amplop pita lebar terbarunya, QET7100, memiliki peningkatan efisiensi energi sebesar 30% dibandingkan dengan produk tercanggih yang saat ini disediakan oleh produsen lain di pasaran.

Teknologi hitam kedua yang kami perkenalkan adalah teknologi peningkatan sinyal yang dibantu AI.

Teknologi ini merupakan teknologi terbaru yang dirilis dalam modem Snapdragon X65 5G dan sistem frekuensi radio yang baru saja diluncurkan pada bulan Februari. Ini juga merupakan kali pertama di industri ini teknologi AI canggih diperkenalkan ke dalam sistem frekuensi radio telepon seluler untuk meningkatkan sinyal.

Inti dari teknologi peningkatan sinyal berbantuan AI adalah memperkenalkan teknologi AI ke dalam sistem penyetelan antena. Ada dua metode penyetelan antena, yaitu pencocokan impedansi dan penyetelan apertur.

Mari kita lihat pencocokan impedansi terlebih dahulu.

Yang disebut pencocokan impedansi dapat dipahami sebagai semacam pekerjaan "pipa air".

Koneksi antara komponen sistem RF dan antena ibarat koneksi antara dua pipa air. Ketika impedansi konsisten, posisinya akan saling berkesinambungan dengan sempurna. Pada saat ini, aliran air paling besar dan efisiensi sinyal paling tinggi. Jika impedansi komponen bergeser, pipa air akan bengkok, aliran air akan kecil, dan sebagian aliran air akan terbuang.

Ada banyak alasan terjadinya perubahan impedansi, seperti sentuhan tangan, mencolokkan kabel data, memasang casing ponsel, dan lain sebagainya. Bahkan posisi memegang yang berbeda (tangan kiri, tangan kanan, satu tangan, dua tangan) akan menghasilkan impedansi yang berbeda.

Metode pencocokan impedansi tradisional adalah dengan menguji berbagai penyebab perubahan impedansi di laboratorium untuk menemukan nilai karakteristik antena, dan kemudian mengontrol komponen frekuensi radio melalui modem untuk menyesuaikan impedansi sehingga pipa penerima air sejajar dengan pipa pasokan air semaksimal mungkin.

Teknologi peningkatan sinyal berbantuan AI memperkenalkan algoritma AI untuk melakukan analisis big data dan pembelajaran mesin pada nilai karakteristik antena akibat berbagai perubahan impedansi untuk mencapai penyesuaian impedansi yang cerdas dan mencapai efek pencocokan yang paling sempurna.

Terus terang saja, ini agak mirip dengan memasang selang pembuangan di antara pipa pasokan air dan pipa penerima air untuk mencegah pemborosan aliran air sebanyak mungkin.

Peningkatan sinyal yang dibantu AI setara dengan selang penghubung antara frekuensi radio dan antena.

Penyetelan apertur relatif sederhana, cukup sesuaikan panjang listrik antena.

Dari perspektif radiologi, panjang antena yang ideal adalah seperempat dari panjang gelombang. Ponsel saat ini, karena fitur Netcom lengkap, dual-SIM dual-standby, dan alasan lainnya, frekuensi kerja sistem komunikasi seluler berubah secara dinamis. Misalnya, terkadang beroperasi pada 2.6 GHz dan terkadang pada 3.5 GHz.

Jika frekuensi operasi berubah, itu berarti panjang gelombang optimal juga berubah. Oleh karena itu, perlu untuk menyetel bukaan antena, menyesuaikan panjang antena, dan memperpanjang puncak gelombang untuk mencapai efek terbaik.

Secara keseluruhan, fungsi utama teknologi penyetelan antena berdasarkan pencocokan impedansi dan penyetelan apertur adalah untuk mengatasi dampak lingkungan eksternal pada sinyal antena, menyesuaikan sinyal secara dinamis, dan meningkatkan pengalaman pengguna.

Berdasarkan verifikasi aktual, dengan teknologi peningkatan sinyal berbantuan AI, akurasi kesadaran situasional sistem dapat ditingkatkan hingga 30%, yang secara signifikan dapat mengurangi tingkat panggilan terputus dan meningkatkan kecepatan, jangkauan, serta daya tahan baterai.

▉Kesimpulan

Terdapat banyak teknologi canggih inovatif untuk sistem frekuensi radio 5G, seperti optimasi multi-carrier, penyetelan decoupling, peningkatan konkurensi multi-kartu SIM, dan lain-lain. Teknologi-teknologi canggih ini semuanya merupakan hasil inovasi teknologi. Teknologi-teknologi ini merangkum kearifan para insinyur dan meletakkan dasar bagi peluncuran terminal 5G yang lancar.

Frekuensi radio 5G saat ini bukan lagi sekadar pelengkap baseband, tetapi merupakan komponen penting telepon seluler yang dapat setara dengan baseband dan saling melengkapi.

Seiring dengan semakin mendalamnya pembangunan jaringan 5G, selain komunikasi telepon seluler, semakin banyak skenario aplikasi industri vertikal 5G yang mulai muncul. Bentuk terminal 5G akan semakin beragam, dan tantangan yang lebih besar akan dihadapi oleh front-end frekuensi radio 5G.

Trik baru apa yang akan ditunjukkan frekuensi radio 5G nanti? Mari kita tunggu dan lihat!

Artikel ini berasal dari "Dunia Teknik Elektronika”, jika ada pelanggaran atau masalah lain, silakan hubungi kami untuk menghapusnya.Dukung perlindungan hak kekayaan intelektual, mohon sebutkan sumber dan penulis asli saat mencetak ulang.