5G 장치의 설계 및 개발:5G 성능 범위

엔지니어는 5G 애플리케이션에 적합한 성능 범위를 어떻게 선택할 수 있습니까?

5G(5세대) 통신 및 연결 프로토콜의 약속이 현실이 되고 있습니다. 5G 네트워크는 현재 더 빠른 데이터 속도, 더 짧은 지연 시간, 증가된 대역폭을 제공하는 배포되고 있습니다.

더 진행하기 전에 5G는 여러 성능 수준으로 구성되어 있다는 점에 유의해야 합니다. 5G 네트워크는 다음으로 구성됩니다.

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저대역 범위(600MHz ~ 3GHz)

중대역 범위(3GHz ~ 6GHz)

밀리미터파 범위(>10Ghz) 또는 mmWave

신규 및 기존 5G 배치는 주로 저대역 및 중대역 주파수 범위를 사용합니다. 이러한 낮은 5G 주파수는 현재 배포된 4G LTE 플랫폼보다 더 빠른 다운로드 및 업로드 속도, 더 빠른 연결, 더 큰 "트래픽" 용량을 제공합니다.

또한 이러한 5G 저주파 플랫폼은 훨씬 더 높은 5G mmWave 대역보다 배포하기 쉽고 전송 신호가 더 멀리 이동할 수 있으며 장애물과 악천후에서 더 탄력적입니다.

그러나 이러한 더 높은 5G "mmWave" 주파수가 널리 배포되면 성능의 "성배"가 존재할 것입니다. 이 mmWave 플랫폼은 4G LTE보다 5배에서 10배 빠른 데이터 전송 속도를 제공하며 가장 중요한 것은 4G LTE보다 10배에서 20배 낮은 지연 속도를 제공합니다.

연결에 대한 모든 대화의 핵심 구성 요소는 대기 시간입니다. 대기 시간(또는 지연)은 네트워크가 작업이나 입력에 반응하는 속도를 나타냅니다. 대기 시간은 진정한 자율 주행, 원격 의료 절차, 초고속 게임, 오늘날에는 불가능한 수많은 애플리케이션을 포함하여 5G 네트워크용 여러 애플리케이션의 출현에 대한 판도를 바꾸는 역할을 합니다.

따라서 "판도를 바꾸는" 기술이 있다면 지금 사용하지 않겠습니까?

짧은 대답은 배포입니다. 5G mmWave 주파수 배치와 관련하여 몇 가지 제약이 있습니다. 이 초고주파 신호는 5G 저대역으로 거리의 20%만 이동합니다. 이 신호는 낮은 주파수 대역만큼 쉽게 벽, 유리 및 악천후를 통과하지 않습니다. 그리고 현재의 전송 인프라는 광범위한 배포를 가능하게 하기 위해 대대적인 점검이 필요합니다.

제품 정의 및 개발 관점에서 이러한 다양한 5G 성능 수준을 신중하게 고려해야 합니다. 잘못된 성능 수준을 선택하면 제품 설계 비용이 너무 많이 들거나 반대로 대상 애플리케이션을 충족하는 데 필요한 성능을 제공하지 못할 수 있습니다.

5G가 지배적인 애플리케이션

State of 5G라는 제목의 Molex의 최근 보고서는 R&D, 엔지니어링 및 제품 이해 관계자에게 제공된 설문 조사 결과를 공개했습니다. 이 설문조사에는 5G 기술을 활용하여 상당한 신규 비즈니스 수익을 창출할 것으로 예상하는 시장에 대한 질문이 포함되었습니다. 응답자에게 소비자 기기 카테고리 목록이 제시되었고 두 가지를 선택하도록 요청받았습니다. 결과는 다음과 같습니다.

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소비자 기기 (43%) , 게임, 스마트 홈, 소비자 웨어러블 및 홈 보안을 포함한

산업 및 IIoT 애플리케이션 (35%) , 자동화, 로봇 공학, 공정 제어, 스마트 그리드, 물류와 같은

고정 무선 액세스 (33%) , 5G 지원 홈 액세스 등

자동차 애플리케이션 (29%) 텔레매틱스, 승객 무선 액세스, 자율 제어 포함

기업 사설 네트워크(25%)

의료 기기(19%) , 의료용 웨어러블 및 연결된 임플란트는 물론 원격 수술, 환자 모니터링, 원격 물리 치료 등

5G가 발전함에 따라 수많은 성장 기회도 함께 발전합니다.

기기 수준에서 5G를 구현하기 위한 중요한 요소

하나의 5G 지원 시스템을 설계하고 테스트할 때 선택할 수 있는 많은 사용 사례가 있습니다. 세 가지 특정 영역에 집중하겠습니다.

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고급 모바일 광대역(EMBB)

매우 안정적이고 짧은 지연 시간(URLL)

대규모 기계 유형 통신(mMTC)

애플리케이션의 복잡성을 가중시키면서 이러한 각 사용 사례에는 다양한 설계 및 테스트 문제가 포함됩니다. 먼저 RF 안테나 요구 사항에 초점을 맞춰 시작하겠습니다.

5G 안테나용 테스트 챔버의 예(왼쪽)와 5G 안테나 어레이의 빔 패턴 분석 표현(오른쪽). Molex의 이미지

RF 안테나 설계는 작동할 5G 주파수 대역의 선택과 관련된 중요한 중요성을 보여줍니다. 이러한 주파수 선택에 따라 5G는 4G보다 mMIMO(Massive MIMO) 빔포밍을 위해 훨씬 더 많은 안테나를 필요로 합니다. 이것은 또한 5G 안테나 어레이가 올바르게 설계되고 배포되어야 함을 의미합니다. 배포는 여러 패키징 및 배치 결정으로 이어집니다.

장치 수준에서 빔포밍 및 빔 조정을 효과적으로 구현하는 것도 중요합니다. 5G 네트워크는 형태 지향 신호가 송신기와 수신기 간에 전달되는 빔포밍을 사용하여 신호 전송을 극대화합니다.

5G 시장에서 경쟁력을 유지하기 위해 중요한 것은 아날로그를 디지털로 효율적으로 변환하고 5G에서 발견되는 고주파수에 가장 적합한 커넥터 및 상호 연결 방식을 결정하기 위한 모듈입니다.

고급 5G 기기 테스트

철저한 테스트는 성공적인 5G 장치 출시와 국제 표준(5G와 함께 발전할 가능성이 매우 높음) 준수에 매우 중요합니다. 이 프로세스에는 고급 시뮬레이션과 물리적 테스트가 모두 포함됩니다. 1/10 mm의 크기 변화가 장치의 성능에 상당한 영향을 미칠 수 있다는 점을 고려하면 훨씬 더 철저한 연구가 포함될 수 있습니다.

엔지니어가 테스트 챔버를 조정합니다. Molex의 이미지

5G를 활용하도록 설계된 장치는 방사 방출, 빔포밍 기능 및 고이득 안테나와 관련된 테스트가 필요합니다. 또한 테스트 시설은 5G와 관련된 광범위한 주파수 평가를 지원하기 위해 초고정밀 포지셔너로 준비되어야 합니다.

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안테나 설계, 빔포밍 및 배포와 관련된 중요한 설계 문제가 있음이 분명합니다. 설계가 철저히 분석되면 국제 표준을 엄격히 준수하거나 초과하는지 확인하는 물리적 테스트가 중요해집니다. 이 테스트에는 고급 테스트 시설이 필요할 수 있습니다.

몰렉스는 5G 지원 장치를 개념에서 출시하는 데 필요한 구성 요소와 솔루션을 보유하고 있습니다. mmWave 테스트 기술의 초기 투자자인 Molex는 5G 테스트 및 설계 기능에서 오랫동안 선두주자였습니다. Molex 공인 유통업체인 Sager Electronics는 5G 지원 설계를 향상시키기 위해 광범위한 Molex 연결 포트폴리오를 제공합니다.

Sager Electronics는 또한 완전한 5G 시스템 기능을 가능하게 하는 추가적인 전기기계, 전력 및 열 제품과 기술의 소스입니다.

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