Begrijp de complexe 5G-radiofrequentietechnologie in één artikel: de complexiteit is angstaanjagend, vergelijkbaar met die van baseband.

Mobiele telefoons zijn, als standaardonderdeel van het mobiele internettijdperk, een integraal onderdeel van ieders leven geworden. Hiermee kunnen we chatten, winkelen, tv-programma's kijken en genieten van een heerlijk leven.

Omdat mobiele telefoons zo belangrijk zijn, besteden mensen veel aandacht aan de ontwikkelingen op dit gebied. Telkens wanneer een nieuw product wordt uitgebracht, publiceren de media uitgebreide reportages en ontstaan ​​er verhitte discussies op sociale netwerken.

Mensen richten hun aandacht bij mobiele telefoons echter vaak op de CPU, GPU, baseband, het scherm en de camera. Er is echter een specifiek onderdeel dat van cruciaal belang is voor mobiele telefoons, maar waar maar weinig mensen aandacht aan besteden.

Welk onderdeel bedoelen we? Jazeker, het is de hoofdrolspeler van ons artikel vandaag: radiofrequentie.

▉Wat is radiofrequentie?

Radiofrequentie, in het Engels ook wel RF genoemd, betekent letterlijk radiofrequentie. Radiofrequentiesignalen verwijzen specifiek naar elektromagnetische radiogolven met een frequentiebereik van 300 kHz tot 300 GHz.

Zoals we allemaal weten, kunnen mobiele telefoons met basisstations communiceren door het verzenden en ontvangen van elektromagnetische radiogolven.

Een reeks circuits, chips, componenten, enz. in een mobiele telefoon die specifiek verantwoordelijk zijn voor het verzenden en ontvangen van radio-elektromagnetische golven, wordt gezamenlijk een radiofrequentiesysteem genoemd, of kortweg "radiofrequentie" (zie ook hieronder).

Radiofrequentie en basisband vormen de hoekstenen van de communicatiefuncties van mobiele telefoons. Als we de communicatie tussen de mobiele telefoon en de buitenwereld beschouwen als een "expressdienst", dan is de basisband verantwoordelijk voor het "verpakken/uitpakken" van de data. De radiofrequentie is verantwoordelijk voor het verzenden/ontvangen van "pakketten" via de daarvoor bestemde radiofrequentieband.

Schematisch diagram: Basisband aan de linkerkant en RF aan de rechterkant.

Hoe ziet radiofrequentie eruit? De afbeelding hieronder toont de voor- en achterkant van de hoofdprintplaat van een bepaald merk mobiele telefoon.

(图片来自ABI Research)

Op de afbeelding behoren de geel omcirkelde onderdelen allemaal tot de radiofrequentie-componenten. Het is duidelijk dat radiofrequentiecomponenten een groot deel van de structuur van mobiele telefoons innemen.

Vanuit architectonisch oogpunt bestaat een compleet radiofrequentiesysteem uit drie onderdelen: een radiofrequentiezender/ontvanger, een radiofrequentie-front-end en een antenne. De RF-front-end omvat ook diverse componenten zoals eindversterkers, envelope trackers, ruisarme versterkers, filters, antenneschakelaars en antennetuners.

RF-architectuur

De functies van de verschillende componenten van de RF-front-end zijn niet ingewikkeld. Zo versterkt de versterker het signaal zodat het verder kan worden verzonden; het filter verwijdert storingen en maakt het signaal "zuiverder"; de antenneschakelaar wordt gebruikt om de antenne in en uit te schakelen; de belangrijkste functie van de antennetuner is het "afstellen" van de antenne om het beste zend-ontvangsteffect te bereiken...

Een groot aantal radiofrequentiecomponenten werkt samen om de "laatste stap" te voltooien en de data te verzenden die verpakt is in de basisband "biu~biu~biu~".

Als het radiofrequentieontwerp onredelijk is en de componentprestaties achterblijven, heeft dit direct invloed op het vermogen van de mobiele telefoon om draadloze signalen te verzenden en te ontvangen, en daarmee op de communicatiemogelijkheden. De concrete gevolgen hiervan zijn een zwak draadloos signaal, een beperkt communicatiebereik en een trage netwerksnelheid.

Met andere woorden: als de radiofrequentiemogelijkheden van een mobiele telefoon niet goed zijn, is het alsof een auto te weinig vermogen heeft. Hoe geavanceerd de andere functies ook zijn, gebruikers zullen er geen interesse in hebben.

Daarom besteden fabrikanten van mobiele telefoons bij de ontwikkeling en het ontwerp ervan doorgaans veel aandacht aan radiofrequenties, en voeren ze herhaaldelijk tests en verificaties uit voordat ze het uiteindelijke product op de markt durven te brengen.

▉Uitdagingen van 5G-radiofrequenties

Vandaag betreden we vol vertrouwen het 5G-tijdperk. Zijn er, vergeleken met het traditionele 4G, veranderingen in het radiofrequentiesysteem van 5G?

Het antwoord is ja. Er is niet zomaar sprake van een verandering, het is een radicale verandering.

Vergeleken met 4G heeft 5G zijn prestatie-indicatoren aanzienlijk verbeterd. Het eMBB-scenario (enhanced mobile broadband) van 5G verhoogt de snelheid van mobiele telefoons tot gigabit- of zelfs 10 gigabit-niveau, wat respectievelijk 10 keer/100 keer de snelheid van het vroege LTE (100 Mbps) is.

2G/3G/4G, plus 5G, plus MIMO (multi-antennetechnologie), plus dual-SIM dual-standby, een verdubbeling van het aantal antennes en ondersteunde frequentiebanden van mobiele telefoons. In de beginjaren van 4G waren er minder dan 20 combinaties van frequentiebanden. Ter vergelijking:5G heeft meer dan 10,000 frequentiebandcombinaties.De complexiteit is angstaanjagend.

Tegelijkertijd mogen de dikte en het gewicht van 5G-telefoons niet toenemen, het stroomverbruik niet stijgen en de standby-tijd niet dalen, om ervoor te zorgen dat gebruikers bereid zijn te upgraden (tāo) (qián).

Zou je gek worden als je een fabrikant van mobiele telefoons was?

Daarom moet de radiofrequentie van 5G-mobiele telefoons zichzelf opnieuw uitvinden en met hernieuwde energie wonderen en innovaties creëren.

Hoe los je de ontwerpproblemen van radiofrequentiesystemen op? Qualcomm kwam met een macro-idee en leverde direct een "compleet modem- en radiofrequentiesysteem". In de volksmond betekent dit dat de basisband, RF-transceiver, RF-front-end, antennemodule, softwareframework, enzovoort, allemaal zijn geïntegreerd en dat er een complete oplossing voor de fabrikant beschikbaar is.

Met andere woorden, het concept voor het ontwerpen van terminalcomponenten zoals 5G-mobiele telefoons moet afstappen van het eerdere idee van "een paard kopen op de oostelijke markt, een zadel op de westelijke markt, een hoofdstel op de zuidelijke markt en een zweep op de noordelijke markt" en zich richten op individuele componenten, en in plaats daarvan een geïntegreerde systeemoplossing op systeemniveau hanteren, namelijk "pakketontwerp".

In het verleden maakte fabriek A bijvoorbeeld de basisband, fabriek B de radiofrequentie, fabriek C de antenne, en vervolgens bedacht mobiele telefoonfabrikant D hoe deze te integreren en aan te sluiten. Tegenwoordig verpakken en ontwerpen grote fabrikanten direct de basisband, radiofrequentie en antenne, enzovoort, en leveren deze vervolgens aan de mobiele telefoonfabrikanten, zodat ze snel in gebruik kunnen worden genomen.

Systeemintegratie is het onvermijdelijke gevolg van de aanzienlijke toename in de complexiteit van 5G-basisband en radiofrequentie.

Het is net als een trein. Vroeger reden de wagons van hogesnelheidstreinen langzaam, en konden de wagons en de locomotief afzonderlijk worden ontworpen en geproduceerd, waarna ze samen reden. In het tijdperk van de hogesnelheidstreinen is de snelheid echter verdubbeld. Als ze nog steeds afzonderlijk worden ontworpen en geproduceerd, kunnen de wagons en de locomotief niet goed op elkaar worden afgestemd. Niet alleen wordt het lastig om de gewenste snelheid te bereiken, maar er kunnen ook veiligheidsproblemen ontstaan.

Daarom worden elektrische treinstellen voor hogesnelheidstreinen doorgaans op een uniforme manier ontworpen en geproduceerd.

Met andere woorden, gezien de bovengenoemde strenge 5G-indicatoren is het noodzakelijk om een ​​algeheel ontwerp van de basisband en radiofrequentie te maken vanuit het perspectief van systeemintegratie. Op deze manier kunnen de twee een perfecte synergie tussen software en hardware bereiken en optimale prestaties leveren (doorvoersnelheid, dekking, enz.).

Naast het behalen van de beoogde resultaten, draagt ​​het geïntegreerde ontwerp ook bij aan een kleinere uiteindelijke systeemomvang en minder ruimte die de mobiele telefoon inneemt. Ook voor het beheersen van het energieverbruik en de warmteafvoer biedt het geïntegreerde ontwerp duidelijke voordelen.

Tot slot kan het aanbieden van systeemintegratieoplossingen de ontwerplast voor fabrikanten van mobiele telefoons verminderen, waardoor ze sneller producten op de markt kunnen brengen en de markt kunnen veroveren.

▉5G radiofrequentie zwarte technologie

Laten we de interessante, nog onbekende technologieën van systeemgeïntegreerde 5G-radio eens nader bekijken.

Allereerst is de eerste zwarte technologie breedband envelopvolging.

Toen ik eerder de radiofrequentiearchitectuur introduceerde, zat daar een vermogensvolger in. Vermogensvolgers worden gebruikt in combinatie met eindversterkers.

De eindversterker is het kernonderdeel van radiofrequentie. Het is als een luidspreker die kleine geluiden (signalen) omzet in luide geluiden (signalen).

Als je op de trompet wilt blazen, moet je zeker hard werken (vermogen leveren). De functie van de vermogensregelaar is om de intensiteit (het vermogen) van het blazen op de trompet te regelen.

De traditionele blaasmethode is de APT-methode, oftewel gemiddelde vermogensvolging. Gedurende een bepaalde periode blijft de blaaskracht constant.

En breedband envelope tracking (ET)-technologie maakt nauwkeurige vermogensregeling mogelijk. Met andere woorden, de basisband (modem) kan de envelope tracker in de radiofrequentie aansturen op basis van veranderingen in het signaal, waardoor het zendvermogen van het draadloze signaal nauwkeurig wordt geregeld.

Het onnodige energieverbruik van envelope tracking is aanzienlijk lager dan dat van traditionele average power tracking.

(Afbeelding van Qualcomm)

Op deze manier wordt er veel fysieke kracht (energie) bespaard, het radiofrequentievermogen verminderd en de standby-tijd van de mobiele telefoon verlengd.

Nauwkeurige regeling van het zendvermogen helpt mobiele telefoons de beste signaaloverdrachtsefficiëntie te bereiken, wat resulteert in een betere kanaalkwaliteit. Tijdens de "tweewegcommunicatie" tussen de mobiele telefoon en het basisstation kan het basisstation, dankzij de betere kanaalkwaliteit, de mobiele telefoon ondersteunen met betere uplink- en downlinkdiensten, zoals 2×2 MIMO, waardoor de netwerksnelheid stabieler wordt. Bovendien creëert een betere kanaalkwaliteit de mogelijkheid voor het basisstation om modulatiemethoden van hogere orde (zoals 256QAM) toe te wijzen aan mobiele telefoons, wat de doorvoer van de mobiele telefoon kan verbeteren en snellere en betere gegevensoverdracht mogelijk maakt.

Verschillende generaties Snapdragon 5G-modems en RF-systeemgeïntegreerde breedband-envelopetrackers die eerder door Qualcomm zijn uitgebracht, hebben deze technologie al toegepast. De nieuwste breedband-envelopetracker, de QET7100, biedt een 30% hogere energie-efficiëntie in vergelijking met de meest geavanceerde producten die momenteel door andere fabrikanten op de markt worden aangeboden.

De tweede nieuwe technologie die we introduceerden, is signaalverbeteringstechnologie met behulp van kunstmatige intelligentie.

Deze technologie is de nieuwste toevoeging aan het Snapdragon X65 5G-modem en het radiofrequentiesysteem dat in februari werd gelanceerd. Het is tevens de eerste keer in de branche dat geavanceerde AI-technologie is geïntegreerd in het radiofrequentiesysteem van een mobiele telefoon om het signaal te verbeteren.

De kern van AI-ondersteunde signaalverbeteringstechnologie is het integreren van AI-technologie in het antenne-afstemmingssysteem. Er zijn twee methoden voor antenne-afstemming: impedantieaanpassing en apertuurafstemming.

Laten we eerst eens kijken naar impedantieaanpassing.

De zogenaamde impedantieaanpassing kan worden gezien als een soort "waterleiding"-werk.

De verbinding tussen RF-systeemcomponenten en de antenne is vergelijkbaar met de verbinding tussen twee waterleidingen. Wanneer de impedanties gelijk zijn, sluiten de leidingen perfect op elkaar aan. Op dat moment is de waterstroom het grootst en de signaalefficiëntie het hoogst. Als de impedantie van een component verandert, zal de waterleiding kromtrekken, de waterstroom afnemen en een deel van het water verloren gaan.

Er zijn veel redenen voor veranderingen in impedantie, zoals aanraking, het aansluiten van datakabels, het plaatsen van telefoonhoesjes, enzovoort. Zelfs verschillende vasthoudhoudingen (linkerhand, rechterhand, één hand, twee handen) leiden tot verschillende impedanties.

De traditionele impedantieaanpassingsmethode houdt in dat in het laboratorium verschillende oorzaken van impedantieveranderingen worden getest om de karakteristieke waarden van de antenne te bepalen. Vervolgens worden de radiofrequentiecomponenten via de modem geregeld om de impedantie aan te passen, zodat de waterontvangstleiding zo goed mogelijk is afgestemd op de wateraanvoerleiding.

De AI-ondersteunde signaalverbeteringstechnologie introduceert AI-algoritmen om big data-analyse en machine learning uit te voeren op de karakteristieke waarden van de antenne als gevolg van verschillende impedantieveranderingen, om zo een intelligente aanpassing van de impedantie te realiseren en het meest perfecte aanpassingseffect te bereiken.

Om het botweg te zeggen, het is een beetje alsof je een slang tussen de watertoevoerleiding en de waterafvoerleiding plaatst om zo min mogelijk water te verspillen.

Signaalverbetering met behulp van AI is vergelijkbaar met de koppelingsslang tussen de radiofrequentie en de antenne.

Het afstellen van de opening is relatief eenvoudig: pas gewoon de elektrische lengte van de antenne aan.

Vanuit radiologisch oogpunt zou de ideale lengte van een antenne een kwart van de golflengte zijn. Bij moderne mobiele telefoons, vanwege functies zoals full Netcom, dual-SIM dual-standby en andere factoren, verandert de werkfrequentie van het mobiele communicatiesysteem dynamisch. Zo werkt het bijvoorbeeld soms op 2.6 GHz en soms op 3.5 GHz.

Als de werkfrequentie verandert, verandert ook de optimale golflengte. Daarom is het nodig om de opening van de antenne af te stemmen, de lengte van de antenne aan te passen en de golflengtepiek te verlengen om het beste resultaat te bereiken.

Kortom, de belangrijkste functie van antenne-afstemmingstechnologie gebaseerd op impedantieaanpassing en apertuurafstemming is het compenseren van de invloed van de externe omgeving op het antennesignaal, het dynamisch aanpassen van het signaal en het verbeteren van de gebruikerservaring.

Uit daadwerkelijke verificatie blijkt dat met behulp van AI-ondersteunde signaalverbeteringstechnologie de nauwkeurigheid van het situationeel bewustzijn van het systeem met 30% kan worden verbeterd. Dit kan het aantal afgebroken gesprekken aanzienlijk verminderen en de snelheid, het bereik en de batterijduur verbeteren.

▉Conclusie

Er bestaan ​​veel innovatieve, nog onbekende technologieën voor 5G-radiofrequentiesystemen, zoals multicarrier-optimalisatie, ontkoppelingsafstemming, verbeterde gelijktijdigheid met meerdere simkaarten, enzovoort. Deze technologieën zijn allemaal het resultaat van technologische innovatie. Ze bundelen de kennis van ingenieurs en leggen de basis voor de soepele lancering van 5G-terminals.

De huidige 5G-radiofrequentie is niet langer een hulpmiddel voor de basisband, maar een belangrijk onderdeel van de mobiele telefoon dat op gelijke voet met de basisband kan staan ​​en deze kan aanvullen.

Met de voortdurende verdieping van de 5G-netwerkconstructie ontstaan ​​er, naast mobiele telefonie, steeds meer toepassingsscenario's voor 5G in verticale sectoren. De vormen van 5G-terminals zullen diversifiëren en de front-end van de 5G-radiofrequentie zal voor grotere uitdagingen komen te staan.

Welke nieuwe trucs zal de 5G-radiofrequentie tegen die tijd uithalen? We zullen het zien!

Dit artikel komt van "Elektronische Techniek WereldMocht er sprake zijn van inbreuk op rechten of andere problemen, neem dan contact met ons op zodat we het kunnen verwijderen.Steun de bescherming van intellectuele eigendomsrechten; vermeld bij herpublicatie de oorspronkelijke bron en auteur.