5Gデバイスの設計と開発：5Gのパフォーマンス範囲
エンジニアは、5Gアプリケーションの正しいパフォーマンス範囲をどのように選択できますか？
5G（第5世代）通信および接続プロトコルの約束が現実のものになりつつあります。現在、5Gネットワークが導入されており、データレートの高速化、遅延時間の短縮、帯域幅の拡大を実現しています。
先に進む前に、5Gはいくつかの異なるパフォーマンスレベルで構成されていることに注意してください。 5Gネットワークは次のもので構成されます：
- 低帯域範囲（600MHz〜3GHz）
- ミッドバンド範囲（3GHz〜6GHz）
- ミリ波範囲（> 10Ghz）またはミリ波
新規および既存の5G展開では、主に低帯域および中帯域の周波数範囲を使用します。これらの低い5G周波数は、現在展開されている4G LTEプラットフォームよりも高速なダウンロードとアップロードの速度、高速な接続、および大きな「トラフィック」容量を提供します。
さらに、これらの5G低周波数プラットフォームは、はるかに高い5Gミリ波帯域よりも展開が容易で、伝送信号がさらに移動できるようになり、障害物や悪天候に対してより耐性があります。
しかし、これらのより高い5G「ミリ波」周波数が広く展開されるようになると、パフォーマンスの「聖杯」が存在します。このmmWaveプラットフォームは、4G LTEの5倍から10倍速いデータ伝送速度を提供し、最も重要なのは、4GLTEの10倍から20倍小さい遅延速度を提供することです。
接続に関する会話の重要な要素は遅延です。遅延（または遅延）とは、ネットワークがアクションまたは入力にどれだけ迅速に反応するかを指します。レイテンシーは、真の自動運転、遠隔医療手順、超高速ゲーム、今日では不可能な多数のアプリケーションなど、5Gネットワークのいくつかのアプリケーションの出現に対するゲームチェンジャーとして機能します。
それで、「ゲームを変える」テクノロジーが存在するなら、今それを使ってみませんか？
簡単な答えは展開です。 5Gミリ波周波数の展開に関してはいくつかの制約があります。この超短波信号は、5G低帯域として距離のわずか20％を移動します。これらの信号は、壁、ガラス、悪天候を低周波数帯ほど簡単には透過しません。また、現在の伝送インフラストラクチャでは、広範な展開を可能にするために大規模なオーバーホールが必要です。
製品の定義と開発の観点から、これらのさまざまな5Gパフォーマンスレベルを慎重に検討する必要があります。間違ったパフォーマンスレベルを選択すると、製品設計が高額になりすぎたり、逆に、ターゲットアプリケーションを満たすために必要なパフォーマンスが得られなかったりする可能性があります。
5Gが支配的なアプリケーション
The State of 5GというタイトルのMolexからの最近のレポートは、R＆D、エンジニアリング、および製品の利害関係者に提示された調査の結果を明らかにしました。その調査には、5Gテクノロジーを活用して重要な新規ビジネス収益を最初に生み出すと彼らが期待した市場に関する質問が含まれていました。回答者には、消費者向けデバイスのカテゴリのリストが提示され、2つを選択するように求められました。結果は次のとおりです。
- 消費者向けデバイス （43％） 、ゲーム、スマートホーム、消費者向けウェアラブル、ホームセキュリティなど
- 産業用およびIIoTアプリケーション （35％） 、自動化、ロボット工学、プロセス制御、スマートグリッド、ロジスティクスなど
- 固定ワイヤレスアクセス （33％） 、5G対応のホームアクセスなど
- 自動車アプリケーション （29％） テレマティクス、乗客のワイヤレスアクセス、自律制御を含む
- エンタープライズプライベートネットワーク（25％）
- 医療機器（19％） 、医療用ウェアラブルや接続されたインプラント、遠隔手術、患者のモニタリング、遠隔理学療法など
5Gが進化するにつれて、無数の成長機会も進化します。
デバイスレベルで5Gを実装するための重要な要素
5G対応システムを設計およびテストするために、多くのユースケースから選択できます。 3つの特定の領域に焦点を当てましょう：
- 拡張モバイルブロードバンド（EMBB）
- 超信頼性と低遅延（URLL）
- 大規模なマシンタイプの通信（mMTC）
アプリケーションの複雑さに加えて、これらのユースケースのそれぞれには、多くの異なる設計とテストの課題が含まれます。まず、RFアンテナの要件に焦点を当てましょう。
5Gアンテナのテストチャンバーの例（左）と5Gアンテナアレイのビームパターン分析の表現（右）。モレックスからの画像
RFアンテナの設計は、動作する5G周波数帯域の選択に関する決定的な重要性を示しています。これらの周波数の選択に応じて、5Gは4GよりもMassive MIMO（mMIMO）ビームフォーミングにはるかに多くのアンテナを必要とします。これは、5Gアンテナのアレイを正しく設計して展開する必要があることも意味します。展開は、いくつかのパッケージ化と配置の決定につながります。
デバイスレベルでのビームフォーミングとビームステアリングの効果的な実装も重要です。 5Gネットワークは、ビームフォーミングを使用して信号伝送を最大化します。ビームフォーミングでは、形状指向の信号が送信機と受信機の間で受け渡されます。
また、5G市場で競争力を維持するために重要なのは、アナログからデジタルへの効率的な変換と、5Gで見られる高周波で最適に機能するコネクタと相互接続のアプローチを決定するためのモジュールです。
高度な5Gデバイステスト
徹底的なテストは、5Gデバイスの発売を成功させ、国際規格（5Gで進化する可能性が非常に高い）に準拠するために重要です。このプロセスには、高度なシミュレーションと物理テストの両方が含まれます。サイズの変化がわずか10分の1mmであると、デバイスのパフォーマンスに大きな影響を与える可能性があることを考慮すると、さらに徹底的な調査が必要になる場合があります。
エンジニアがテストチャンバーを調整します。モレックスからの画像
5Gを利用するように設計されたデバイスでは、放射放射、ビームフォーミング機能、および高利得アンテナに関連するテストが必要になります。さらに、5Gに関連する広範囲の周波数の評価をサポートするために、テスト施設には超高精度のポジショナーを準備する必要があります。
アンテナの設計、ビームフォーミング、および展開に関連する重要な設計上の課題があることは明らかです。設計が徹底的に分析されると、物理的なテストが重要になり、国際規格が厳密に遵守されているか、それを超えていることを確認します。このテストには、高度なテスト機能が必要になる場合があります。
モレックスには、5G対応デバイスをコンセプトから市場に投入するために必要なコンポーネントとソリューションがあります。ミリ波テスト技術への初期の投資家として、モレックスは5Gテストおよび設計機能の長年のフロントランナーでした。モレックスの正規販売代理店として、Sager Electronicsは、5G対応の設計を強化するための広範なモレックス接続ポートフォリオを提供しています。
Sager Electronicsは、完全な5Gシステム機能を実現するための追加の電気機械、電力、および熱製品とテクノロジーのソースでもあります。
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