Переход от 2G к 4G модернизация беспроводной связи в основном определялась новыми частотными диапазонами и более высокими скоростями передачи данных, что просто ускорило передачу сигнала.Однако этот отчет показывает фундаментальный сдвиг, начиная с 5G, особенно по мере того, как отрасль переходит от суб6 ГГц к миллиметровым волнам.

Радиочастотный интерфейс больше не представляет собой простую сигнальную цепочку, а представляет собой сложную систему, построенную на десятках диапазонов частот, многоантенных решетках и агрегации несущих.Что еще более важно, ни один полупроводниковый процесс не может удовлетворить всем требованиям.Переключатели, усилители мощности и малошумящие усилители используют разные технические пути.

Настоящая проблема современной беспроводной связи больше не заключается в том, как передавать сигналы. Он заключается в одновременной эксплуатации массивных радиочастотных модулей в жестких пределах мощности и размера. обеспечивая при этом изоляцию и защиту от помех во всей системе.

Это самый недооцененный технический барьер на пути от 5G к 6G.

Основная тема отчета

Эволюция беспроводной связи – это не просто улучшение частоты.Взрывная сложность современных радиочастотных интерфейсных систем вынуждает отрасль использовать гибридное полупроводниковое решение с возможностью совместной работы нескольких процессов.

Фундаментальный сдвиг: RFFE развивается от модулей к проектированию на системном уровне

Современный радиочастотный интерфейс использует многокристальную распределенную архитектуру. Разные функциональные устройства требуют совершенно разных производственных процессов. Радиочастотные переключатели, LNA и PA не могут быть интегрированы с помощью одной унифицированной технологии.

Заключение: Разработка RFFE перешла от однокристальной разработки к скоординированной мультитехнологической экосистеме.

Взрывная сложность: диапазоны частот, MIMO и агрегация несущих

• Эпоха 2G: всего 4 диапазона частот
• Эпоха 4G и 5G: более 25 рабочих диапазонов

В сочетании с 4×4 MIMO и 5-диапазонной агрегацией несущих конструкция беспроводной сети превратилась из модернизации одиночного канала в крупномасштабное параллельное расширение системы.

Основные противоречия в эпоху суб-6 ГГц

• Более высокая рабочая частота приводит к резкому увеличению вносимых потерь
• Сценарии с несколькими несущими требуют исключительной линейности
• Массивная конструкция с несколькими антеннами приводит к резкому увеличению энергопотребления и увеличению площади компоновки.

Проблемы ниже 6 ГГц сосредоточены на потерях сигнала, линейности и интеграции с высокой плотностью.

mmWave — это не обновление, а полная реструктуризация архитектуры

Миллиметровые волны FR2 (24–52 ГГц) полностью основаны на технологии фазированной решетки и формирования диаграммы направленности. из-за сильного затухания при распространении на высокой частоте.

Формула усиления массива дает явные преимущества:

• Усиление передачи: +20log(N)
• Усиление Rx: +10log(N)

Высокочастотная связь больше не зависит от всенаправленного излучения, но управление направленным лучом и вычислительная беспроводная передача.

Радиочастотная архитектура смартфонов полностью изменена

• Несколько независимых модулей антенной решетки сосуществуют в одном устройстве
• Системы с частотой менее 6 ГГц и миллиметровые волны работают одновременно

Решающими становятся два основных ограничения: энергопотребление и компактный форм-фактор устройства. Радиочастотный дизайн глубоко проник в общую архитектуру мобильной системы.

Индивидуальные процессы: разные устройства, разные оптимальные материалы

• Радиочастотный переключатель: RF SOI
• LNA: SiGe / RF SOI
• Усилитель мощности: GaAs/SiGe

Не существует универсального процесса, который мог бы охватить все сценарии РФ. Высокопроизводительная беспроводная связь требует совместной работы гетерогенных устройств.

Почему RF SOI становится базовой платформой

• Сверхнизкая паразитная емкость и сопротивление для низких потерь сигнала
• Высокая изоляция для подавления перекрестных помех
• Отличная выносливость при переключении мощных радиочастотных сигналов.

RF SOI доминирует в маршрутизации сигналов и уровнях соединений с высокой изоляцией.

Почему FDSOI (22FDX) незаменим

• Высокий Fmax для высокочастотной радиочастоты
• Низкий уровень шума и сверхнизкое энергопотребление
• Высокая возможность интеграции SoC

FDSOI решает проблемы системной интеграции, рассеивания тепла и энергоэффективности.

Почему SiGe остается незаменимым

• Более высокое напряжение пробоя
• Превосходная возможность усиления высокой мощности

SiGe продолжает оставаться основным решением для создания высокочастотного выходного сигнала.

Трилемма проектирования миллиметровых волн

Радиочастотные конструкции следующего поколения сталкиваются с постоянным компромиссом: более высокая частота, более высокая выходная мощность и более высокая интеграция, ограничен бюджетом мощности, рассеиванием тепла и ограниченным внутренним пространством.

По сравнению с традиционными КМОП-матрицами, FDSOI снижает общее энергопотребление примерно на 20%. обеспечение критической оптимизации для высокочастотных терминалов 6G.

Будущая техническая карта

• Глубокое сотрудничество платформ SOI и SiGe
• Высокоинтегрированная конструкция RF SoC
• Масштабное внедрение цифрового формирования луча

Радиочастотная инженерия развивается от чисто аналогового проектирования схем к системной дисциплине, управляемой компьютером.

Основная информация

1. Расширение диапазонов, масштаб MIMO и ммволны приводят к систематической сложности RFFE.
2. Беспроводное оборудование вступает в эпоху технологической дифференциации, когда сосуществуют SOI, SiGe и CMOS.
3. Архитектура отрасли переходит от единого радиоканала к фазированной решетке и многомодульной гибридной интеграции.

Резюме

Суть обновления беспроводной сети 5G и 6G заключается не просто в повышении частоты. Это выводит проектирование ВЧ-интерфейса за пределы схемных ограничений и позволяет перейти к комплексному системному проектированию. закладывая основу для высокоскоростной мобильной связи с высокой пропускной способностью нового поколения.