Обеспечение сети связи

Jun 15, 2023

По данным GSMA, внедрение 5G в настоящее время идет полным ходом, и к 2025 году планируется охватить треть населения мира. По данным Statista, крупные производители сотовых телефонов выпустили телефоны с поддержкой 5G, которые порадуют тех, кто хочет передавать данные и видео в потоковом режиме со скоростью до теоретической максимальной скорости 50 Гбит/с. По прогнозам Statista, к 2023 году число подписчиков 5G во всем мире достигнет 1,3 миллиарда. Однако 5G — это гораздо больше, чем просто более быстрые смартфоны: он лежит в основе технологий искусственного интеллекта, облачных вычислений, автономных транспортных средств, Интернета вещей (IoT), «умных» городов и промышленности, а также, возможно, других приложений, о которых пока и не мечтали. В результате инвестиции в новую инфраструктуру 5G будут высокими, а сетевые операторы будут стремиться к максимально быстрой окупаемости затрат на телекоммуникационные услуги, по прогнозам Statista, в 1,4 триллиона долларов, потраченных только в 2021 году.

Инфраструктура 5G по своей природе не является просто обновлением до 4G: при максимальной производительности 5G использует более высокие частоты, а покрытие меньше, поэтому требуется больше ячеек. Доступны три диапазона: низкий, средний и высокий, при этом в большинстве установок используется средний диапазон в диапазоне 2,5–3,7 ГГц со скоростью до 900 Мбит/с. В низкочастотном диапазоне используются частоты, аналогичные 4G, с аналогичным диапазоном и покрытием, поэтому он не дает дополнительных преимуществ, но может использоваться в зонах с низким трафиком для быстрого достижения базового, но широкого покрытия. Высокочастотный диапазон, в конечном итоге работающий на частоте более 70 ГГц, обеспечивает самую высокую скорость передачи данных, но покрытие очень ограничено, примерно 1,5 км, поэтому его предпочитают для общественных мест, таких как арены, рынки и конференц-центры. Трафик в этих местах может быть высоким, но базовые станции могут быть небольшими и распределены по ограниченной территории с использованием методов формирования луча для обеспечения хорошего покрытия.

Таким образом, соты попадают в категории покрытия «метро», «микро», «пико» и «фемто» с уменьшением выходной мощности и радиуса действия: от городской соты с несколькими входами и множеством выходов (MIMO), передающей более 100 Вт, до фемто-соты, работающей на милливаттах. уровни. Термин «мелкая ячейка» также используется для обозначения трех наименьших категорий вместе. С увеличением пропускной способности и количества базовых станций потребление энергии в целом вырастет, причем в некоторых отчетах прогнозируется удвоение по сравнению с 4G. Поскольку энергия является основной статьей затрат для сетевых операторов (от 5% до 6% при использовании 4G по данным консалтинговой компании MTN), существует острая необходимость повышения эффективности всех элементов электроники базовой станции.

Одним из особенно неэффективных каскадов базовой станции является ВЧ-усилитель мощности, в котором традиционно используются устройства LDMOS, способные генерировать мощность до нескольких ГГц. Однако в целях повышения эффективности на более высоких частотах 5G все чаще используются устройства на основе нитрида галлия (GaN), которые подходят для установок с малыми ячейками меньшей мощности и большего объема. LDMOS обычно питается от шин постоянного тока 26–32 В, тогда как GaN использует напряжение 50–60 В. КПД радиочастотного усилителя мощности все еще невысок, максимум около 60%, поэтому ценен каждый ватт, сэкономленный при генерации шин питания от системного источника питания с батарейным питанием, возможно, с напряжением 48 В.

Серия RPA150E — это преобразователь постоянного тока в постоянный для каскада усилителя мощности 5G. Он гальванически изолирован, поэтому входное напряжение может быть типичным для телекоммуникаций -48 В постоянного тока или -24 В постоянного тока, в то время как выходное напряжение положительно по отношению к земле. RPA50E может обеспечивать непрерывную мощность 150 Вт и пиковую мощность до 200 Вт для питания выходных усилителей мощности ВЧ, а номинальное выходное напряжение можно регулировать на ± 20% для обеспечения оптимального напряжения питания для максимальной эффективности. Формат кирпича размером 1/8 занимает очень небольшую площадь при номинальной мощности, а охлаждение опорной плиты позволяет работать при высоких температурах без снижения номинальных характеристик.

Важной особенностью преобразователей постоянного тока в приложениях 5G является низкое энергопотребление в состоянии покоя и возможность перевода в режим отключения с низким энергопотреблением. В отличие от 4G, который постоянно передает системную информацию и сигналы синхронизации/опорные сигналы даже при отсутствии пользовательского трафика, 5G имеет расширенные «спящие» режимы (ASM), которые используются для минимизации среднего энергопотребления. Экономия энергии компенсируется задержкой, но выигрыш в размере около 50% чрезвычайно привлекателен. Поэтому важно иметь функции отключения с низким энергопотреблением в преобразователях постоянного тока системы. RPA150E также идеально подходит для использования с источниками питания с батарейным питанием, поскольку его эффективность преобразования составляет >91 %, а потребление в режиме ожидания составляет всего 3 мА.