เมื่อคลื่นความถี่เคลื่อนเข้าสู่ช่วง 7–24GHz ความซับซ้อนของระบบจะไม่เกิดจากอุปกรณ์แต่ละชิ้นอีกต่อไปแต่การออกแบบเสาอากาศ บรรจุภัณฑ์ขั้นสูง และการทำงานร่วมกันของระบบข้ามโดเมน กลายเป็นตัวแปรสำคัญที่กำหนดขีดจำกัดด้านประสิทธิภาพ

จากการตรวจสอบรายงานทางเทคนิคเกี่ยวกับย่านความถี่ 6G FR3 พบว่ามีลุ่มน้ำที่ชัดเจน: อุตสาหกรรมการสื่อสารกำลังเปลี่ยนจาก การแข่งขันคลื่นความถี่ ถึง การแข่งขันความสามารถของระบบ.

ในยุค 5G การถกเถียงมุ่งเน้นไปที่ว่า Sub-6GHz เพียงพอหรือไม่ หรือคลื่นมิลลิเมตรสามารถขยายขนาดได้หรือไม่สำหรับ 6G การสนทนามีการเปลี่ยนแปลงโดยพื้นฐานแบนด์ FR3 ซึ่งครอบคลุมความถี่ 7–24GHz ได้ย้ายไปยังเวทีกลางไม่ใช่เพราะมันสมบูรณ์แบบ แต่เนื่องจากเป็นตัวเลือกเดียวที่สมจริงในการปรับสมดุลแบนด์วิดท์ ความครอบคลุม และต้นทุนแต่ความสมดุลนี้รวมเอาความท้าทายของระบบเกือบทั้งหมดไว้ในสถาปัตยกรรมเดียว

ข้อมูลเชิงลึกที่ลึกซึ้งยิ่งขึ้นชัดเจนยิ่งขึ้น: ความยากที่แท้จริงของ FR3 ไม่เคยอยู่ที่ความถี่มาก่อน แต่เป็นการสร้างสถาปัตยกรรมใหม่ทั้งหมดตั้งแต่เสาอากาศไปจนถึงส่วนหน้าของ RF ไปจนถึงการออกแบบระบบเนื่องจากจำนวนเสาอากาศเพิ่มขึ้น ชิ้นส่วนสเปกตรัม และขีดจำกัดพลังงานและความร้อนที่เข้มงวดขึ้น วิธีการดั้งเดิมของส่วนประกอบที่แยกจากกันและการประกอบแบบโมดูลาร์ก็ถึงจุดแตกหัก

นี่ไม่ใช่เรื่องของการเพิ่ม PA หรือการสลับตัวกรองอีกต่อไป ระบบไร้สายทั้งหมดจะต้องได้รับการออกแบบใหม่ตั้งแต่ต้นจนจบ นั่นคือข้อความหลักของรายงาน

ข้อความหลัก

แถบความถี่ 6G FR3 (7–24GHz) ให้การสื่อสารไร้สายความจุสูงและการปรับใช้อุปกรณ์ของผู้ใช้ผ่านการบูรณาการที่ต่างกันซึ่งครอบคลุมตั้งแต่เสาอากาศไปจนถึงส่วนหน้าของ RF

FR3: แบนด์ที่สมดุลสำหรับประสิทธิภาพและต้นทุนของ 6G

FR3 ครอบครองพื้นที่กึ่งกลางระหว่าง Sub‑6GHz (FR1) และคลื่นมิลลิเมตร (FR2) โดยมีคุณค่าทางกลยุทธ์ที่เป็นเอกลักษณ์:

• แบนด์วิธที่กว้างกว่า FR1 รองรับอัตราข้อมูลที่สูงขึ้น
• การแพร่กระจายที่ดีกว่า FR2 ซึ่งลดต้นทุนการใช้งาน
• เปิดใช้งาน MIMO ขนาดใหญ่เพื่อความจุที่ปรับขนาดได้

FR3 เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับ 6G ในการส่งมอบทั้งความจุสูงและความสามารถในการปรับใช้ที่สมจริง

ความขัดแย้งหลัก: สเปกตรัมที่กระจัดกระจาย & ความซับซ้อนของระบบการระเบิด

FR3 นำมาซึ่งความท้าทายระดับระบบที่รุนแรง:

• แถบที่ไม่ต่อเนื่องและการกระจายตัวของสเปกตรัมทั่วโลก
• การอยู่ร่วมกันของระบบเซลลูลาร์, WiFi และดาวเทียม
• การมอดูเลตระดับสูงและ MIMO ขนาดใหญ่ที่ต้องการความเป็นเส้นตรงและพลังขั้นสุดยอด
• ข้อจำกัดด้านพื้นที่เสาอากาศอย่างมากในอุปกรณ์เคลื่อนที่

สเปกตรัมที่สมบูรณ์ยิ่งขึ้นหมายถึงความซับซ้อนที่สูงขึ้น ส่งผลให้ต้องสร้างสถาปัตยกรรม RF ใหม่ทั้งหมด

เส้นทางสำคัญ: วิวัฒนาการของ FEM จากการรวมแบบแยกส่วนไปจนถึงการบูรณาการระดับระบบ

รายงานระบุว่าการปรับโครงสร้าง FEM (โมดูลส่วนหน้า) เป็นโซลูชันหลักสำหรับ FR3 โดยมีทิศทางทางสถาปัตยกรรมสองประการ:

1. สถาปัตยกรรมเหมือน FR1 (ไม่มีบีมฟอร์มมิ่ง)
– โครงสร้างเรียบง่าย บูรณาการได้ง่าย
– อัตราขยายต่ำ, การสูญเสียการแทรกสูง

2. สถาปัตยกรรมเหมือน FR2 (พร้อมบีมฟอร์มมิ่ง)
– อัตราขยายของระบบที่สูงขึ้น (γ+3dB)
– ประสิทธิภาพสูงขึ้นและสิ้นเปลืองพลังงานน้อยลง
– พื้นที่ขนาดใหญ่และความซับซ้อนในการออกแบบที่สูงขึ้น

FR3 กำลังพัฒนาจากการคิดความถี่ต่ำไปสู่การออกแบบระบบคลื่นมิลลิเมตร

คอขวดที่แท้จริง: เสาอากาศ บรรจุภัณฑ์ และการเพิ่มประสิทธิภาพร่วมกันของระบบ

รายงานเน้นการตัดสินที่สำคัญ: ความสำเร็จของ FR3 ขึ้นอยู่กับ การรวมเสาอากาศและระบบไม่ใช่ประสิทธิภาพของอุปกรณ์แต่ละเครื่อง

การรวมเสาอากาศเป็นคอขวดด้านบน
กรอบโลหะ ฝาหลัง โซลูชันใต้จอแสดงผล
การแบ่งปันเสาอากาศระหว่าง FR1/FR2/FR3 กลายเป็นสิ่งจำเป็น
เทคโนโลยี AiD (เสาอากาศในจอแสดงผล) ที่เกิดขึ้นใหม่

การสูญเสียการเชื่อมต่อและการแทรก
การสูญเสียเส้นทางจากเสาอากาศไปยัง FEM: 0.5–3 dB
ส่งผลโดยตรงต่อการออกแบบ PA และงบประมาณด้านพลังงานของระบบ

ความดันการจัดการความร้อน
อุณหภูมิจุดเชื่อมต่อ PA ใกล้ถึง 100°C
การกระจายความร้อนกลายเป็นข้อจำกัดระดับระบบ

ระบบ RF มีวิวัฒนาการจากการออกแบบวงจรล้วนๆ ไปสู่วิศวกรรมหลายสาขาวิชาที่เกี่ยวข้องกับโครงสร้าง วัสดุ และพลวัตทางความร้อน

แนวทางสุดท้าย: การบูรณาการที่แตกต่างกัน

เพื่อแก้ไขปัญหาท้าทายเหล่านี้ รายงานชี้ว่าการบูรณาการที่ต่างกันเป็นหนทางเดียวที่เป็นไปได้

ครอบคลุมทั้งระบบ:

• อุปกรณ์ที่ใช้งาน: PA, LNA, บีมฟอร์เมอร์
• อุปกรณ์แบบพาสซีฟ: ตัวกรองเสียง, IPD
• แพลตฟอร์มวัสดุ: GaAs, GaN, CMOS, SiGe

แนวโน้มอุตสาหกรรมที่สำคัญ:

• GaN-on-Si: ปรับสมดุลระหว่างกำลังและราคา
• FEM ชิปตัวเดียว: การบูรณาการที่สูงขึ้น
• IPD: การบูรณาการแบบพาสซีฟ Q สูง

FR3 ไม่ได้เป็นเพียงปัญหาเกี่ยวกับคลื่นความถี่เท่านั้น ซึ่งแสดงถึงการปฏิวัติเต็มรูปแบบในการบูรณาการระดับระบบ