根据商业绩效创新网络(Business Performance Innovation Network)2020年3月的一项研究,近四分之三的移动服务提供商已经开始推出5G网络,或计划到2021年第3季度推出。而且,日常联网设备的设计是兼容5G的,并着眼于广泛的部署和采用。但这只是冰山一角。正如本系列博客#1中所讨论的,5G的推出将改变和促进从医疗保健到工业和汽车等领域中新兴技术的采用。另外它将推动业界极大增强关键通信基础设施网络的功能,这项工作已变得至关重要,因为新冠疫情已迫使许多企业转向远程工作环境。

 

 

采用高速、低延迟的5G基础设施涉及到诸多方面的工作:需要构建基础设施,包括增加许多蜂窝基站塔,以及5G网络的虚拟化。这需要增加许多微型网站并采取其它手段来扩展建筑物内和周围的超高频5G网络。

 

天线、功率传输和其它连接器元器件的优化,将推动5G技术的广泛快速采用,并改变制造商对待设计流程的方式。

 

频率更高,蜂窝更多
通常,只有凭借超过30GHz的毫米波(mmWave)频率,才能实现5G的最大带宽和最高速度性能,这对于消费类移动设备网络是新生事物。虽然它们有可能为射频吞吐量提供相应的或更大的带宽,但这些高频信号不会传播到很远处,也不会像较低频率那样有效地穿透植被和建筑物。为了规避这些射频覆盖和穿透问题,运营商部署了更多的蜂窝站点,尤其是在人口稠密的城市地区。

 

因此,无线运营商正在全国安装大约25万个额外的小型蜂窝站点,以适应毫米波频率广泛使用的局面。虽然有多种类型的蜂窝结构可以处理从附近的十几部设备到数百个连接的各种情况,但大多数蜂窝都是小型的且离散的。这些低功耗节点大约相当于一个背包的大小,由射频设备和天线组成。

 

为5G供电

 

 

除了5G数据和速度预计会增加,小型蜂窝站点的功耗在设计上也比目前的4G基础设施还要低。5G蜂窝站点有望减少低频连接中常见的全天候信号传输。这将使5G电池能够切换到"睡眠模式",与当前的空闲系统相比,能耗可能会降低10倍。

 

同样,使用多输入多输出(MIMO)架构为接收器产生最佳信号。该架构允许5G运营商精确地将信号从蜂窝站点指向目标接收器(而不是在所有方向上的高功率传输)。因此,为每个接收器传输的能量较少,并且蜂窝站点可以以相同的频率传输信号到其它接收器,从而具有前所未有的灵活性。

 

设计兼容5G的设备
网络基础设施的演变只是5G部署的一个方面。无论网络结构如何,设备制造商现在都必须做好准备,通过定义最佳的射频设备设计来充分利用5G的优点。与蜂窝站点一样,这些设计必须采用一种完全不同的、更复杂的方法。

 

设备制造商必须决定他们希望每个设备使用5G网络的哪些部分。现有的射频电子设备和天线将足以用作简单、低带宽的设备,如许多物联网产品。但是,使用现有的低频(低于6GHz)或针对毫米波(+30GHz)的优化射频电子设备以及额外的毫米波天线,将最能支持高性能智能手机和5G接入路由器。

 

如果将5G天线安装在印刷电路板上或靠近印刷电路板,那么其射频性能质量取决于天线与产品之间的整合程度。设备制造商应求助于射频工程师,以定义和进行最佳的射频设计,以便通过对每个设备进行最佳调整来提高射频性能。

 

针对毫米波5G进行设计时,不仅需要注意天线,还需要注意天线的馈线/印刷电路和连接器。这些连接器的速率应高于10GHz。要从每个设备上的5G电子器件处获取信号,需要非常注意每个高频5G设备上端到端信号的完整性。这种对信号完整性的关注,将决定这些设备的性能和利用超高速5G信号能力。

 

对发送和接收5G频率的元器件进行深思熟虑的设计,对于下一代网络的顺畅推出至关重要。要了解更多有关构建5G基础设施所需的技术,请阅读Molex莫仕最新版5G白皮书。你还可以在我们的5G行业页面上找到Molex莫仕的5G解决方案。

作者:Matt McWhinney, Molex