Was ist die 5G NR Wave-Signalkette?

Millimeterwellensignale bieten eine größere Bandbreite und höhere Datenraten als Niederfrequenzsignale. Sehen Sie sich die gesamte Signalkette zwischen der Antenne und dem digitalen Basisband an.
Der neue 5G-Funk (5G NR) erweitert Mobilfunkgeräte und Netzwerke um Millimeterwellenfrequenzen. Dazu kommen eine HF-zu-Basisband-Signalkette und Komponenten, die für Frequenzen unter 6 GHz nicht erforderlich sind. Während Millimeterwellenfrequenzen technisch gesehen den Bereich von 30 bis 300 GHz abdecken, reichen sie für 5G-Zwecke von 24 bis 90 GHz, ihren Höhepunkt erreichen sie jedoch typischerweise bei etwa 53 GHz. Ursprünglich wurde erwartet, dass Millimeterwellenanwendungen schnellere Datengeschwindigkeiten auf Smartphones in Städten ermöglichen würden, inzwischen sind sie jedoch auf Anwendungsfälle mit hoher Dichte wie Stadien übergegangen. Es wird auch für FWA-Internetdienste (Fixed Wireless Access) und private Netzwerke verwendet.
Hauptvorteile von 5G mmWave Der hohe Durchsatz von 5G mmWave ermöglicht große Datenübertragungen (10 Gbit/s) mit einer Kanalbandbreite von bis zu 2 GHz (keine Trägeraggregation). Diese Funktion eignet sich am besten für Netzwerke mit großen Datenübertragungsanforderungen. 5G NR ermöglicht außerdem eine geringe Latenz aufgrund höherer Datenübertragungsraten zwischen dem 5G-Funkzugangsnetz und dem Netzwerkkern. LTE-Netze haben eine Latenzzeit von 100 Millisekunden, während 5G-Netze eine Latenzzeit von nur 1 Millisekunde haben.
Was ist in der mmWave-Signalkette enthalten? Die Hochfrequenzschnittstelle (RFFE) wird im Allgemeinen als alles zwischen der Antenne und dem digitalen Basisbandsystem definiert. RFFE wird oft als der Analog-Digital-Teil eines Empfängers oder Senders bezeichnet. Abbildung 1 zeigt eine Architektur namens Direktkonvertierung (Zero IF), bei der der Datenkonverter direkt mit dem HF-Signal arbeitet.
Abbildung 1. Diese 5G-mmWave-Eingangssignalkettenarchitektur verwendet direkte HF-Abtastung; Kein Wechselrichter erforderlich (Bild: Kurzbeschreibung).
Die Millimeterwellen-Signalkette besteht aus einem HF-ADC, einem HF-DAC, einem Tiefpassfilter, einem Leistungsverstärker (PA), digitalen Abwärts- und Aufwärtswandlern, einem HF-Filter, einem rauscharmen Verstärker (LNA) und einem digitalen Taktgenerator ( CLK). Ein Phasenregelkreis/spannungsgesteuerter Oszillator (PLL/VCO) stellt den lokalen Oszillator (LO) für die Auf- und Abwärtswandler bereit. Schalter (in Abbildung 2 dargestellt) verbinden die Antenne mit dem Signalempfangs- oder Sendekreis. Nicht gezeigt ist ein Strahlformungs-IC (BFIC), auch bekannt als Phased-Array-Kristall oder Strahlformer. Der BFIC empfängt das Signal vom Aufwärtskonverter und teilt es in mehrere Kanäle auf. Es verfügt außerdem über unabhängige Phasen- und Verstärkungsregler für jeden Kanal zur Strahlsteuerung.
Im Empfangsmodus verfügt jeder Kanal außerdem über unabhängige Phasen- und Verstärkungsregler. Wenn der Abwärtskonverter eingeschaltet ist, empfängt er das Signal und überträgt es über den ADC. Auf der Frontplatte befinden sich ein eingebauter Leistungsverstärker, LNA und schließlich ein Schalter. RFFE ermöglicht PA oder LNA, je nachdem, ob es sich im Sendemodus oder Empfangsmodus befindet.
Transceiver Abbildung 2 zeigt ein Beispiel eines HF-Transceivers, der eine ZF-Klasse zwischen Basisband und dem 24,25-29,5-GHz-Millimeterwellenband verwendet. Diese Architektur verwendet 3,5 GHz als feste ZF.
Der Einsatz der drahtlosen 5G-Infrastruktur wird Dienstanbietern und Verbrauchern große Vorteile bringen. Die wichtigsten bedienten Märkte sind Mobilfunk-Breitbandmodule und 5G-Kommunikationsmodule zur Ermöglichung des industriellen Internets der Dinge (IIOT). Dieser Artikel konzentriert sich auf den Millimeterwellenaspekt von 5G. In zukünftigen Artikeln werden wir dieses Thema weiter diskutieren und uns detaillierter auf die verschiedenen Elemente der 5G-mmWave-Signalkette konzentrieren.
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