El teléfono móvil, como estándar en la era de Internet móvil, ha entrado en la vida de todos. Con él, podemos charlar, comprar, seguir dramas y disfrutar de una vida mejor.

Debido a que los teléfonos móviles son tan importantes, la gente presta gran atención al desarrollo de tecnologías relacionadas. Cada vez que se lanza un nuevo producto, los medios realizarán extensos reportajes y habrá acaloradas discusiones en las redes sociales.

Sin embargo, la atención de la gente hacia los teléfonos móviles a menudo se centra en la CPU, la GPU, la banda base, la pantalla y la cámara. Hay una parte especial que es muy importante para los teléfonos móviles, pero poca gente le presta atención.

¿Qué parte es? Sí, es el protagonista de nuestro artículo de hoy: RF.

▉¿Qué es la radiofrecuencia?

Radiofrecuencia, el nombre en inglés es radiofrecuencia, que es familiar para todos. Literalmente, radiofrecuencia significa radiofrecuencia. La señal de RF se refiere a una onda electromagnética inalámbrica con un rango de frecuencia de 300 kHz ~ 300 GHZ.

Como todos sabemos, la razón por la que los teléfonos móviles pueden comunicarse con las estaciones base es para enviar y recibir ondas electromagnéticas inalámbricas entre sí.

Una serie de circuitos, chips, componentes, etc. de los teléfonos móviles que son específicamente responsables de transmitir y recibir ondas electromagnéticas inalámbricas se denominan colectivamente sistemas de RF, denominados "RF" (lo mismo a continuación).

La RF y la banda base son la piedra angular de la función de comunicación de los teléfonos móviles. Si consideramos la comunicación entre los teléfonos móviles y el mundo exterior como un "servicio exprés", entonces la responsabilidad de la banda base es "empaquetar / desempaquetar" los datos. La responsabilidad de RF es transmitir/recibir el "paquete" a través de la banda de radiofrecuencia especificada.

Diagrama esquemático: banda base a la izquierda y RF a la derecha

¿Cómo se ve la RF? El siguiente es el diseño frontal y posterior de la placa de circuito principal de una marca de teléfono móvil.

(imagen de ABI Research)

En la figura, todas las piezas marcadas con un círculo amarillo pertenecen a RF. Se puede observar que los componentes de RF representan una gran proporción en la estructura de los teléfonos móviles.

In terms of architecture, a complete RF system includes RF transceiver, RF front end and antena. The RF front end also includes power amplifier, envelope tracker, low noise amplifier, filter, antena interruptor, antena tuner and other components.

arquitectura de radiofrecuencia

The function of each component of RF front-end is not complex. For example, the amplifier amplifies the signal to make the signal transmitted farther; Filter is to remove the clutter and make the signal more "pure"; The antena switch is used to control the startup and shutdown of the antena; los antena tuner is mainly used to "fiddle with" the antena to obtain the best transceiver effect

Una gran cantidad de componentes de RF cooperan entre sí y cooperan entre sí para completar el "puerta a puerta" y transmitir los datos empaquetados de banda base "BIU ~ BIU ~".

Si el diseño de RF no es razonable y el rendimiento de los componentes es al revés, afectará directamente la capacidad de recepción y transmisión de señales inalámbricas del teléfono móvil y luego afectará la capacidad de comunicación del teléfono móvil. Específicamente, la señal inalámbrica es deficiente, la distancia de comunicación es corta, la velocidad de la red es lenta, etc.

En otras palabras, la capacidad de radiofrecuencia del teléfono móvil no es buena, al igual que la falta de potencia del coche. Incluso si otras funciones son sofisticadas, los usuarios no pueden aceptarlas.

Por lo tanto, al desarrollar y diseñar teléfonos móviles, los fabricantes de teléfonos móviles suelen hacer grandes esfuerzos en RF, deliberar, probar y verificar repetidamente antes de atreverse a lanzar el producto final.

▉Desafío de radiofrecuencia 5g

Hoy hemos entrado en la era 5g con la cabeza en alto. En comparación con el 4G tradicional, ¿hay algún cambio en el sistema de RF 5g?

La respuesta es sí. No sólo hay cambios, sino también grandes cambios.

En comparación con 4G, 5G tiene una mejora significativa en los indicadores de rendimiento. El escenario 5g embB (banda ancha móvil mejorada) aumenta la velocidad de la telefonía móvil a Gigabit o incluso 10g, que es 10 veces/100 veces la velocidad LTE inicial (100Mbps).

2G / 3G / 4G, plus 5g, plus MIMO (multi antena technology), plus dual card and dual standby, the number of antenas and supported frequency bands of mobile phones have doubled. In the early days of 4G, there were less than 20 band combinations. by comparison,5g tiene más de 10000 combinaciones de bandas, la complejidad es terrible.

Al mismo tiempo, para garantizar que los usuarios estén dispuestos a actualizar (t ā o) Clase (Qi & Aacute; n), el grosor y el peso del teléfono móvil 5g no se pueden aumentar, el consumo de energía no se puede aumentar y el El tiempo de espera no se puede reducir.

Si fueras fabricante de teléfonos móviles, ¿estarías loco?

Por lo tanto, la RF de los teléfonos móviles 5g debe remodelarse, hacer grandes esfuerzos para hacer milagros e innovar.

How to solve the design problem of RF system? Qualcomm has put forward a macro idea to directly provide "complete modem and RF system". Popular understanding is to do a good job in baseband, RF transceiver, RF front end, antena module and software framework, so as to give manufacturers a complete set of solutions.

En otras palabras, el concepto de diseño de los teléfonos móviles 5G y otros componentes del terminal debe abandonar la idea anterior de "comprar un caballo en el Este, una silla de montar en el Oeste, una brida en el Sur y un látigo en el Norte" y centrarse en un solo componente y, en su lugar, adopte la solución integrada a nivel de sistema de "diseño de embalaje".

For example, in the past, factory a made baseband, factory B made RF, factory C made antena, and then factory d made its own plans on how to integrate and connect. Now, instead of powerful manufacturers, they directly package and design baseband, RF and antena together, and then hand them to mobile phone manufacturers for quick use.

La integración a nivel de sistema es el resultado inevitable del aumento significativo en la complejidad de la banda base 5g y la RF.

Es como un tren. En el pasado, la velocidad de los coches ecológicos era lenta. El carro y el frente se pueden diseñar y fabricar por separado y luego funcionar juntos. Sin embargo, en la era del tren de alta velocidad, el índice de velocidad se ha duplicado. Si continuamos diseñando y fabricando por separado, el carro y el frente no pueden cooperar profundamente, lo que no solo es difícil lograr el índice de velocidad, sino también posibles problemas de seguridad.

Por lo tanto, las EMU de los ferrocarriles de alta velocidad suelen diseñarse y fabricarse de manera uniforme.

En otras palabras, frente a los severos indicadores de 5G mencionados anteriormente, es necesario realizar el diseño general de la banda base y RF desde la perspectiva de la integración a nivel del sistema. De esta manera, los dos pueden lograr una perfecta coordinación de software y hardware y aprovechar al máximo el mejor rendimiento (rendimiento, cobertura, etc.).

Además de lograr el objetivo, el diseño integrado también contribuye a reducir el tamaño final del sistema y reducir la ocupación del espacio de los teléfonos móviles. Para el control del consumo de energía del sistema y la disipación de calor, el diseño integrado también tiene ventajas obvias.

Finalmente, también es muy importante proporcionar soluciones de integración a nivel de sistema, que puedan reducir la dificultad de diseño de los fabricantes de teléfonos móviles y facilitarles el lanzamiento de productos a una velocidad más rápida y apoderarse del mercado.

▉Tecnología 5g RF negro

Echemos un vistazo a las interesantes tecnologías negras de 5g RF integradas a nivel del sistema.

En primer lugar, la primera tecnología negra es el seguimiento de envolventes de banda ancha.

Cuando se introdujo la arquitectura de RF anteriormente, había un rastreador de energía. El rastreador de potencia se utiliza con un amplificador de potencia.

El amplificador de potencia es el componente central de la RF. Es como una bocina que convierte un sonido pequeño (señal) en un sonido grande (señal).

Si quieres tocar la bocina, debes reunir fuerzas (fuente de alimentación). La función del rastreador de potencia es controlar la fuerza (potencia) del sonido de la bocina.

El método de soplado tradicional es el método adecuado, es decir, seguimiento de potencia promedio. La fuerza del soplado permanece constante durante un cierto período de tiempo.

La tecnología de seguimiento de envolvente (ET) de banda ancha puede controlar con precisión la fuerza. En otras palabras, la banda base (módem) puede controlar el rastreador de envolvente en RF de acuerdo con el cambio de la señal y luego controlar con precisión la potencia de transmisión de la señal inalámbrica.

El consumo de energía virtual del seguimiento de envolvente es significativamente menor que el del seguimiento de energía promedio tradicional.

(imagen de Qualcomm)

De esta manera, se ahorra enormemente la fuerza física (energía), se reduce el consumo de energía de RF y se aumenta el tiempo de espera del teléfono móvil.

El control preciso de la potencia de transmisión ayuda al teléfono móvil a obtener la mejor eficiencia de transmisión de señal, para obtener una mejor calidad del canal. En el proceso de "comunicación bidireccional" entre el teléfono móvil y la estación base, cuando el teléfono móvil obtiene una mejor calidad de canal, la estación base puede ayudar al teléfono móvil a realizar mejores servicios de enlace ascendente y descendente, como 2 & times; 2 MIMO, la velocidad de la red es más fluida. Además, una mejor calidad del canal también crea condiciones para que la estación base asigne modos de modulación de orden superior (como 256qam) a los teléfonos móviles, lo que puede mejorar el rendimiento de los teléfonos móviles y admitir servicios de transmisión de datos mejores y más rápidos.

Qualcomm lanzó anteriormente varias generaciones de módems Xiaolong 5g y rastreadores de envolvente de banda ancha integrados con el sistema RF, que han adoptado las tecnologías anteriores. En comparación con los productos más avanzados ofrecidos por otros fabricantes en el mercado, su último rastreador de envolvente de banda ancha qet7100 ha mejorado la eficiencia energética en un 30%.

La segunda tecnología negra que presentamos es la tecnología de mejora de señal asistida por IA.

Esta tecnología es la última tecnología en el módem y sistema RF Xiaolong X65 5g que se lanzó recientemente en febrero. También es la primera vez en la industria que se introduce la novedosa tecnología de IA en el sistema de RF de los teléfonos móviles para mejorar la señal.

The core of AI auxiliary signal enhancement technology is to introduce AI technology into antena tuning system. Antenna tuning is divided into two ways, one is impedance matching, the other is aperture tuning.

Veamos primero la adaptación de impedancias.

La denominada adaptación de impedancia puede entenderse como una especie de trabajo de "tubería de conexión".

The RF system components are connected with the antena, just like two water pipes. When the impedance is consistent, the position is perfectly corresponding. At this time, the water flow is the largest and the signal efficiency is the highest. If the impedance of the element is offset, the water pipe is crooked, the water flow is small, and part of the water flow is wasted.

Hay muchas razones para el cambio de impedancia, como tocar con la mano, insertar un cable de datos, instalar la carcasa del teléfono móvil, etc. Incluso diferentes gestos de sujeción (mano izquierda, mano derecha, una mano, dos manos) generarán diferentes impedancias.

The traditional impedance matching method is to test various causes of impedance change in the laboratory, find the antena characteristic value, and then control the RF element through the modem to adjust the impedance, so that the connecting pipe is aligned with the water supply pipe as much as possible.

The AI auxiliary signal enhancement technology is to introduce AI algorithm to carry out big data analysis and machine learning on the antena eigenvalues of various impedance changes, so as to realize the intelligent adjustment of impedance and achieve the most perfect matching effect.

Para decirlo sin rodeos, es un poco como instalar una manguera a tope entre la tubería de suministro de agua y la tubería de conexión de agua, para que el flujo de agua no se desperdicie tanto como sea posible.

AI auxiliary signal enhancement, equivalent to the docking hose between RF and antena

Aperture tuning is relatively simple, which is to adjust the electrical length of the antena.

From a radiometric point of view, the perfect length of an antena should be a quarter of the wavelength. Nowadays, the working frequency of mobile communication system changes dynamically because of all Netcom, dual card and dual standby. For example, sometimes it works at 2.6GHz and sometimes at 3.5GHz.

If the operating frequency changes, it means that the optimal wavelength also changes. Therefore, it is necessary to tune the aperture of the antena, adjust the length of the antena and lengthen the wave crest, so as to achieve the best effect.

En una palabra, el antena tuning technology based on impedance matching and aperture tuning is mainly used to overcome the influence of the external environment on the antena signal, dynamically adjust the signal and improve the user experience.

Según la verificación real, con la tecnología de mejora de la señal auxiliar de IA, la precisión de la percepción del contexto del sistema se puede mejorar en un 30%, lo que puede reducir significativamente la tasa de caída de llamadas y mejorar la velocidad, la cobertura y la resistencia.

▉epílogo

Existen muchas tecnologías negras innovadoras para el sistema de RF 5g, como optimización de múltiples operadores, ajuste de desacoplamiento, concurrencia mejorada de tarjetas múltiples SIM, etc. Todas estas tecnologías negras son el resultado de la innovación tecnológica. Han condensado la sabiduría de los ingenieros y sentado las bases para el lanzamiento sin problemas de los terminales 5g.

El 5g RF actual ya no es el auxiliar de la banda base, sino un componente importante de los teléfonos móviles que puede estar en pie de igualdad con la banda base y complementarse entre sí.

Con la profundización de la construcción de la red 5g, además de las comunicaciones móviles, también comenzaron a florecer cada vez más escenarios de aplicaciones de la industria vertical 5g. La forma del terminal 5g se volverá diversa y se realizará una prueba mayor frente al front-end 5g RF.

¿Qué nuevos trucos jugará el 5g RF en ese momento? ¡Vamos a esperar y ver!

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