הבנת אתגר האינטגרליות של האות ב-5G Networks

הפריסה המהירה של רשתות 5G מציגה דרישות חסרות תקדים על תדר רדיו (RF) עיצוב חזיתי.עם הדבקה של נושא, מסיבי MIMO, ושיתוף ספקטרום דינמי, סביבת RF הופכת יותר ויותר מחוספסת.זהה - מוגדר כהיכולת של אות לנסוע מדר למקבל ללא השפלה - הוא איים על ידי התערבות, רעש, ועיוות מרובה.

אחד הכלים היעילים ביותר לשמירה על שלמות האות הוא ה-FLT:0band מעביר מסנן FLT:1; רכיבים אלה מבודדים ערוצי תדר הרצויים תוך הפחתה של פליטות והתערבות.

מה זה Band Pass Filters? A Deeper Look

מסנן פס פס של להקה מאפשר אותות בטווח תדר מסוים - פס המעבר - לעבור עם הפחתה מינימלית, בעוד אותות מחוץ לטווח - ה-עצירה - הם מדוכאים בחדות.

  • (ב) ,0) לתדירות (f0) – נקודת האמצע של פס המעבר.
  • (ב) ויקרא י"א: ויקרא י"ד): "המספר של תדרים אשר עוברים בתוך התעלות מסוימת (בדרך כלל 3 dB).
  • (ב) [ה]הכוח שאבד כאשר אות עובר דרך המסנן, קריטי עבור תקציב הקישור.
  • (ב) ,0) ,Q)FLT:1 - יחס של תדירות מרכז רוחב פס; Q גבוה פירושו צר, סינון חד.
  • (ב) ,0) , ⁇ (ב) - כמות ההתעלות בפס העצור, שנמדדה ב-DB.

בתשתיות 5G, מסננים חייבים להתמודד עם רמות כוח גבוהות (במיוחד בתחנות בסיס), לפעול על פני טווחי טמפרטורה רחבים, ולשמור על סובלנות הדוקה על פני נפח הייצור.סוגים ספציפיים של מסננים המשמשים תלויים בתדירות הלהקה והיישומים.

תפקיד Band Pass Filters ב 5G Signal Integrity

רשתות 5G פועלות בשני טווחי תדר עיקריים: Frequency Range 1 (FR1: 410 MHz-7.125 GHz) ו- Frequency Range 2 (FR2: 24.25 GHz–52.6 GHz) בתוך כל טווח, להקות רבות מוקצות ברחבי העולם, לעתים קרובות עם להקות משמרות צרות לשירותים הסמוכים.

להקה יעילה מעבירה סינון תורמת לסימן יושרה על ידי:

  • (הדגשה:0) צמצום פליטות מפס: 1 מתוך מגבת כוח - פליטות כאלה יכולות להפריע ללהקות סמוך, מהפרת גבולות רגולטוריים.
  • (FLT:0) קבלת מקלטים מסימנים חסימתים של LT:1) - אותות חזקים מלהקות אחרות (למשל, LTE, Wi-Fi) יכולים ליישב את המגבר הנמוך (LNA) אם לא מסונן.
  • (FLT:0) מובילי החברה aggregationFIRLT:1) - כאשר מספר רב של ספקים משולבים, מסננים להבטיח שכל נתיב המוביל נשאר מבודד כדי למנוע זיהום צלב.
  • (FLT:0) העברת תקשורת מלאה ב-duplexFalLT:1) במערכות מתקדמות שבהן משדרים ומקבלים מתרחשים בו זמנית, מסננים חייבים לספק בידוד גבוה כדי למנוע רעש שידור מניכוי המקלט.

ללא סינון ביצועים גבוהים, רשתות 5G יסבלו משיעורי שגיאות מעט גבוה יותר, קיבולת מופחתת ופגיעה באיכות השירות - במיוחד בפריסה עירונית צפופה שבו אותות רבים coexist.

תגיות: 5G Band Passs

אפשרויות ל-Rol-Off

הקצאות תדר 5G לעתים קרובות יש להקות שמירה צרות מאוד - לפעמים רק כמה מגה-הרץ בין שירותים סמוכים.לדוגמה, הלהקה N78 (3.3-3.8 GHz) בשימוש נרחב באירופה ואסיה יושב ליד לווין ותקשורת צבאית.פילטרים חייבים להציג גליל תלול תלול מפס כדי לעצור פס, בדרך כלל דורש גורם צורה (ratio רוחב פס ב 3DB ל- 60B) מתחת ל- 1.5W) מדחף חד-מטר (R) גבוה יותר מאשר פילטרים אקוסטיים (R) של פילטרים (R) מאשר חוצות יותר מאשר פילטרים אקוסטיים (R) גבוה יותר מאשר טרה-קרקעיים (BA) מאשר פילטרים (R) גבוה יותר מאשר טרה-מטר (R) של טרה-מסלולאריים (R) מאשר טרה-מטרדפס (R) של טרה-מטר) של טרה-מטרהמטרהמטרהמטרהמטרהמטרהמטרהמטרהמטרהמטרה) מאשר טרה-מסלולאריים (R) גבוה יותר מאשר פילטרים (R) מאשר פילטרים (R) של פילטרים (R) גבוה יותר מאשר פילטרים (R) של רוחב פס (R

המונחים: Loss Minimization

כל דציבל של אובדן ההכנסה מקטין ישירות את תקציב הקישור.בערכים מסיביים MIMO עם 64 או 128 אלמנטים אנטנה, הפסדים מצטברים מסננים, מתגים, ורכיבים אחרים לפנים יכולים לדחוס כיסוי.מעצבים שואפים לסננים עם אובדן כניסה מתחת 1 dB בפס המעבר, במיוחד בדרך המקלט.זה דורש מבחר זה של חומרים (למשל, ⁇ אלקטרי עם הפסדים מכניים נמוכים) ואביזרים גיאוגרפיים.

כוח יד וקואריות

משדרי תחנת בסיס עשויים להניב עשרות וואט לכל ערוץ.פילטרים חייבים להתמודד עם יחסי כוח שיא עד לממוצע (PAPR) האופייניים לסימנים DM מבלי לייצר מוצרים בין-מודולציה משמעותיים. לינאריות גרועה יכולה ליצור פליטות חדשות שפלות ללהקות אחרות.פילטרים אקוסטיים בדרך כלל יש טיפול כוח טוב, אבל מסנני גל וכבד הם לעתים קרובות מועדפים עבור רמות הכוח הגבוהות ביותר בתדרים בתדרים בתדרים.

טמפרטורה ויציבות סביבתית

ציוד תחנת בסיס חיצונית חווה תנודות טמפרטורה מ -40 מעלות צלזיוס ל +85 ° C. תדירות המרכז של מסננים אקוסטיים יכול לסחף עם טמפרטורה עקב שינויים בנוקשות החומרית.טמפרטורה-משותף SAW (TC-SAW) ופילטרים BAW משלבים טכניקות פיצוי טמפרטורה (למשל, מינון או שימוש בשכבות עם משככי טמפרטורה הפוכה) כדי לשמור על סינון יציב.

מינימום עבור ציוד משתמש

סמארטפונים וציוד משתמש אחר יש שטח לוח מוגבל מאוד.A 5G לחיצת יד עשויה לדרוש מסננים עבור להקות מרובות (LTE, sub-6 GHz 5G, mmWave) כמו גם מספר נמלי אנטנה.הפילטרים חייבים להיות זעירים - לעתים קרובות ארוזים בגדלים קטנים כמו 1.1 מ"מ × 0.9 מ"מ - תוך שמירה על ביצועים גבוהים SAW וטכנולוגיות BAW שולטים כאן, עם התקדמות לאחרונה באריזות ברמה נמוכה יותר.

סוגים של Band Pass Filters בשימוש ב 5G Infrastructure

Surface Acous Wave (SAW) filter

SAW מסננים אותות חשמליים לגלי אקוסטיים על תת-קרקעית אדזואלקטרית (טיply Lithium tantalate או Lithium niobate) הם יעילים בשימוש נרחב לתדרים עד 2.5 GHz.ב 5G, SAW מסננים עדיין נפוצים עבור להקות נמוכות יותר (למשל, n71, n41) וסינון בתדירות בינונית (IF) כמה גורמים מתאימים יותר של GHz, 3.

גלי הגל האקוסטי (BAW) מסננים

מסננים BAW פועלים על ידי יצירת גלים אקוסטיים אשר propagate אנכי דרך מלמברנה דק, המציעה Q גבוה יותר טיפול כוח טוב יותר מאשר SAW. הם מצטיינים בתדרים מ 1.5 GHz עד 6 GHz, המכסה את רוב 5G להקות. BAW מסננים להשיג הפסדים של הוספת 1DB ו-Stra-off תלולה מאוד, מה שהופך אותם הטכנולוגיה של בחירה תובענית עבור להקות כמו n77 ו nv.

פילטרים ו-Cavity Filters

עבור יישומי תחנת בסיס הדורשים טיפול בעוצמה גבוהה ואובדן נמוך, מחזרי קואקסיאלי קרמיקה ומסננים מלוחים משמשים, במיוחד בטווח 3-6 GHz.הם יכולים להיות מכווננים בצורה מכנית ולהציע סלקטיבית מעולה.עם זאת, הם בשפע בהשוואה לסננים אקוסטיים, הגבלת השימוש שלהם לתאי מאקרו ולא תאים קטנים או ידיים.

גלימות ופילטרים דיאלקטריים ל- mmWave

בתדרים מ"מ ו-52 GHz, מסנני גל ופילטרים דיאלקטריים מספקים אובדן נמוך מאוד ופילטרים גבוהים Q. WavePSK משמשים ביחידות חיצוניות (ODU) עבור backhaul וגישה. Microstrip ו- substrate-intrated Wave Guide (SIW) מסננים מציעים גורם קומפקטי יותר לאינטגרציה לתוך אנטנה.

מסננים חד-משמעיים והגדרה

ככל ש-5G מתפתח, המפעילים זקוקים לגמישות לתמוך בלהקות מרובות ולהסתגלות להקצאת ספקטרום משתנה.פילטרים בלתי ניתנים לזיהוי באמצעות דידות אדרקטור, מתגי MEMS, או חומרים פררואלקטריים יכולים להתאים את תדירות המרכז או רוחב פס אלקטרוני.אלה מבטיחים במיוחד עבור קווי רדיו מוגדרים תוכנה ויישומים רדיו קוגניטיביים.

יישום ב 5G Infrastructure Components

תחנת בסיס ו-Masive MIMO

בתחנת בסיס מסיבית של MIMO, לכל רכיב אנטנה יש שרשרת RF משלה, כולל מגבר חשמל, LNA, ופילטרים. עבור ריבועים של GHz תת-6 GHz, מסננים BAW משולבים ישירות על לוח הרדיו או בתוך מודול האנטנה.הפילטרים חייבים להיות ממוקמים קרוב ככל האפשר כדי למזער לפני ההגדלה.עבור פילטרים של מ"מ"מ ו"מ, ניתן לחלק מפילטרים של מספר המסננים (A64) או מגודל הטיפול בסולנים (ppack) עם מספר המסננים (A) עם מספר אנטנות (A64) עם מספר אנטנות (A) עם מספר אנטנות (p) עם מספר אנטנות (p) או מספר אנטנות (p) עם מספר אנטנות (A) עם מספר אנטנות (p) עם מספר אנטנות (p) עם מספר אנטנות קריטית של מספר אנטנות (p) עם מספר אנטנה) עם גודל טיפול בדרגה קריטית של מספר אנטנות (p.

תאים קטנים וחוזרים

תאים קטנים (מיקרו תאים, העוברים) דורשים מסננים קומפקטיים, זולים כי הם פרוסים בנפח גבוה.לעתים קרובות מסנן יחיד עבור הלהקה התפעולית הוא מספיק (למשל, n78). עם זאת, תאים קטנים עשויים לדרוש מסננים עבור שניהם uplink ו downlink עם בידוד נאות אם הם משתמשים ברדיו נפרדים.

ציוד משתמש (Handsets, CPE)

בסמארטפון 5G, מודול החזית (FEM) עשוי להכיל עשרות מסננים עבור שילובי aggregation של נושא. A טיפוסי גבוה end תומך להקות N1, n3, n5, n7, n7, n8, n20, n28, n38, n41, n78, בתוספת n79, בתוספת NRS, חייב להיות מספר כפול באמצעות dix, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 מוקדם יותר מ-S, 000 000 000 מוקדם יותר מ-S, 000 להקות חיתוך מוקדם יותר מ-S, 000 מוקדם יותר מ-S, 000 להקות SV.

גישה אלחוטית קבועה (FWA) ו- CPE

ציוד הנחות לקוח (CPE) לגישה אלחוטית קבועה לעתים קרובות כולל אנאנטנות חיצוניות ויכול להשתמש במסננים גדולים יותר עם ביצועים גבוהים יותר כי מגבלות גודל פחות חמורות. Cavity או מסננים קרמיקה נפוצים עבור יחידות מקורה, אותם FEMs המשמשים בשמיכות מספיקות.

אתגרים ופתרונות

ציות ומשמעת הרמונית

כאשר אות חד-פעמי חזק עובר דרך מסנן לא-ליני (או מאוחר יותר בשרשרת הפעילה), הוא יכול ליצור מוצרים בין-מודולציה ליפול בתוך הפס הרצוי. בעיה זו מחמירה כאשר מספר רב של ספקים בעלי כוח גבוה נמצאים. Solutions כוללים שימוש במסננים עם לינאריות גבוהה (BAW הוא טוב יותר מאשר SAW בהקשר זה), הוספת מסננים נוספים או פילטרים של הלהקה, ומערכת זהירה כדי למנוע את ניהול הכוח של LurNA.

בעיות ב-PCB ו-

הפריסה המסכן יכולה להציג הפיכה טפילית כי לעקוף את המסנן. בתדרים גבוהים, אפילו כמה פיקופארדים של קיבול יכול להתפשר דחייה. מעצבים להשתמש באדמה באמצעות, מגן על פחיות, וקבר שכבות פסים כדי לשמר ביצועים מסננים.עבור mmWave, מסנני על פני השטח דורשים מעברים מאולתרים מבוקרים ומכרו מחדש פרופילים כדי למנוע קברים או לרוקן את המאפיינים.

ניהול ארס

אותות בעוצמה גבוהה לייצר חום בתוך מסננים. פילטרים אקוסטיים רגישים לטמפרטורה; חום יכול לשנות את תדירות המרכז ולהגדיל את אובדן ההחדרה. בתחנות בסיס, מסננים לעתים קרובות רכובים על כריות תרמיות חום או כיור חום. קירור פעיל (עפיפות) עשוי להיות נדרש בקבינטות בעוצמה גבוהה.עבור לחיצות, הבעיה היא פחות קשה בשל כוח נמוך יותר, אבל חום מגבר כוח עדיין יכול להשפיע על מסננים הסמוכים.

עלויות לעומת ביצועי המסחר-Offs

מסנני הביצועים הגבוהים ביותר (לקוחות BAW, גל מונח) עולים פעמים רבות יותר מפילטרים SAW. המפעילים חייבים לאזן את הצורך ביושרה אותות נגד הוצאה הון. בפועל, מסננים פרימיום משמשים עבור הלהקות המכוסות ביותר (למשל, n78 באזורים עירוניים) בעוד מסננים בעלות נמוכה מספיק עבור להקות פחות צפופות.

מגמות וחדשנות עתידיים

מבנה metamaterial ואלקטרומגנטי Bandgap

מסננים מטא-חומריים משתמשים במבנים ממונדסים כדי להשיג אינדקס שלילי של קירור או משטחים גבוהים של עכבות שיכולים לייצר חצאית מסנן חדה מאוד עם אובדן נמוך מאוד. בעוד עדיין בשלב המחקר, אלה יכולים בסופו של דבר להחליף את הנחיה המסורתית או מסננים דיאלקטריים ביישומים מ"מ-Wave, במיוחד כאשר גודל ומשקל הם קריטיים.

טכנולוגיות גל אקוסטיות מתקדמות

די-סרטנים רבים של ריטור אקוסטי עם סגסוגת אלומיניום סרוטיום-דופד (ScAlN) או ליתיום niobate סרטים דק מפותחים כדי להרחיב את טווח התדירות של מסננים BAW עד 10 GHz ומעבר. חומרים אלה משפרים הפיכה אלקטרומכאית, ומאפשרים רוחב פס רחב יותר והפסד נמוך יותר. בשילוב עם שכבות פיצוי טמפרטורה, הם יכולים לכסות את כל הלהקות FR1 במכשיר יחיד.

פילטרים דיגיטליים ו היברידיים

נטייה דיגיטלית (DPD) ופילטרים דיגיטליים יכולים להפחית את הדרישות במסננים אנלוגיים.לדוגמה, DPD יכול לנקות משדרים לא ליניאריות, המאפשר ספקטרום שקט יותר כך שפילטרים אנלוגיים זקוקים פחות לדחייה.

AI-Optimated Filter Design

מודלים של למידת מכונות מאומנים לחזות ביצועים המבוססים על תכונות חומריות וגיאומטריה.זה מאיץ את מחזור העיצוב ומאפשר אופטימיזציה עבור ריבוי מיילדות (הפסדים,סלקטיביות, גודל, עלות) חברות כמו ANSYS ו- Cadence שילבו מודולים AI לתוך כלי סימולציה RF שלהם.בעתיד, AI עשוי ליצור סינון מותאם אישית בתוך דקות במקום שבועות.

הדרך ל-6G

6G צפוי להשתמש אפילו בתדרים גבוהים יותר (100 GHz עד 3 THz) ופס רוחב פס רחב יותר ( GHz כל הזמן) בתדרים אלה, עיצוב סינון הופך מאתגר מאוד בשל הפסדים מתכתיים וסובלנות. פרדיגמות חדשות כגון מסננים קוואסי-אופטימיים (משטחים ⁇ -selective) או מסננים על שבבים מתקדמים עשויים להפוך סטנדרטיים.

מסקנה

מסנני פס פס Band אינם רק אביזרים בתשתיות 5G; הם מרכיבים בסיסיים המאפשרים ספקטרום נקי, שיעורי נתונים גבוהים וקישוריות אמינה.מפילטר SAW הבסיסי בסמארטפון לסינון הגל המדויק בתחנת בסיס מאקרו, כל רכיב חייב להיות נבחר ומשולב עם הבנה עמוקה של יושרה ברמת המערכת. כמו 5G מתפתח לקראת פריסות צפופות, רוחב פס רחב יותר, ובסופו של דבר 6G, דרישות כדי לסינון חומרים תרמיים, שיגדלו עלות, רק כדי לספק אפקטים אופטיים של תאים עצביים, אשר יהיו מסוגלים לספק, רק עלות, כלומר, כלומר, רק עלות תאים עצביים, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, רק עלות תאים עצביים, כדי לספק, כדי לספק, רק עלות גבוהה של תאים עצביים, כדי לספק, כדי לספק, עלות גבוהה של תפקודים של תאים עצביים, כלומר, עלות תאים עצביים, תאים עצביים, תאים גמישים, תאים עצביים, כלומר, כלומר, תאים גמישים, כלומר, רק כדי לספק, תאים גמישים, כדי לספק, כדי לספק, כדי לספק, תאים גמישים, כלומר, כמו 5G, כדי לספק, תאים גמישים, כדי לספק, רק כדי לספק, כדי לספק, כדי לספק,

לקריאה נוספת על טכנולוגיות סינון ועיצוב החזית של 5G, ראה את ה-FLT:0GPP מפרט עבור שידור ציוד רדיו של ציוד 5G וקבלת פנים FLT:1, את ה-FLT:2Qorvo נייר לבן על 5G אתגרים חזית RF FLT 3: ו-FLT:4Alog התקנים השוואת SAW ו- BAWIRWFrea:5:5G RF אתגרים חזיתיים FLT 3.