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Verstehen Sie die 5g RF Black-Technologie: Die Komplexität ist schrecklich und entspricht dem Basisband

Erscheinungsdatum: 2021Quelle des Autors: KinghelmAufrufe: 512

Das Mobiltelefon hat als Standard im Zeitalter des mobilen Internets Einzug in das Leben aller gehalten. Damit können wir chatten, einkaufen, Dramen hinterherlaufen und ein besseres Leben genießen.

Da Mobiltelefone so wichtig sind, widmen die Menschen der Entwicklung verwandter Technologien große Aufmerksamkeit. Immer wenn ein neues Produkt auf den Markt kommt, wird in den Medien ausführlich darüber berichtet und es kommt zu hitzigen Diskussionen in den sozialen Netzwerken.

Allerdings konzentriert sich die Aufmerksamkeit der Menschen bei Mobiltelefonen häufig auf CPU, GPU, Basisband, Bildschirm und Kamera. Es gibt einen besonderen Teil, der für Mobiltelefone sehr wichtig ist, aber nur wenige Menschen achten darauf.

Welcher Teil ist es? Ja, es ist der Protagonist unseres heutigen Artikels – RF.

Was ist Radiofrequenz?

Radiofrequenz, der englische Name ist Radiofrequenz, die jedem bekannt ist. Wörtlich bedeutet Radiofrequenz Radiofrequenz. RF-Signal bezieht sich auf drahtlose elektromagnetische Wellen mit einem Frequenzbereich von 300 kHz bis 300 GHz.

Wie wir alle wissen, besteht der Grund, warum Mobiltelefone mit Basisstationen kommunizieren können, darin, drahtlose elektromagnetische Wellen voneinander zu senden und zu empfangen.

Eine Reihe von Schaltkreisen, Chips, Komponenten usw. in Mobiltelefonen, die speziell für das Senden und Empfangen drahtloser elektromagnetischer Wellen verantwortlich sind, werden zusammenfassend als HF-System bezeichnet, das als „RF“ bezeichnet wird (dasselbe unten).

HF und Basisband sind die Eckpfeiler der Mobiltelefonkommunikationsfunktion. Wenn wir die Kommunikation zwischen Mobiltelefonen und der Außenwelt als „Expressdienst“ betrachten, liegt die Aufgabe des Basisbands darin, die Daten zu „packen/auspacken“. Die Verantwortung von RF besteht darin, das „Paket“ über das angegebene Funkfrequenzband zu senden/empfangen.

Schematische Darstellung: Basisband links und RF rechts

Wie sieht RF aus? Im Folgenden sehen Sie das Layout der Vorder- und Rückseite der Hauptplatine eines Mobiltelefons einer Marke.

(Bild von ABI Research)

In der Abbildung gehören alle gelb eingekreisten Teile zu RF. Es ist ersichtlich, dass HF-Komponenten einen großen Anteil an der Struktur von Mobiltelefonen haben.

In Bezug auf die Architektur umfasst ein vollständiges HF-System einen HF-Transceiver, ein HF-Frontend und eine Antenne. Das HF-Frontend umfasst außerdem einen Leistungsverstärker, einen Hüllkurven-Tracker, einen rauscharmen Verstärker, einen Filter, einen Antennenschalter, einen Antennentuner und andere Komponenten.

RF-Architektur

Die Funktion jeder Komponente des RF-Frontends ist nicht komplex. Beispielsweise verstärkt der Verstärker das Signal, um eine weitere Signalübertragung zu ermöglichen; Der Filter dient dazu, Störungen zu beseitigen und das Signal „reiner“ zu machen. Der Antennenschalter dient zur Steuerung des Ein- und Ausschaltens der Antenne; Der Antennentuner dient hauptsächlich dazu, mit der Antenne herumzuspielen, um den besten Transceiver-Effekt zu erzielen

Eine große Anzahl von HF-Komponenten kooperieren miteinander, um die „Tür-zu-Tür“ zu vervollständigen und die im Basisband verpackten Daten „BIU ~ BIU ~“ zu übertragen.

Wenn das HF-Design unangemessen ist und die Leistung der Komponenten rückständig ist, wirkt sich dies direkt auf die Fähigkeit des Mobiltelefons zum Empfang und zur Übertragung drahtloser Signale aus und beeinträchtigt dann die Kommunikationsfähigkeit des Mobiltelefons. Insbesondere ist das Funksignal schlecht, die Kommunikationsentfernung kurz, die Netzwerkrate langsam und so weiter.

Mit anderen Worten: Die Funkfrequenzfähigkeit des Mobiltelefons ist nicht gut, ebenso wie die mangelnde Leistung des Autos. Auch wenn andere Funktionen ausgefallen sind, können sie von Benutzern nicht akzeptiert werden.

Daher unternehmen Mobiltelefonhersteller bei der Entwicklung und dem Design von Mobiltelefonen in der Regel große Anstrengungen in Bezug auf HF, überdenken, testen und verifizieren wiederholt, bevor sie es wagen, die endgültigen Produkte auf den Markt zu bringen.

5g HF-Herausforderung

Heute sind wir erhobenen Hauptes in die 5G-Ära eingetreten. Gibt es im Vergleich zum herkömmlichen 4G eine Änderung im 5g-HF-System?

Die Antwort ist ja. Es gibt nicht nur Veränderungen, sondern auch große Veränderungen.

Im Vergleich zu 4G weist 5g eine deutliche Verbesserung der Leistungsindikatoren auf. Das 5g-emB-Szenario (Enhanced Mobile Broadband) erhöht die Mobilfunkrate auf Gigabit oder sogar 10g, was dem 10-fachen bzw. 100-fachen der frühen LTE-Rate (100 Mbit/s) entspricht.

2G / 3G / 4G, plus 5g, plus MIMO (Multi-Antennen-Technologie), plus Dual Card und Dual Standby, die Anzahl der Antennen und unterstützten Frequenzbänder von Mobiltelefonen haben sich verdoppelt. In den Anfängen von 4G gab es weniger als 20 Bandkombinationen. im Vergleich,5g verfügt über mehr als 10000 Bandkombinationen, Komplexität ist schrecklich.

Um gleichzeitig sicherzustellen, dass Benutzer bereit sind, ein Upgrade der Klasse (Qi & Aacute; n) durchzuführen, dürfen die Dicke und das Gewicht des 5-G-Mobiltelefons nicht erhöht werden, der Stromverbrauch kann nicht erhöht werden und das Die Standby-Zeit kann nicht verkürzt werden.

Wenn Sie ein Mobiltelefonhersteller wären, wären Sie verrückt?

Daher muss sich die RF von 5g-Mobiltelefonen neu gestalten, große Anstrengungen unternehmen, um Wunder zu vollbringen und Innovationen zu schaffen.

Wie kann das Designproblem des HF-Systems gelöst werden? Qualcomm hat eine Makroidee vorgelegt, um direkt ein „komplettes Modem- und HF-System“ bereitzustellen. Das allgemeine Verständnis besteht darin, in den Bereichen Basisband, HF-Transceiver, HF-Frontend, Antennenmodul und Software-Framework gute Arbeit zu leisten, um den Herstellern einen vollständigen Lösungssatz zu bieten.

Mit anderen Worten: Das Designkonzept von 5G-Mobiltelefonen und anderen Endgerätekomponenten muss die bisherige Idee „im Osten ein Pferd, im Westen einen Sattel, im Süden ein Zaumzeug und im Norden eine Peitsche kaufen“ aufgeben und sich darauf konzentrieren eine einzelne Komponente und übernehmen stattdessen die integrierte Lösung auf Systemebene des „Verpackungsdesigns“.

Beispielsweise hat in der Vergangenheit Fabrik A das Basisband hergestellt, Fabrik B hat HF ​​hergestellt, Fabrik C hat Antennen hergestellt und dann hat Fabrik D ihre eigenen Pläne für die Integration und Verbindung erstellt. Anstelle leistungsstarker Hersteller verpacken und entwerfen sie jetzt direkt Basisband, HF und Antenne zusammen und übergeben sie dann zur schnellen Verwendung an Mobiltelefonhersteller.

Die Integration auf Systemebene ist das unvermeidliche Ergebnis der deutlich zunehmenden Komplexität von 5g-Basisband und HF.

Es ist wie ein Zug. In der Vergangenheit war die Geschwindigkeit grüner Autos langsam. Schlitten und Front können separat entworfen und gefertigt werden und dann gemeinsam laufen. Im Zeitalter der Hochgeschwindigkeitszüge hat sich der Geschwindigkeitsindex jedoch verdoppelt. Wenn wir weiterhin getrennt entwerfen und fertigen, können Schlitten und Front nicht tief zusammenwirken, was nicht nur das Erreichen des Geschwindigkeitsindex erschwert, sondern auch mögliche Sicherheitsprobleme.

Daher sind die EMUs der Hochgeschwindigkeitsbahnen in der Regel einheitlich konstruiert und hergestellt.

Mit anderen Worten: Angesichts der oben erwähnten harten 5G-Indikatoren ist es notwendig, das Gesamtdesign von Basisband und HF unter dem Gesichtspunkt der Integration auf Systemebene durchzuführen. Auf diese Weise können beide eine perfekte Software- und Hardwarekoordination erreichen und die beste Leistung (Durchsatz, Abdeckung usw.) voll ausschöpfen.

Das integrierte Design trägt nicht nur zum Erreichen des Ziels bei, sondern trägt auch dazu bei, die endgültige Größe des Systems zu reduzieren und den Platzbedarf für Mobiltelefone zu verringern. Für den Stromverbrauch des Systems und die Steuerung der Wärmeableitung bietet das integrierte Design ebenfalls offensichtliche Vorteile.

Schließlich ist es auch sehr wichtig, Integrationslösungen auf Systemebene bereitzustellen, die die Designschwierigkeiten von Mobiltelefonherstellern verringern und es ihnen erleichtern können, Produkte schneller auf den Markt zu bringen und den Markt zu erobern.

5g RF-Schwarz-Technologie

Werfen wir einen Blick auf die interessanten schwarzen Technologien von 5g RF, die auf Systemebene integriert sind.

Erstens ist die erste schwarze Technologie die Breitband-Hüllkurvenverfolgung.

Als die RF-Architektur früher eingeführt wurde, gab es einen Power-Tracker. Power Tracker wird mit Leistungsverstärker verwendet.

Der Leistungsverstärker ist die Kernkomponente der HF. Es ist wie eine Hupe, die einen kleinen Ton (Signal) in einen großen Ton (Signal) umwandelt.

Wer in die Hupe blasen will, muss seine Kraft (Stromversorgung) aufbringen. Die Funktion des Power Trackers besteht darin, die Stärke (Kraft) des Hornblasens zu steuern.

Die traditionelle Blasmethode ist die geeignete Methode, d. h. die Verfolgung der durchschnittlichen Leistung. Die Blaskraft bleibt für eine gewisse Zeit konstant.

Die Breitband-Envelope-Tracking-Technologie (ET) kann die Kraft genau steuern. Mit anderen Worten: Das Basisband (Modem) kann den Hüllkurven-Tracker in der HF entsprechend der Signaländerung steuern und dann die Sendeleistung des drahtlosen Signals genau steuern.

Der virtuelle Stromverbrauch der Hüllkurvenverfolgung ist deutlich niedriger als der der herkömmlichen Durchschnittsleistungsverfolgung

(Bild von Qualcomm)

Auf diese Weise wird die körperliche Kraft (Energie) erheblich gespart, der Stromverbrauch von HF verringert und die Standby-Zeit von Mobiltelefonen erhöht.

Eine genaue Steuerung der Sendeleistung hilft dem Mobiltelefon, die beste Signalübertragungseffizienz zu erzielen und so eine bessere Kanalqualität zu erzielen. Wenn das Mobiltelefon im Prozess der „bidirektionalen Kommunikation“ zwischen dem Mobiltelefon und der Basisstation eine bessere Kanalqualität erhält, kann die Basisstation das Mobiltelefon dabei unterstützen, bessere Uplink- und Downlink-Dienste zu realisieren, z. B. 2 & Times; 2 MIMO, die Netzwerkgeschwindigkeit ist gleichmäßiger. Darüber hinaus schafft eine bessere Kanalqualität auch Bedingungen für die Basisstationsseite, um Mobiltelefonen Modulationsmodi höherer Ordnung (z. B. 256qam) zuzuweisen, was den Durchsatz von Mobiltelefonen verbessern und schnellere und bessere Datenübertragungsdienste unterstützen kann.

Qualcomm hat zuvor mehrere Generationen von Xiaolong 5G-Modems und Breitband-Envelope-Trackern mit integriertem RF-System herausgebracht, die die oben genannten Technologien übernommen haben. Im Vergleich zu den fortschrittlichsten Produkten anderer Hersteller auf dem Markt hat der neueste Breitband-Envelope-Tracker qet7100 die Energieeffizienz um 30 % verbessert.

Die zweite schwarze Technologie, die wir eingeführt haben, ist die KI-gestützte Signalverbesserungstechnologie.

Diese Technologie ist die neueste Technologie im Xiaolong X65 5g-Modem und HF-System, das erst im Februar eingeführt wurde. Es ist auch das erste Mal in der Branche, dass die beliebte KI-Technologie zur Signalverbesserung in das HF-System von Mobiltelefonen integriert wird.

Der Kern der KI-Hilfssignalverstärkungstechnologie besteht darin, die KI-Technologie in das Antennenabstimmungssystem einzuführen. Bei der Antennenabstimmung gibt es zwei Möglichkeiten: Die eine ist die Impedanzanpassung und die andere die Aperturabstimmung.

Schauen wir uns zunächst die Impedanzanpassung an.

Die sogenannte Impedanzanpassung kann als eine Art „Verbindungsrohr“-Arbeit verstanden werden.

Die HF-Systemkomponenten sind wie zwei Wasserleitungen mit der Antenne verbunden. Wenn die Impedanz konsistent ist, stimmt die Position perfekt überein. Zu diesem Zeitpunkt ist der Wasserdurchfluss am größten und die Signaleffizienz am höchsten. Wenn die Impedanz des Elements versetzt ist, ist die Wasserleitung krumm, der Wasserdurchfluss ist gering und ein Teil des Wasserdurchflusses wird verschwendet.

Es gibt viele Gründe für die Änderung der Impedanz, z. B. Handberührung, Einstecken eines Datenkabels, Anbringen einer Mobiltelefonhülle usw. Auch unterschiedliche Haltegesten (linke Hand, rechte Hand, eine Hand, zwei Hände) führen zu unterschiedlichen Impedanzen.

Die herkömmliche Impedanzanpassungsmethode besteht darin, verschiedene Ursachen für Impedanzänderungen im Labor zu testen, den charakteristischen Wert der Antenne zu ermitteln und dann das HF-Element über das Modem zu steuern, um die Impedanz so anzupassen, dass das Verbindungsrohr mit dem Wasserversorgungsrohr ausgerichtet ist so viel wie möglich.

Die KI-Hilfssignalverstärkungstechnologie soll einen KI-Algorithmus einführen, um eine Big-Data-Analyse und maschinelles Lernen an den Antenneneigenwerten verschiedener Impedanzänderungen durchzuführen, um eine intelligente Anpassung der Impedanz zu realisieren und den perfektesten Anpassungseffekt zu erzielen.

Vereinfacht ausgedrückt ist es ein bisschen so, als würde man zwischen dem Wasserzulaufrohr und dem Wasseranschlussrohr einen Stoßschlauch verlegen, damit der Wasserfluss möglichst nicht verschwendet wird.

KI-Hilfssignalverstärkung, entspricht dem Andockschlauch zwischen HF und Antenne

Die Aperturabstimmung ist relativ einfach und besteht darin, die elektrische Länge der Antenne anzupassen.

Aus radiometrischer Sicht sollte die ideale Länge einer Antenne ein Viertel der Wellenlänge betragen. Heutzutage ändert sich die Arbeitsfrequenz mobiler Kommunikationssysteme aufgrund aller Netcom-, Dual-Card- und Dual-Standby-Systeme dynamisch. Beispielsweise funktioniert es manchmal mit 2.6 GHz und manchmal mit 3.5 GHz.

Ändert sich die Betriebsfrequenz, bedeutet dies, dass sich auch die optimale Wellenlänge ändert. Daher ist es notwendig, die Apertur der Antenne abzustimmen, die Länge der Antenne anzupassen und den Wellenberg zu verlängern, um den besten Effekt zu erzielen.

Kurz gesagt, die auf Impedanzanpassung und Aperturabstimmung basierende Antennenabstimmungstechnologie wird hauptsächlich verwendet, um den Einfluss der äußeren Umgebung auf das Antennensignal zu überwinden, das Signal dynamisch anzupassen und das Benutzererlebnis zu verbessern.

Laut tatsächlicher Überprüfung kann mit der AI-Hilfssignalverbesserungstechnologie die Kontextwahrnehmungsgenauigkeit des Systems um 30 % verbessert werden, was die Anrufabbruchrate erheblich reduzieren und die Geschwindigkeit, Abdeckung und Ausdauer verbessern kann.

Epilog

Es gibt viele innovative Black-Technologien für 5g-HF-Systeme, wie z. B. Multi-Carrier-Optimierung, Entkopplungsoptimierung, Multi-SIM-Karten-verstärkte Parallelität usw. Alle diese Black-Technologien sind das Ergebnis technologischer Innovation. Sie haben das Wissen der Ingenieure gebündelt und den Grundstein für die reibungslose Einführung von 5g-Terminals gelegt.

Die heutige 5g-HF-Technologie ist nicht mehr das Hilfsmittel des Basisbands, sondern eine wichtige Mobilfunkkomponente, die dem Basisband ebenbürtig sein und sich gegenseitig ergänzen kann.

Mit der Vertiefung des 5g-Netzwerkaufbaus begannen neben der mobilen Kommunikation auch immer mehr vertikale 5g-Industrieanwendungsszenarien zu blühen. Die Form des 5g-Terminals wird vielfältiger und ein größerer Test wird vor dem 5g-HF-Frontend platziert.

Welche neuen Tricks wird 5g RF dann spielen? Warten wir ab!

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