5G 무선 주파수 블랙 기술에 대한 모든 것을 이 기사에서 알아보세요: 그 복잡성은 베이스밴드 기술만큼이나 무시무시합니다.

모바일 인터넷 시대의 필수품이 된 휴대전화는 우리 삶의 모든 곳에 자리 잡았습니다. 휴대전화를 통해 우리는 채팅하고, 쇼핑하고, 원하는 대로 TV 프로그램을 시청하며 멋진 삶을 누릴 수 있습니다.

휴대전화는 매우 중요한 기기이기 때문에 사람들은 관련 기술의 발전에 큰 관심을 기울입니다. 신제품이 출시될 때마다 언론은 장문의 보도를 내보내고, 소셜 네트워크에서는 열띤 토론이 벌어집니다.

하지만 사람들은 보통 휴대폰에 관심을 CPU, GPU, 베이스밴드, 화면, 카메라에만 집중하는 경향이 있습니다. 그런데 휴대폰에 있어서 매우 중요한 구성 요소임에도 불구하고, 정작 관심을 기울이는 사람은 드뭅니다.

어느 부분인가요? 네, 바로 오늘 기사의 주인공인 라디오 주파수입니다.

▉what is radio frequency

무선 주파수(Radio Frequency, RF)는 영어로 Radio Frequency라고 하며, 흔히 흔히 사용하는 약어입니다. 문자 그대로 무선 주파수는 무선 전파를 의미합니다. 무선 주파수 신호는 특히 300kHz~300GHz 범위의 주파수를 가진 무선 전자기파를 가리킵니다.

우리 모두가 알다시피, 휴대전화가 기지국과 통신할 수 있는 이유는 서로 무선 전자기파를 송수신하기 때문입니다.

휴대전화에서 무선 전자기파를 송수신하는 역할을 하는 일련의 회로, 칩, 부품 등을 통칭하여 무선 주파수 시스템 또는 줄여서 "무선 주파수"라고 합니다(이하 동일).

무선 주파수와 기저대역은 휴대전화 통신 기능의 핵심 요소입니다. 휴대전화와 외부 세계 간의 통신을 "특송 서비스"라고 가정할 때, 기저대역은 데이터를 "패키징/압축 해제"하는 역할을 담당합니다. 무선 주파수는 지정된 무선 주파수 대역을 통해 "패키지"를 송수신하는 역할을 합니다.

Schematic diagram: Baseband on the left and RF on the right

무선 주파수는 어떤 모습일까요? 아래 그림은 특정 브랜드 휴대폰의 메인 회로 기판 앞면과 뒷면 구조입니다.

(사진=ABI리서치)

그림에서 노란색 원으로 표시된 부분들은 모두 무선 주파수 관련 부품입니다. 휴대폰 구조에서 무선 주파수 부품이 상당한 비중을 차지하고 있음을 알 수 있습니다.

아키텍처 관점에서 완전한 무선 주파수 시스템은 무선 주파수 송수신기, 무선 주파수 프런트엔드 및 안테나의 세 부분으로 구성됩니다. RF 프런트엔드에는 전력 증폭기, 엔벨로프 트래커, 저잡음 증폭기, 필터, 안테나 스위치 및 안테나 튜너와 같은 여러 구성 요소가 포함됩니다.

RF 아키텍처

RF 프런트엔드의 각 구성 요소 기능은 복잡하지 않습니다. 예를 들어, 증폭기는 신호를 증폭하여 더 멀리 전송할 수 있도록 하고, 필터는 잡음을 제거하여 신호를 더욱 깨끗하게 만듭니다. 안테나 스위치는 안테나의 개폐를 제어하는 ​​데 사용되며, 안테나 튜너의 주요 기능은 최적의 송수신 효과를 얻기 위해 안테나를 조정하는 것입니다.

A large number of radio frequency components cooperate with each other and work together to complete the "final step" and transmit the data packaged by the baseband "biu~biu~biu~".

If the radio frequency design is unreasonable and the component performance falls behind, it will directly affect the mobile phone's wireless signal sending and receiving capabilities, thereby affecting the mobile phone's communication capabilities. The specific manifestations are poor wireless signal, short communication distance, slow network speed, etc.

다시 말해, 휴대전화의 무선 주파수 성능이 좋지 않으면 마치 동력이 부족한 자동차와 같습니다. 다른 기능이 아무리 훌륭해도 사용자들에게 받아들여지지 않을 것입니다.

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

오늘 우리는 당당하게 5G 시대로 진입하고 있습니다. 기존 4G와 비교했을 때, 5G의 무선 주파수 시스템에는 어떤 변화가 있을까요?

The answer is yes. Not only is there a change, it is a sea change.

4G와 비교했을 때 5G는 성능 지표가 크게 향상되었습니다. 5G의 eMBB(향상된 모바일 광대역) 시나리오는 휴대전화 속도를 기가비트 또는 10기가비트 수준까지 끌어올려 초기 LTE 속도(100Mbps)의 각각 10배/100배에 달하게 합니다.

2G/3G/4G에 5G, MIMO(다중 안테나 기술), 듀얼 SIM 듀얼 대기 기능까지 더해져 휴대폰의 안테나 수와 지원 주파수 대역이 두 배로 늘어났습니다. 4G 초기에는 지원 주파수 대역 조합이 20개도 채 되지 않았습니다. 이와는 대조적으로,5G has more than 10,000 frequency band combinations, the complexity is terrifying.

At the same time, in order to ensure that users are willing to upgrade (tāo) (qián), the thickness and weight of 5G mobile phones cannot be increased, power consumption cannot be increased, and the standby time cannot be reduced.

만약 당신이 휴대폰 제조업체라면, 미쳐버릴 것 같겠습니까?

그러므로 5G 휴대폰의 무선 주파수는 완전히 새롭게 재창조되어 기적과 혁신을 활발하게 창출해야 합니다.

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.

다시 말해, 5G 휴대폰과 같은 단말 부품을 설계할 때는 "동쪽 시장에서 말을 사고, 서쪽 시장에서 안장을 사고, 남쪽 시장에서 고삐를 사고, 북쪽 시장에서 채찍을 사는" 식의 기존 방식에서 벗어나 개별 부품에 집중하고, "패키지 설계"라는 통합 시스템 수준의 솔루션을 채택해야 합니다.

For example, in the past, Factory A made the baseband, Factory B made the RF, Factory C made the antenna, and then the mobile phone Factory D figured out how to integrate and connect them. Nowadays, powerful manufacturers directly package and design the baseband, radio frequency and antenna, etc., and then hand them over to the mobile phone manufacturers, so that they can be used quickly.

System-level integration is the inevitable result of the substantial increase in the complexity of 5G baseband and radio frequency.

기차와 같습니다. 과거에는 고속철도 차량의 속도가 느렸기 때문에 객차와 기관차를 별도로 설계 및 제작하여 함께 운행할 수 있었습니다. 그러나 고속철도 시대에는 속도가 두 배로 빨라졌습니다. 만약 계속해서 별도로 설계 및 제작한다면 객차와 기관차를 긴밀하게 연동하기 어렵습니다. 속도 제한을 충족하기 어려울 뿐만 아니라 안전 문제도 발생할 수 있습니다.

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

In other words, in the face of the harsh 5G indicators mentioned above, it is necessary to conduct an overall design of baseband and radio frequency from the perspective of system-level integration. In this way, the two can achieve perfect software and hardware synergy and achieve optimal performance (throughput rate, coverage, etc.).

통합 설계는 성능 지표 달성 외에도 시스템의 최종 크기를 줄이고 휴대폰이 차지하는 공간을 최소화하는 데 도움이 됩니다. 또한 시스템 전력 소비 및 발열 제어 측면에서도 통합 설계는 뚜렷한 이점을 제공합니다.

마지막으로, 시스템 수준의 통합 솔루션을 제공함으로써 휴대폰 제조업체의 설계 난이도를 줄여 제품 출시 속도를 높이고 시장을 선점할 수 있습니다.

▉5G 무선 주파수 블랙 기술

시스템 레벨 통합 5G 무선 기술의 흥미로운 숨겨진 기술들을 좀 더 자세히 살펴보겠습니다.

우선, 첫 번째 블랙 기술은 광대역 엔벨로프 트래킹입니다.

When I introduced the radio frequency architecture earlier, there was a power tracker in it. Power trackers are used with power amplifiers.

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

트럼펫을 불려면 상당한 노력(힘)이 필요합니다. 파워 트래커는 트럼펫을 부는 힘의 강도(출력)를 조절하는 역할을 합니다.

전통적인 송풍 방식은 APT 방식, 즉 평균 출력 추적 방식입니다. 이 방식에서는 일정 시간 동안 송풍력이 일정하게 유지됩니다.

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.

엔벨로프 트래킹의 낭비되는 전력 소비량은 기존의 평균 전력 트래킹 방식보다 훨씬 적습니다.

(퀄컴 제공 이미지)

이러한 방식으로 체력(에너지)을 크게 절약할 수 있고, 무선 주파수 전력 소모를 줄여 휴대폰의 대기 시간을 늘릴 수 있습니다.

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.

퀄컴이 이전에 출시한 여러 세대의 스냅드래곤 5G 모뎀과 RF 시스템 통합 광대역 엔벨로프 트래커는 이미 위의 기술을 채택했습니다. 최신 광대역 엔벨로프 트래커인 QET7100은 현재 시중에 나와 있는 다른 제조업체의 최첨단 제품보다 에너지 효율이 30% 향상되었습니다.

The second black technology we introduced is AI-assisted signal enhancement technology.

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.

The core of AI-assisted signal enhancement technology is to introduce AI technology into the antenna tuning system. There are two methods of antenna tuning, one is impedance matching and the other is aperture tuning.

먼저 임피던스 매칭을 살펴보겠습니다.

소위 임피던스 정합은 일종의 "수도관" 작업으로 이해할 수 있습니다.

The connection between RF system components and the antenna is like the connection between two water pipes. When the impedances are consistent, the positions correspond perfectly. At this time, the water flow is largest and the signal efficiency is the highest. If the impedance of the component shifts, the water pipe will be crooked, the water flow will be small, and part of the water flow will be wasted.

임피던스 변화에는 손 접촉, 데이터 케이블 연결, 휴대폰 케이스 장착 등 여러 가지 이유가 있습니다. 심지어 잡는 방식(왼손, 오른손, 한 손, 양손)에 따라서도 임피던스가 달라집니다.

The traditional impedance matching method is to test various causes of impedance changes in the laboratory to find the antenna characteristic values, and then control the radio frequency components through the modem to adjust the impedance so that the water receiving pipe is aligned with the water supply pipe as much as possible.

The AI-assisted signal enhancement technology introduces AI algorithms to conduct big data analysis and machine learning on the antenna characteristic values ​​due to various impedance changes to achieve intelligent adjustment of impedance and achieve the most perfect matching effect.

솔직히 말해서, 이는 마치 물 공급관과 물 받는 관 사이에 호스를 연결하여 물 낭비를 최대한 막는 것과 비슷합니다.

AI 기반 신호 증폭은 무선 주파수와 안테나를 연결하는 도킹 호스와 같은 역할을 합니다.

개구부 조정은 비교적 간단합니다. 안테나의 전기적 길이를 조정하기만 하면 됩니다.

방사선학적 관점에서 이상적인 안테나 길이는 파장의 4분의 1입니다. 오늘날의 휴대폰은 풀넷컴, 듀얼 SIM 듀얼 스탠바이 등의 이유로 이동통신 시스템의 작동 주파수가 동적으로 변합니다. 예를 들어, 때로는 2.6GHz에서 작동하고 때로는 3.5GHz에서 작동합니다.

동작 주파수가 변하면 최적 파장도 변하게 됩니다. 따라서 최적의 효과를 얻기 위해서는 안테나의 개구부를 조정하고, 안테나 길이를 조절하며, 파장의 최대 길이를 늘려야 합니다.

All in all, the main function of antenna tuning technology based on impedance matching and aperture tuning is to overcome the impact of the external environment on the antenna signal, dynamically adjust the signal, and improve the user experience.

According to actual verification, with AI-assisted signal enhancement technology, the system's situational awareness accuracy can be improved by 30%, which can significantly reduce the call drop rate and improve speed, coverage and battery life.

▉맺음말

5G 무선 주파수 시스템에는 멀티캐리어 최적화, 디커플링 튜닝, 멀티 SIM 카드 동시 접속 향상 등과 같은 혁신적인 블랙 기술이 많이 있습니다. 이러한 블랙 기술은 모두 기술 혁신의 결과물이며, 엔지니어들의 지혜가 집약되어 ​​5G 단말기의 원활한 출시를 위한 기반을 마련했습니다.

오늘날의 5G 무선 주파수는 더 이상 베이스밴드의 보조적인 역할을 하는 것이 아니라, 베이스밴드와 동등한 위치에서 서로를 보완할 수 있는 중요한 휴대폰 구성 요소입니다.

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.

그때쯤이면 5G 무선 주파수는 또 어떤 새로운 장난을 칠까요? 두고 봅시다!

이 기사는 다음에서 가져왔습니다.전자공학의 세계저작권 침해나 기타 문제가 있을 경우 삭제를 위해 저희에게 연락해 주시기 바랍니다.지적 재산권 보호를 위해 재인쇄 시 원본 출처와 저자를 명시해 주시기 바랍니다.