發(fā)布者:凱思軟件發(fā)布日期:2024-12-05瀏覽量:
在過(guò)去的10年間,智能手機(jī)與智能設(shè)備已經(jīng)改變了我們的通信、娛樂(lè)和工作方式。每年智能設(shè)備的銷量超過(guò)10億部,依托龐大的全球供應(yīng)鏈,該市場(chǎng)現(xiàn)在已經(jīng)成為全球經(jīng)濟(jì)的主要支柱。
單一設(shè)備類別的巨大市場(chǎng)價(jià)值自然會(huì)帶來(lái)激烈競(jìng)爭(zhēng)與銳意創(chuàng)新,并且伴隨著極短的產(chǎn)品生命周期。因此,智能手機(jī)用戶往往會(huì)對(duì)每個(gè)新版本的軟硬件有非常高的期望。始終在線的高速連接是眾多現(xiàn)代功能的基石,當(dāng)期望變得如此之高,并且被最新一代5G蜂窩技術(shù)推得更高時(shí),任何連接問(wèn)題都會(huì)讓人懊惱,而且在某些情況下有可能帶來(lái)危險(xiǎn)。
由于引入了兩個(gè)主要頻率范圍——Sub-6 GHz以及24GHz以上的毫米波,5G技術(shù)顯著增加了智能手機(jī)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。毫米波頻段對(duì)蜂窩通信來(lái)說(shuō)是一個(gè)全新的頻段,傳統(tǒng)上是用于航空航天或汽車應(yīng)用中的雷達(dá)探測(cè)。
5G頻段
如圖所示,毫米波對(duì)蜂窩通信的主要優(yōu)勢(shì)是提供高帶寬與潛在數(shù)據(jù)速率,通常高于1Gbps。劣勢(shì)是不足500米的較短距離,而且信號(hào)容易受到固體物體的阻塞或反射,因此用于雷達(dá)應(yīng)用。短距離限制意味著毫米波頻段通常需要逐條街道進(jìn)行部署,而且有可能只用于城市中擁堵嚴(yán)重、人口密集的區(qū)域,如:市中心街道與體育場(chǎng)。短距離的優(yōu)勢(shì)是在相對(duì)較短距離內(nèi)實(shí)現(xiàn)頻率的重復(fù)利用。
智能手機(jī)或設(shè)備層面的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)重重:
高頻段毫米波設(shè)計(jì)挑戰(zhàn):5G毫米波天線的電氣規(guī)模非常?。ㄔ诤撩琢考?jí)),而且其對(duì)微小幾何變化尤為敏感。除了整體封裝約束以及天線對(duì)周圍材料的普遍敏感性,在實(shí)現(xiàn)所需的5G天線性能方面還存在一系列挑戰(zhàn)。
5G波束成形與MIMO:在毫米波范圍內(nèi),5G技術(shù)無(wú)法使用單天線單元提供設(shè)備的球形或各向同性覆蓋范圍,因?yàn)樾枰嗟墓β蕘?lái)解決信號(hào)路徑損耗——在這些頻率下,信號(hào)強(qiáng)度會(huì)隨距離的增加而迅速下降。解決方案是在連接的兩端同時(shí)采用天線陣列,以形成能夠把功率集中到特定方向的波束。通過(guò)利用相對(duì)振幅與信號(hào)相位的變化來(lái)分別驅(qū)動(dòng)陣列的每個(gè)部分,則有可能以電氣的方式控制波束指向特定方向,從而可以提供整體各向同性覆蓋范圍。
智能手機(jī)的碼本或波束手冊(cè):確保手機(jī)內(nèi)部的毫米波陣列提供廣泛的球形覆蓋范圍并非一件容易的事。此類陣列采用集成型“片上天線”技術(shù),如:高通提供的QTM525,其設(shè)計(jì)用于安裝到智能手機(jī)的側(cè)面。此類模塊的供應(yīng)商將提供一個(gè)“碼本”,這是一種文本文件,列出了可以由陣列單元組合產(chǎn)生的所有波束,其中每個(gè)單元都由特定信號(hào)振幅和相位驅(qū)動(dòng)。通過(guò)搜索此碼本,可以利用相關(guān)模塊實(shí)現(xiàn)最佳覆蓋范圍。
單獨(dú)測(cè)量以及在用戶設(shè)備中測(cè)量5G毫米波片上天線性能非常耗時(shí),因?yàn)樵u(píng)估完整的球形覆蓋范圍需要運(yùn)行大量的測(cè)試。更快速、更低成本的解決方案是采用電磁仿真。盡管在模型復(fù)雜性和所需的仿真數(shù)量方面仍然要求很高,但是現(xiàn)代高性能計(jì)算技術(shù)能夠以合理的成本提供可控制的運(yùn)行時(shí)間。
為了生成有意義的覆蓋范圍或功率密度指標(biāo),必須處理測(cè)量或仿真生成的大量數(shù)據(jù)。仿真數(shù)據(jù)可以進(jìn)行自動(dòng)后處理,以便以最少的用戶工作量或干預(yù)生成所需結(jié)果。這種類型的自動(dòng)化對(duì)于OEM廠商非常有價(jià)值,因?yàn)槊總€(gè)手動(dòng)步驟都會(huì)由于需要運(yùn)行大量的仿真和考慮眾多的手機(jī)型號(hào)數(shù)量而成倍增加。