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5G加热基站

5G可以大规模商用之前,工程师必须解决一些顽固的问题 - 包括如何使热门技术变得更冷。

高通,三星,华为,联发科技,英特尔和苹果已在市场上推出具有5G功能的调制解调器芯片组,美国有5G服务(LTE-Advanced / LTE-Advanced Pro),但仍然大部分缺少5G等式基站功能强大,可以为单个范围内的每个用户设置和引导单独的RF连接,同时执行电磁几何的功能以维持该连接。

无线世界中的基站是连接到中央集线器的其他无线设备的设备。它是一个无线接收器和短程收发器,由天线和模数转换器(ADC)组成,用于转换RF信号5G基站将具有波束成形大规模多输入多输出(MIMO)天线 - 一组天线,可以将多个波束同时聚焦和引导到地面上的不同目标,例如有时这意味着将信号从物体上反射到达目标附近,而不是广泛地在一个区域上广播信号。

基站仍然不够强大,无法跟踪移动客户,并确保每个纳秒都连接。即使爱立信,三星,诺基亚5G 基站技术现在,该技术也存在差距。

它们也具有足够的可靠性,可以持续使用数年,但目前的技术运行得太热了。这对可靠性和信号完整性的影响尚不清楚,因为在那一点上这些天线对于在基站和其他移动设备(包括连接设备,包括连接设备,包括可连接的传感器)中形成,操纵和接收波束是必不可少的,人们非常确定如何在那里测试天线阵列。甚至是工业设备。

Advantest美国应用研究与技术部门业务开发副总裁Keith Schaub说:“当封装加热或冷却时,天线进入封装的部分天线会改变天线的工作状态。”它也适用于制造过程,需要严格控制。“,光束转向,它会造成功率损耗。

例如,当两家主要芯片公司开发出他们的第一个5 G芯片时,他们就达到了标准,但是那些标准的执行到了标准芯片站的手au au au au au au au au由于驾驶员的轻微不一致而彼此相互影响。

两阶段承诺 
今天正在推出的低于6 GHz的版本更像是4.5 G.信号考勤是适度的,这些设备的行为很像细胞这片光谱是如此敏感,以至于它可以被衣服,皮肤,窗户,有时甚至是雾气阻挡。今天的波浪开始是2021年或2022年的不合时宜的预测 - 一切都发生了显着变化。

由于需要更多的电池来保持设备连接,基站和手机将不断寻找保持连接的方式。任何拥有手机的人都知道,搜索信号会更快地耗尽电池。在紧密堆积有设备机架的基站中,热积聚会导致逻辑电路的所有问题变得活跃,并产生热量。 。

ETS-Lindgren技术开发总监Michael Foegelle说:“当你的频率范围不如蜂窝塔时,你必须为网络增加更多的密度以获得相同数量的连接。”既然你在外面并且不想冒险进行主动冷却,你可能会假设在外面,而且你已经在设计之外而且你在外面修复很多,这意味着很多环境冷却,“

需要功率放大器和转换器来从用于产生RF信号的模拟电路获取模拟信号。需要功率放大器和转换器来获取数字网络上的模拟信号。但是使用硅进行这些转换,因此产生热量可以节省电力,因为你不是在各个方向广播,这种技术增加了自己的问题。

阵列的副作用之一“首先,你需要足够的硬件来完成你必须做的数字到模拟转换的数量,而且成本仍然是证明,”Foegelle说。它们会变热,并且由于设备和转换的数量以及效率问题,你必须能够消散大量的热量。“用于它的电路不是非常有效。

目前还不清楚数字技术如何影响热效应,特别是如果将设计推向最先进的工艺几何形状。

美国国家仪器公司的首席营销人员大卫·霍尔说:“5G标准允许两者兼有。 模拟电路的效率较低,会在基站产生更多的热量。使用数字光束时,波形本身就会发生变化,特别是。所以你必须调整相位到波浪载波。“

霍尔指出,热量会加剧非线性效应。“如果加热,失真就不会那么重复。”

“从历史上看,我们一直在使用盒式仪器,”NI的市场开发经理Heath Noxon说,“现在你需要更多时间快速,快速地进行测试。“

“使用GaN或GaAS可以提高效率,与硅相比,效率可能达到60%或70%,更有效率的20%到30%,但这些都是。”更多/更昂贵,“Foegelle说。

问题是,是否有足够的体积用于氮化镓镓 (GaN)或砷化镓(GaAs),这样才能带来好处。这两种材料都在引擎盖下,并且有很多专业知识可供使用。 “工程师们花了20年的时间来优化砷化镓功率放大器的效率,”NI大厅表示。

“问题可能不像听起来那么大,”Foegelle说道,“毫米波的带宽很高,你不必花太多时间来沟通。它移动很快,可以最大限度地减少热量积聚,以及但是,在我们能够看到更多关于基站的工作之前,我们不会知道这一点。“

卷问题 
这是一种完全不同的无线技术,特别是涉及毫米波时。技术和服务提供商试图移动并进入的压力根据Frank Schirrmeister的说法, Cadence的产品管理行业组主任以及可用于在过程中尽早测试和验证任何单个方法的几种工具是有用的。

但是效果对于处理热量非常重要,热量会影响元件的使用寿命。热效应可以加速电迁移 ,影响性能,并产生可能影响质量的噪声。但是工程师们刚刚开始使用这些技术还有什么可能会突然出现。


图1:用于5G波束成形演示的R&S多端口网络分析仪ZNBT20,其中被测器件是ADI公司的评估板。来源:半导体工程

“如果工程师习惯于在这些早期的蜂窝应用中以较低的频率工作,然后他们过渡到更高频率的5G工作,所有的规则都更严格,所有的经验法则都出了门“我必须做更彻底的设计,”Rohde&Schwarz的应用工程师Mike Leffel说道,“这是一个更具挑战性的设计。组件在更高的频率下不能像以前那样在较低频率下工作,所以你一切都变得越来越小。波长越来越小。调整路径相位的能力更加困难,因为现在波长很小,因此波长的微小变化可能真的需要重新训练如何制作功能良好的产品。在较低频率处为10度而不是1度。“

但对于Leffel来说,为5G领域准备工程师是“客户面临的最大挑战之一。他们重新思考如何在更高的位置工作”现在我处于40 GHz,当我处于40 GHz时,当我处于40 GHz时,当我处于40 GHz时。当我进行校准时,它仍然无法正常工作。而且从Rohde&Schwarz进来的人说你必须使用扭矩扳手才能做到这一点这是一种价格更高,质量更好的40 GHz电缆。你不能再使用那种便宜的电缆。我之前不得不使用扭矩扳手。“是的,但你以前从未在40 GHz工作过。你必须每天校准而不是每周校准一次。你必须担心t的长度 帽线和插入损耗,因此在该板上有一个额外的迹线,因此您可以测量线中的损耗,然后从结果中减去它因此,所有这些事情并不重要,要知道你并不重要,因为你知道你并不重要。你怎么知道的?“

毫米波技术是新技术,毫米波中的许多网络问题已经在卫星通信或雷达之前得到解决。然而,卫星和WLAN之间的成本差异以及几十万个中继WLAN规模的接入点Cadence的Schirrmeister说,有利的方程式,没有太多的直接比较。

“毫米波我们正在谈论大约几厘米的波长,因此天线也非常小,每个用户使用两个 - 一个下行,一个下行,”Foegelle说。今年晚些时候还有另一个版本的标准出现,因此存在一些不确定性。试图走出概念他们的网络将看起来像这样,他们可以期待在现场看到的问题类型,但价格仍然高分布与产品,你将有密度更像WiFi接入比一座牢房塔点。“

Synopsys Verification Group的工程副总裁Sutheel Tadikonda指出,最好用5G等技术保持简单,即使在标准完成和验证之前构建和测试也非常复杂。您需要高带宽,延迟要求意味着您必须在PHY层中进行大量处理。我们过去常常将其发送到链中并完成你有转换到另一个。你仍然需要转换模拟无线电波。以数字方式做它可能更有效,但在5G你没有12或14调制解调器,但数百天线它比4G复杂得多,而且过渡比4G复杂得多。“

混合设计 
所有或几乎所有工作在6 GHz以下的RF基站都使用数字波束成形技术,因为它比模拟功率和热效率更高。根据麻省理工学院2018年加州大学圣地亚哥分校工程学教授兼高频通信和相控阵设计专家Gabriel M. Rebeiz的演讲 ,占据了太多的数字化空间。

根据重新定位,根据通信方法,使用模拟信号用于射频和数字用于网络的混合设计以及卫星通信和其他5G类似应用,通信方法中使用的最常见主题主要是在地面对高频带宽需求增长之前的那些问题上。

根据Mosta faitail肌肉公布的分析 ,混合模型的计算复杂程度也比数字计算复杂,但阵列更大,这使得数字波束成形更具吸引力,因为设备和天线的尺寸缩小了,加拿大安大略省。

人们正在谈论很多方法来混合和匹配频率,协议和设备,以其他方式提供5G的大量价值,特别是对于那些需要参与微秒延迟和10,000 Gbit / sec连接,网络连接,网络的人Cadence的杰出工程师Gilles Lamant说。

对于无线接口,甚至是G所覆盖的较小地理区域,这些都会少得多。人们正在谈论将RF放在光纤上,但是将模拟RF高速交叉到数字可能会导致严重的散热问题。你可以转换它。“这里的关键是能源效率,所以你可以将光纤从光纤中发出,而不必在第一次保存它时进行转换。”这是一个像科幻小说一样的想法,你会在一定距离之后为连接注入更多的能量,但如果权衡成本和需要考虑的是,而不是通过沉重的慢速同轴电缆发送数据。“

结论 
分析提供商或物联网网络所有者可以找到连接到5G接入点作为公司主张作为需要即时高速访问移动电话的公司使用双向流媒体的公司使用5G接入点背后的物理网络与物联网网络分批向云发送大块数据有很大不同。

Schirrmeister说:“如果你关心的是你发布Instagram图片的速度有多快,那么与你想要连接的平方公里有100,000台设备相比,这是一个不同的关注点,”Schirrmeister说。

热量只是另一个问题,虽然它是一个重要问题。但如何解决这个问题可能取决于许多其他因素,从基站的数字化程度到细胞密度在这一点上,5G有很多动力,但是有很多变量可以对这种无线技术的推出方式产生重大影响,它的工作效果如何,以及它持续多久。

· 2019-05-08 20:21  本新闻来源自:semiengineering,版权归原创方所有

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