Signal Integrity Challenge 5G Networks'te Anlamak
5G ağlarının hızlı dağılımı, radyo frekansı (RF) ön uç tasarım üzerinde eşi benzeri olmayan talepleri ortaya koyar. 5G'de, veri oranlarının 10 Gbps'yi aştığını ve latencies'un altında 1 m'lik bir artış olduğunu, küçük bir kesintiye neden olabilir - yükseltilen kullanıcı deneyimiyle tehdit edilen sinyalin artmasıyla tehdit edilebilir.
sinyal bütünlüğünü korumak için en etkili araçlardan biri, teorik zirvede çalışmak için 5G altyapısı için gereklidir.Bu bileşenler, frekans kanallarını arzularken, bant emisyonlarını ve müdahaleyi korumak için genellikle tasarlanmıştır.Properly tasarlanmış ve entegre bant geçiş filtreleri teorik zirvede çalışmak için 5G altyapısı gereklidir.
Band Pass Filtre Nedir? Derin bir Bak
Bir grup geçiş filtresi belirli bir frekans aralığında sinyalleri sağlar - geçişleri - bu aralığın dışındaki sinyalleri - Durağı - keskin bir şekilde bastırılır. Anahtar performans parametreleri şunları içerir:
- [0]Merkez frekansı (f0)) - geçiş bandının orta noktası.
- [FONT:0)Band genişlik[[[Dönetici:0)[[Dönetici:0))[[[Dönetici: 3 dB).
- [FONT:0]Insertion kaybı[[Dönetici: 1) Bir sinyal filtreden geçtiğinde, bağlantı bütçesi için kritik bir şekilde kayboldu.
- [FONT:0)Kalite faktörü (Q)) - merkez frekansının bant genişliğine oranı; yüksek Q, dar, keskin filtreleme anlamına gelir.
- [FONT=0)Rejeksiyon[[Dönetici:0)[Dönetici: 1 ) - Durağın içindeki düşüş miktarı dB'de ölçüldü.
5G altyapısında, filtreler yüksek güç seviyelerini (özellikle temel istasyonlarda), geniş sıcaklık aralıkları üzerinde çalışır ve üretim hacimleri boyunca sıkı toleranslar sağlamalıdır. Kullanılan filtrelerin belirli türleri frekans bandına ve uygulamaya bağlıdır.
Band Pass Filtrelerinin Rolü 5G Signal Integrity
5G ağları iki büyük frekans aralığında çalışır: Frekans aralığı 1 (FR1: 410 MHz-7.125 GHz) ve Frekans Aralığı 2 (FR2: 24.25 GHz-52.6 GHz). Her bir aralıkta, çok sayıda grup küresel olarak, genellikle dar koruma gruplarına ek olarak filtrelenen sinyallerin eş kanal müdahalesine neden olabilir, intermodülasyonun bozulması ve alıcılara sigara içmesi.
Etkili grup geçiş filtrelemesi, tümelliğe işaret etmek için katkıda bulunur:
- [FONT:0]Gönetici emisyonlar[Döneticiler) güç yükselticilerinden (Döneticileri)[FONT=0)
- [FONT:0) Alıcıları bloker sinyallerinden koruma – diğer gruplardan güçlü sinyalleri (örneğin, LTE, Wi-Fi) filtrelenmemişse düşük yükselteçli yükselteç (LNA) karşılayabilir.
- [FONT:0]Enabling taşıyıcı aggregation) - birden fazla taşıyıcı birleştirildiğinde, filtreler her taşıyıcı yolunun haçtan kaçınmak için izole kalmasını sağlar.
- [FONT:0) Tam ekranlı iletişime destek vermek) - aynı anda elde edilen ve alınan gelişmiş sistemlerde, filtreler alıcı gürültüyü yanlışlıklasmemesini engellemek için yüksek izolasyon sağlamalıdır.
Yüksek performanslı filtreleme olmadan, 5G ağları daha yüksek hata oranlarından acı çeker, kapasiteyi azaltır ve hizmet kalitesini tehlikeye atacaktır - özellikle de birçok sinyalin ortak olduğu yoğun kentsel dağıtımlarda.
5G Band Pass için tasarım göz önüne alınacak
Frekans Seçiciliği ve Roll-Off
5G frekansı tahsisleri genellikle çok dar bir bekçi grubu vardır - bazen sadece birkaç megahertz, örneğin, n78 bandı (3.3-3.8 GHz) Avrupa ve Asya'da yaygın olarak kullanılan filtre araçları: akustik dalga (BAW) filtreler, yüksek frekanslarda keskin bir dalga uçarak etekler sergilemelidir.
Kesion Kayıp Minimization
Her bir ekleme kaybı doğrudan bağlantı bütçesini azaltır. Büyük MIMO dizilerinde 64 veya 128 anten elementleri, filtrelerden gelen birikim kayıpları, anahtarlar ve diğer ön uç bileşenlerden gelen diğer öğeler kayıt altına almak için çabalayabilir. Tasarımcılar, özellikle alıcı yolda 1 dB'nin altına alınmasıyla filtreler için çabalamaktadır.
Güç işleme ve linearity
Base istasyonu vericiler, kanal başına on dört watt üretebilir. Filtreler yüksek zirveye sahip olmalıdır - yüksek kapasiteli filtreleme ve boşluk filtreleri genellikle mmWave frekanslarını oluşturmadan en yüksek güç seviyeleri için tercih edilir. Zavallı lineerity, diğer gruplara giren yeni yıkıcı emisyonlar oluşturabilir. Acoustic filtreler genellikle iyi bir güce sahiptir, ancak dalga kılavuzları ve boşluk filtreleri genellikle mmWave frekanslarında en yüksek güç seviyeleri için tercih edilir.
Sıcaklık ve Çevre İstikrar
Açık temel istasyon ekipmanları, sıcaklık hızlarını -40 °C'den +85 °C'ye kadar hızlanıyor. Akustik filtreler merkezi frekansı malzeme sertlikte değişiklikler nedeniyle sıcaklıkla sürüklenebilir. Sıcaklık-kompensler bakımlı SAW (TC-SAW) ve BAW filtreler sıcaklık tazminat tekniklerini içerir (örneğin, doping veya tam tersi sıcaklık katsayıları kullanarak)
Kullanıcı Ekipmanı için Miniaturization for User Equipment
Akıllı telefonlar ve diğer kullanıcı ekipmanları son derece sınırlı yönetim alanı vardır. 5G elet, burada birden fazla grup için filtrelere ihtiyaç duyabilir (LTE, sub-6 GHz 5G, mmWave) ve çok sayıda anten portu. Filtreler küçük olmalıdır - 1.1 mm × 0.9 mm olarak paketlenmiş - yüksek performans sağlar. SAW ve BAW teknolojileri burada hükmederek, ayak izi azaltmak için son gelişmelerle.
5G Altyapısında Kullanılan Band Pass Filtrelerinin Türleri
Yüzey Akustik Dalga (SAW)
SAW filtreler, 5G'de, SAW filtrelerinin hala düşük FR1 bandları için yaygın olarak kullanılması (örneğin, n71, n41) ve bazı mimarlıkların frekansları için (IF) aşamaları için kullanılan Q GHz'ye kadar, SAW'a kadar, 5G'de, SAW filtreleri hala 3.5 GHz bandı ve ötesinde yaygın hale getirmek için yaygındır.
Bulk Acoustic Wave (BAW) Filtre
BAW filtreler, dikey olarak ince bir membranla yayılan akustik dalgalar yaratarak, n77 ve n78 gibi zorlu gruplar için daha iyi güç kullanımı sunarlar.En FR1 5G bandlarını kapsayan. BAW filtreler 1 dB ve çok dik roll-off'un altında yer alıyor, onları n77 ve n78 gibi zorlu gruplar için seçim teknolojisini sağlıyor.
Seramik ve Cavity Filtreleri
Yüksek güç kullanımı ve düşük kaybı gerektiren temel istasyon uygulamaları için, seramik kobiyal resonatörler ve boşluk filtreleri kullanılır, özellikle 3-6 GHz aralığında. Mekanik olarak ayarlanabilir ve mükemmel seçicilik sunabilirler. Ancak, küçük hücreler veya eller yerine makro hücrelere kıyasla büyük ölçüde azalırlar.
mmWave için Waveguide ve Dielektrik Filtreleri
mmWave frekanslarında (24-52 GHz), dalga kılavuzları ve dielektrik resonatör filtreleri, yüksek Q. Waveguide filtreleri, arkadaki (ODU) ekipmanlarını geri almak ve erişmek için büyük ölçüde kullanılabilir. Microstrip ve substrat-integrated dalga kılavuzları (SIW) filtreler anten modüllere entegrasyon için daha kompakt bir form faktörü sunar.
Tunable ve Yeniden yapılandırılabilir Filtreler
5G geliştikçe, operatörler çoklu grupları desteklemek ve spektrum tahsislerini değiştirmek için esneklike ihtiyaç duyuyorlar.Sokak filtreleri kullanarak, MEMS anahtarlarını veya ferroelektrik materyallerini merkezi frekansı veya elektronik olarak ayarlayabilirler. Bunlar özellikle yazılım tanımlı radyo ve bilişsel radyo uygulamaları için umut vericidir. Ancak, mevcut tunable filtreler genellikle sabit filtrelerle kıyasla daha düşük Q ve lineerliği azaltır, bu yüzden dağıtımları hala daha az kritik yollarla sınırlıdır.
5G Altyapısı Bileşenlerde Uygulama
Base İstasyonları ve Kitlesel MIMO
Büyük bir MIMO üssü istasyonunda, her anten elemanının güç yükselticisi, LNA ve filtreler dahil olmak üzere kendi RF zinciri vardır. Alt-6 GHz serisi için, BAW filtreleri doğrudan radyo panosuna veya anten modülüne entegre edilir. Filtreler, anten sayısı ile en aza indirmek için mümkün olduğunca yakın olmalıdır. - mmWave dizileri için, filtreler anten-in-package (AiP) veya besleme ağındaki dalga kılavuzları olarak uygulanabilir.
Küçük Hücreler ve Tekrarlayıcılar
Küçük hücreler (mikrocelller, femtocells) kompakt, düşük maliyetli filtreler gerektirir çünkü yüksek hacimlerde dağıtılırlar. Genellikle işletim grubu için tek bir filtre yeterlidir (örneğin, n78., küçük hücreler hem de ayrı radyolar kullanıyorsanız yeterli izolasyona ihtiyaç duyarlar.
Kullanıcı Ekipmanı (Handsets, CPE)
5G akıllı telefonda, ön uç modülü (FEM) taşıyıcı aggregasyon kombinasyonları için düzinelerce filtre içerebilir. Tipik yüksek uç telefon 5G band n1, n3, n5, n7, n8, n20, n28, n38, n41, n78, n78, n78, n79, artı LTE ve NR grupları için çok sayıda kablo kullanmak zorunda.
Sabit Kablosuz Erişim (FWA) ve CPE
Sabit kablosuz erişim için müşteri ekipmanları (CPE) genellikle dış antenler içerir ve daha yüksek performansla daha büyük filtreler kullanabilir, çünkü boyut kısıtlamaları daha az şiddetlidir. Cavity veya seramik filtreler açık CPE için yaygındır.
Bütünleme Meydanları ve Çözümleri
Intermodulation and Harmonic Distortion
Güçlü bir dış bant sinyali, yüksek doğrusal olmayan filtre (veya daha sonra aktif zincirde), istenen geçiş bandı içinde düşen intermodülasyon ürünleri oluşturabilir.Bu problem, birden çok yüksek güç taşıyıcısı tarafından kötüleşir. Solutions, yüksek doğrusallık (BAW bu konuda SAW ile filtreler kullanmayı içerir), ek notch veya grup-stop filtreleri ve istenen geçiş kontrollerini sağlayarak LNA'yı terk etmek için dikkatli bir sistem seviyesindeki güç yönetimi oluşturabilir.
PCB ve Assembly Issues
Zavallı düzen, filtreyi atlayan parasitik darbeyi tanıtabilir. Yüksek frekanslarda, birkaç resim bile filtreyi reddetmeyi garanti edebilir. Tasarımcılar zemini kullanarak zeminleri kullanabilirler, kalkanlamalar filtre performansını korumak için gömülü şerit tabakaları gömebilir. mmWave, yüzey hatları kontrol edilebilir geçişler ve obsperatif geri yükleme profillerinin filtre özelliklerini değiştirmek için yedeklenebilir veya silücretsiz geri yükleme profillerini kullanabilir.
Termal Yönetim
Yüksek güç sinyalleri filtreleri içinde ısı yaratır. Akustik filtreler sıcaklık için hassastır; ısı merkezi frekansı değiştirebilir ve eksiyon kaybı artırabilir.In baz istasyonlarında, filtreler genellikle termal pedler veya ısı lavaboları üzerinde monte edilir. Aktif soğutma (fans) yüksek güç kabinlerinde gerekli olabilir.
Maliyet vs. Performans Ticareti-Offs
En yüksek performans filtreleri (kampiyon BAW, dalga kılavuzu) birçok kez daha mal SAW filtrelere mal olur. Operatörler, sermaye harcamalarına karşı sinyal bütünlüğüne olan gereksinimi dengelemelidir. Uygulamada, prim filtreleri en sıkışık gruplar için kullanılır (örneğin, n78 şehir bölgelerinde) daha düşük maliyetli filtreler için yeterli olacaktır. AI-güdümlü simülasyon araçları minimum maliyette performans hedeflerini optimize etmek için tasarıma yardımcı olur.
Future Trends and Innovations
Metamal ve Elektromanyetik Bantgap Yapıları
Metamal filtreleri, araştırma aşamasında, bu özellikle boyut ve ağırlık kritik olan mmWave uygulamaları için mühendisler tarafından yapılan negatif refraktif indeks veya yüksek dürtü yüzeyler elde etmek için mühendisler tarafından kullanılmaktadır.
Gelişmiş Akustik Dalga Teknolojileri
İnce film, taramalı alüminyum nitrit (ScAlN) veya lityum niobate ince filmlerin frekans aralığı 10 GHz ve ötesinde görülebiliyor. Bu malzemeler daha geniş bantlar ve daha düşük kayıplara izin veriyor.
Dijital ve Hibrit Filtreleme
Dijital predistortion (DPD) ve dijital filtreler analog filtrelerdeki talepleri azaltabilir. Örneğin, DPD, yalnızca sessiz olmayan spektrumlara izin verebilir, böylece analog filtreler daha az reddedilmeye ihtiyaç duyar.
AI-Optimized Filter Design
Makine öğrenme modelleri, malzeme özellikleri ve geometriye dayalı filtre performansını tahmin etmek için eğitilmiştir. Bu, tasarım döngüsüni hızlandırır ve çok boyutlu (zor, seçim, boyut, maliyet) ANSYS ve Cadence gibi şirketler, önümüzdeki haftalarda, AI'nın özel filtre tasarımları üretebilir.
Yol 6G
6G, yüksek frekansları (100 GHz'yi 3 THz'ye kadar) ve daha geniş bant genişliği (yakıntılı GHz) kullanmak bekleniyor. Bu frekanslarda filtre tasarımı, metalik kayıplar ve toleranslar nedeniyle son derece zorlaşıyor. Yeni paradigmalar (sıcak-sıratıcı yüzeyler) veya gelişmiş CMOS düğümlerinde uygulanan çip filtreleri standart hale gelebilir. 5G entegrasyonunda öğrenilen dersler -özellikle antenler ve yükselteçiciler ile birlikte tasarım ile birlikte tasarım yapılır - doğrudan 6G altyapıya kadar sürecektir.
Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç
Band geçiş filtreleri sadece 5G altyapısında aksesuarlar değildir; temiz spektrum, yüksek veri oranları ve güvenilir bağlantı sağlayan temel SAW filtrelerinden, bir makro baz istasyonun hassas dalga kılavuzunu sadece makro bazda yükselteçmiş, her bir bileşen sistem seviyesindeki sabit bir sinyal bütünlüğü ile seçilmelidir. 5G, yoğun dağıtımlara, daha geniş bant genişliğine doğru gelişti ve sonunda 6G, filtreleme talepleri sadece büyümeli mühendislere ulaşır.
Filtre teknolojileri ve 5G ön uç tasarımı hakkında daha fazla okuma için, 5G kullanıcı ekipmanı radyo iletimi ve resepsiyon için [[Döneticileri Qorvo beyaz kağıt 5G RF ön-end zorluklar)Analog cihazlarının karşılaştırması))))