شش دلیل برای حرکت به سمت ارتباط کامل مودم به آنتن در عصر 5G

آنچه در 5G مهم می شود، تجمیع راهکارهاست

سرعت چندین گیگابیت بر ثانیه در 5G، قابل اعتماد بودن، امنیت و تاخیر بسیار اندک، مزایای عرضه‌ی 5G به مصرف‌کنندگان، کسب‌و‌کارها و دولت‌ها در سراسر دنیا است. در حقیقت بر اساس پیش‌بینی مؤسسه IHS Markit، تا سال 2035 چرخه‌ی 5G، 8/22 میلیون شغل را پشتیبانی کرده و 8/3 تریلیون دلار ارزش اقتصادی خواهد داشت .

با افزایش تقاضا برای دریافت سرویس‌های 5G، یک‌میلیارد اتصال 5G در جهان را تا سال 2023 به‌همراه خواهد داشت (شرکت کوالکام^[2] عرضه‌ی بیش از 750 میلیون تلفن هوشمند 5G تا سال 2022 را پیش‌بینی می‌کند). گوشی‌های جدید هوشمند نه‌تنها نیازمند پشتیبانی از تکنولوژی‌های 2G/3G/4G هستند، بلکه لازم است میزبان فرکانس‌های جدید فناوری 5G نیز باشند. دارا بودن چنین ظرفیتی، به پوشش‌دهی وسیع‌تر، تأمین سرعت چندین گیگابیت برثانیه و اتصال سریع دستگاه‌های موبایل به اینترنت می‌انجامد.

تکنولوژی 5G بسیاری از صنایع را برای کارآمدی بیشتر و رقابت‌پذیر بودن توانمند می‌سازد. این درحالیست که 5G نسبت به نسل پیش از آن بسیار پیچیده‌تر است. سازندگان گوشی‌های هوشمند و ادوات بی‌سیم که خدمات 5G ارائه می‌دهند، بطور طولانی مدت نمی‌توانند صرفاً مبتنی ‌بر قطعات، انتظارات مشتریان را برآورده سازند. برای بهره‌مندی از مزایای کامل 5G، سازندگان بایستی راه حل «ارتباط کامل مودم با آنتن» را در پیش گیرند [2]. امروزه ادوات 5G شامل آنتن‌هایی برای باند پایین، باند میانی و نیز موج میلی‌متری برای باند بالای ارتباط سلولی هستند (شکل 1).

شکل 1: نمایش عملکرد آنتن 5Gا[3]

فناوری ارسال هوشمند که توسط شرکت کوالکام ارائه شده (شکل 2)، از مزایای سیستم ارتباط مودم با آنتن، جهت بهینه‌سازی سرعت فراسو^[3] با احتساب محدودیت‌های ارسال RF بهره‌مند می‌گیرد. این فناوری، توان ارسالی بیشتر، پوشش‌دهی وسیع‌تر و افزایش سرعت فراسو را به‌همراه دارد.

شکل 2: سیستم X55 5G Modem-RFا[4]

جهش بزرگ در مسیر راه‌حل‌های 5G

شرکت کوالکام در تاریخ نهم فوریه 2021، از محصول جدید خود تحت عنوان Snapdragon X65 5G Modem-RF System رونمایی کرد (شکل 3). این محصول نسخه‌ی چهارم از «ارتباط کامل مودم با آنتن» است و بزرگ‌ترین جهش شرکت در مسیر راه‌حل‌های 5G از زمان تجاری‌سازی اولین سیستمRF -مودم است. این محصول برای پشتیبانی از بالاترین سرعت موردنظر برای 5G طراحی شده است. به‌علاوه، شرکت کوالکام برای Snapdragon X65 از سیستم RF-مودم 5G به نام Snapdragon X65  که راه‌حلی برای ارتباط مودم با آنتن می‌باشد نیز رونمایی کرده است [2].

شکل 3: سیستم RF-مودم 5G شرکت کوالکام به نام Snapdragon X65ا[2]

شرکت کوالکام با استفاده از سیستم RF-مودم 5G به نامX65  درحال دست‌یابی به یک نقطه‌ی عطف بسیار مهم است. افزایش سرعت اتصال تا 10Gbps و پشتیبانی از آخرین مشخصه‌های 5G که نقش اساسی در ارائه سرویس‌های جدید ایفا می‌کنند، نه‌تنها به ایجاد تجربه جدیدی از بکارگیری تلفن‌های جدید هوشمند می‌انجامند، بلکه عرصه‌های نوینی برای بهره‌برداری از امکانات 5G در صنعت موبایل، کامپیوتر، اینترنت اشیا، دسترسی ثابت بی‌سیم و غیره ایجاد می‌نمایند.

نوآوری‌های کلیدی در سیستم RF-مودم 5G به نام Snapdragon X65 عبارت‌اند از:

• معماری قابل ارتقا، توسعه‌پذیری، شخصی‌سازی اجزای 5G، فعال‌سازی مشخصه‌های جدید؛
• اولین فناوری تنظیم آنتن در جهان مبتنی بر هوش مصنوعی؛
• مصرف توان کمتر با بهره‌وری بالاتر؛
• جامع‌ترین حالت تجمیع طیف در میان تمام باندهای 5G شامل امواج میلی‌متری و طیف زیر 6 گیگاهرتز و استفاده از FDD و TDD؛
• فناوری Qualcomm 5G power save 2.0 برای کاهش مصرف توان مبتنی بر استانداردهای نسخه 16 از 3GPP؛
• فناوری خاص کوالکام به نام Qualcomm Smart TransmitTM 2.0 برای افزایش سرعت آپلود دیتا و بهبود پوشش در باندهای موج میلیمتری و زیر 6 گیگاهرتز درعین تأمین الزامات تشعشع RF.

شکل 4: برگرفته از مطالعه اقتصاد 5G، از سوی مؤسسه HIS Markit به سفارش کوالکام [1]

سونامی پیچیدگی

وعده‌ی تحویل 5G در سطح جهانی، تنها با کاهش پیچیدگی RFFE^[4] در ادوات 5G قابل تحقق است. در مراحل اولیه‌ی 4G، تنها 16 ترکیب از تجمیع حامل ها وجود داشت. در مقابل، ما انتظار بیش از 10000 ترکیب مختلف از باندها در فناوری 5G تنها در چندسال آتی داریم. وجود چنین پیچیدگی، تاثیر مستقیمی بر روی طراحی، مونتاژ و تأییدیه گوشی‌های هوشمند 5G دارد. گوشی‌های جدید 5G بایستی از گستره وسیعی از باندهای فرکانسی و فناوری‌های RF از جمله MIMO^[5] (4×4 DL^[6], 2×2 UL^[7])؛ DSS^[8]؛ EN-DC^[9]؛ مسیردهی پرتو؛ تجمیع حامل و موج میلیمتری پشتیبانی نمایند.

به‌علاوه، RFFE، مجموعه پیچیده‌ای از باندهای فرکانسی موجود و باندهای جدید، باندهای فرکانسی بدون مجوز^[10]، فناوری‌های جهت‌یابی و اتصال‌های برد کوتاه نظیر Wi-Fi6 و بلوتوث است. چنین گستره‌ی وسیعی از فناوری‌های RF و باندهای فرکانسی، نیازمند تعداد زیادی فیلتر/ تقویت‌کننده توان/ تقویت‌کننده کم نویز جدید در معماری RFFE بر روی گوشی‌های هوشمند هستند. بطوری‌که این گوشی‌های هوشمند 5G بتوانند تمامی این فرکانس‌ها را به‌صورت هم‌زمان و دقیق و بدون تداخل، تنظیم کرده و در عین حال، کمترین توان مصرفی را لازم داشته باشند.

شکل 5: بررسی قطعات و پیچیدگی در سیستم Modem-RFا[1]

یکی از چالش‌های این حوزه، نیاز به وجود آرایه‌‌های متنوعی از آنتن‌هاست که برای تنظیم دقیق باندها و فناوری‌های جدید لازم هستند. امروزه، بطور معمول 8 تا 10 آنتن وجود دارند (انتظار می‌رود در گوشی‌های پیشرفته 5G، تعداد 10 آنتن وجود داشته باشد)، درحالیکه گوشی‌های اولیه 4G/5G، شش آنتن را پشتیبانی می‌کردند. نهایتاً، تمامی این اجزاء بایستی بصورت فشرده در محصولات 5G که هر روز در حال کوچک‌تر شدن هستند، قرار گیرند و در یک مقیاس جهانی تحت تست و ارزیابی باشند. در نتیجه، گوشی شما بطور یکنواخت هرجای دنیا که باشید کار می‌کند.

چرا به سمت راه‌حل ارتباط کامل مودم با آنتن حرکت کنیم؟

شش دلیل برای این که سازندگان و فروشندگان ادوات بی‌سیم باید به سمت ارتباط کامل مودم به آنتن حرکت کنند عبارتند از [1]:

1. ارتباط کامل مودم به آنتن، با بهره‌گیری از مزایای طراحی توأم^[11] سخت‌افزار-نرم‌افزار، کارایی ادوات را به حداکثر می‌رساند. نتیجه‌ این کار، رضایتمندی بیشتر کاربر (به‌لحاظ سرعت داده، پوشش‌دهی، پاسخگویی، تماس ازدست‌رفته کمتر، دستگاه‌های ظریف‌تر) ضمن مصرف توان کمتر است.
2. با تکیه بر راه حل ارتباط مودم به آنتن، سازندگان و تامین‌کنندگان تجهیزات ارتباطات بی‌سیم، زمان کمتری را بر روی ساخت و تست سخت‌افزاری می‌گذارند و تمرکز آن‌ها بیشتر برروی طراحی صنعتی و تولید محصولات بهتر است.
3. تجمیع سریع‌تر فناوری های جدید 5G و موارد کاربرد آن اتفاق می‌افتد.
4. وجود یک راه حل جامع، نیاز به فعالیت‌های تحقیق و توسعه‌ی سازندگان را کمتر نموده و هزینه‌ی توسعه‌، طراحی، مونتاژ و تولید دستگاه‌های 5G را می‌کاهد.
5. زمان لازم جهت تست ادوات و صدور تأییدیه برای اپراتورها در سراسر دنیا کاهش می‌یابد.
6. فرآیند تدارکات modem-RF کاهش پیدا می‌کند.

مهندسان و طراحان در سراسر دنیا به سرعت در تلاش‌اند تا ارتباط کامل مودم به آنتن را محقق کنند. شرکت‌هایی نظیر LG ،Motorola ،OnePlus ،OPPO ،Samsung،Sony،Vivo ،Xiaomi و بسیاری دیگر از شرکت‌ها در حال فعالیت در این حوزه هستند. با رشد 5G، سازندگان و فروشندگان ادوات بی‌سیم باید بهترین راه‌حل‌ها برای RFFE را بکار گیرند تا مشتریان بتوانند از مزایای 5G بهره‌مند شوند.

منابع

[1] www.electronicdesign.com/industrial-automation/article/21154426/qualcomm-6-reasons-to-move-to-a-complete-modemtoantenna-solution-in-the-era-of-5g

[2] https://www.qualcomm.com/news/releases/2021/02/09/qualcomm-announces-worlds-first-10-gigabit-5g-modem-rf-system

[3] https://www.engadget.com/2018-07-23-how-5g-makes-use-of-millimeter-waves.html

[4] https://www.rcrwireless.com/20190916/analyst-angle/integrated-modem-rf-system-5g-analyst-angle#prettyPhoto

[5] https://www.youtube.com/watch?v=KUh7NllpSZw

---

پی‌نوشت

[1] Original Equipment Manufacturers

[2] Qualcomm

[3] Uplink

[4] RF front-end

[5] Multiple Input Multiple Output

[6] Downlink

[7] Uplink

[8] Dynamic Spectrum sharing

[9] E-UTRAN New Radio – Dual Connectivity

[10] Unlicensed bands

[11] Co-design