Cos'è la catena del segnale 5G NR Wave?

I segnali a onde millimetriche forniscono una larghezza di banda più ampia e velocità di trasmissione dati più elevate rispetto ai segnali a bassa frequenza. Dai un'occhiata alla catena complessiva del segnale tra l'antenna e la banda base digitale.
La nuova radio 5G (5G NR) aggiunge frequenze di onde millimetriche ai dispositivi e alle reti cellulari. Insieme a questo viene fornita una catena di segnale RF-banda base e componenti che non sono necessari per frequenze inferiori a 6 GHz. Mentre le frequenze delle onde millimetriche tecnicamente coprono l’intervallo da 30 a 300 GHz, per scopi 5G vanno da 24 a 90 GHz, ma in genere raggiungono il picco intorno a 53 GHz. Inizialmente si prevedeva che le applicazioni a onde millimetriche fornissero velocità dati più elevate sugli smartphone nelle città, ma da allora si sono spostate verso casi d’uso ad alta densità come gli stadi. Viene utilizzato anche per servizi Internet di accesso wireless fisso (FWA) e reti private.
Principali vantaggi di 5G mmWave L'elevato throughput di 5G mmWave consente trasferimenti di dati di grandi dimensioni (10 Gbps) con larghezza di banda del canale fino a 2 GHz (nessuna aggregazione di portanti). Questa funzionalità è più adatta per le reti con grandi esigenze di trasferimento dati. 5G NR consente inoltre una bassa latenza grazie a velocità di trasferimento dati più elevate tra la rete di accesso radio 5G e il core della rete. Le reti LTE hanno una latenza di 100 millisecondi, mentre le reti 5G hanno una latenza di appena 1 millisecondo.
Cosa c'è nella catena del segnale mmWave? L'interfaccia a radiofrequenza (RFFE) è generalmente definita come tutto ciò che si trova tra l'antenna e il sistema digitale in banda base. RFFE viene spesso definita la parte da analogico a digitale di un ricevitore o trasmettitore. La Figura 1 mostra un'architettura chiamata conversione diretta (zero IF), in cui il convertitore dati opera direttamente sul segnale RF.
Figura 1. Questa architettura della catena del segnale di ingresso 5G mmWave utilizza il campionamento RF diretto; Nessun inverter richiesto (Immagine: breve descrizione).
La catena del segnale a onde millimetriche è costituita da un ADC RF, un DAC RF, un filtro passa basso, un amplificatore di potenza (PA), convertitori digitali down e up, un filtro RF, un amplificatore a basso rumore (LNA) e un generatore di clock digitale ( CLK). Un oscillatore controllato in tensione/anello ad aggancio di fase (PLL/VCO) fornisce l'oscillatore locale (LO) per i convertitori su e giù. Gli interruttori (mostrati nella Figura 2) collegano l'antenna al circuito di ricezione o trasmissione del segnale. Non mostrato è un IC beamforming (BFIC), noto anche come cristallo a schiera di fase o beamformer. Il BFIC riceve il segnale dall'upconverter e lo divide in più canali. Dispone inoltre di controlli di fase e guadagno indipendenti su ciascun canale per il controllo del raggio.
Quando si opera in modalità di ricezione, ciascun canale avrà anche controlli di fase e guadagno indipendenti. Quando il downconverter è acceso, riceve il segnale e lo trasmette attraverso l'ADC. Sul pannello frontale è presente un amplificatore di potenza integrato, LNA ed infine un interruttore. RFFE abilita PA o LNA a seconda che sia in modalità di trasmissione o in modalità di ricezione.
Ricetrasmettitore La Figura 2 mostra un esempio di un ricetrasmettitore RF che utilizza una classe IF tra la banda base e la banda delle onde millimetriche 24,25-29,5 GHz. Questa architettura utilizza 3,5 GHz come IF fisso.
L’implementazione dell’infrastruttura wireless 5G porterà grandi vantaggi ai fornitori di servizi e ai consumatori. I principali mercati serviti sono quelli dei moduli a banda larga cellulare e dei moduli di comunicazione 5G per abilitare l’Industrial Internet of Things (IIOT). Questo articolo si concentra sull'aspetto delle onde millimetriche del 5G. Nei prossimi articoli continueremo a discutere questo argomento e ci concentreremo più in dettaglio sui vari elementi della catena del segnale 5G mmWave.
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