5G成長軌跡––充滿機會與靈活性

作者 : Matt McWhinney, Molex

採用高速、低延遲的5G基礎設施涉及許多層面:首先需要擴建基礎設施,其中包括增加眾多基地台以及5G網路的虛擬化...

根據業務績效創新網路在2020年3月的一份研究報告,幾乎四分之三的行動服務供應商都已開始推出5G網路,或是計畫在2021年第三季之前進行。而且,日常裝置的設計也考慮了5G相容性,著眼於廣泛的部署和採用。

但這只是冰山的一角。正如本系列的blog #1所討論,5G推廣將會改變及促進從醫療保健到工業和汽車製造等類別對於新興技術的採用。5G技術也將為關鍵的通訊基礎設施網路注入強大的新增強功能,由於COVID-19迫使很多企業轉向遠端工作環境,5G網路應用已經達到頂峰。

採用高速、低延遲的5G基礎設施涉及許多層面:首先需要擴建基礎設施,其中包括增加眾多基地台以及5G網路的虛擬化。這包括增加很多微型網站以及在建築物內和周圍擴展超高頻5G網路等其他手段。

天線、功率傳輸和其它連接器元件的最佳化,正促使廣泛快速地採用5G技術以及改變製造商處理設計過程的方式。

 更高頻率,更多基地台

最高水準的5G頻寬和速度性能一般由30GHz以上的毫米波(mmWave)頻率實現,這對於消費行動裝置網路是全新的現實。儘管這些高頻率可能為射頻(RF)輸送量提供同樣或更多的頻寬,但是它們的傳播距離不如較低、較慢的頻率,而且不能穿透植被和建築物。為了規避這些RF覆蓋面和穿透問題,電信公司部署了更多基地台,尤其是在人口稠密的都會區。

因此,無線電信公司正在全國各地安裝估計250,000個額外的小型基地台,以因應毫米波頻率的廣泛使用。雖然基地台配置的種類繁多,從數十個鄰近的裝置到數百個連接不等,但是大部分基地台都很緊湊並且獨立運作。這些低功率節點由無線電裝置和天線所組成,大約一個背包大小。

5G速度提供動力

除了5G預期的資料和速度提升外,小型基地台的設計甚至使用比現有4G基礎設施消耗還低的功率。5G基地台應可降低較低頻連接中常見的不間斷訊號傳輸,使5G基地台能夠切換到「休眠模式」,與現有的空閒系統相比,能耗可以降低將近10倍。

同樣,利用多輸入、多輸(MIMO)架構可讓5G電信公司將來自基地台的訊號精確指向預定的接收器,使接收器得到最佳訊號(而不是在各個方向進行高功率傳輸)。這樣能夠減少各個接收器的傳輸能量,基地台能以相同的頻率向不同方向的其他接收器傳輸訊號,取得空前的靈活性。

 設計5G相容的裝置

網路基礎設施的演進只是實現5G部署的步骤之一。裝置製造商必須界定最佳的RF裝置設計方案,無論網路結構如何,現在就做好駕馭5G效益的準備。至於基地台,這些設計方案必須實施一個截然不同且更複雜的方法。

裝置製造商必須決定他們希望每個裝置使用哪部分的5G網路。現有的RF電子裝置和天線足以滿足簡單的低頻寬裝置,例如很多物聯網(IoT)產品。然而,利用現有的較低頻(低於6GHz)或最佳化的RF電子裝置用於毫米波(>30GHz)和額外的毫米波天線,可最能支持高性能的智慧型手機和5G接取路由器。

5G天線安裝在印刷電路板(PCB)上或附近的RF性能品質,取決於天線整合到產品的方式。裝置製造商應該求助RF工程師定義和落實最佳的RF設計規範,進而為各個裝置調諧天線,增強無線性能。

毫米波5G的設計不僅需要著重天線,還要注意天線的饋送/追蹤和連接。這些連接器需要在10GHz以上的速度接受評估。如要獲得各裝置上5G電子裝置的訊號,需要關注各個高頻5G裝置的端到端訊號完整性。這種關注將會定義這些裝置的性能以及如何利用超高速5G訊號。

對傳輸和接收5G頻率的元件進行深思熟慮的設計,是順暢推出下一代網路的關鍵。更多擴建5G基礎設施所需的技術,可參考Molex最新發佈的5G白皮書或相關5G解決方案

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