Khi các dải tần chuyển sang dải tần 7–24GHz, độ phức tạp của hệ thống không còn xuất phát từ từng thiết bị riêng lẻ nữa.Thay vào đó, thiết kế ăng-ten, cách đóng gói tiên tiến và sự cộng tác của hệ thống giữa các miền đã trở thành những yếu tố chính xác định giới hạn hiệu suất.

Xem xét các báo cáo kỹ thuật về băng tần 6G FR3, một bước ngoặt rõ ràng xuất hiện: ngành truyền thông đang chuyển đổi từ cạnh tranh băng tần đến cạnh tranh về năng lực hệ thống.

Trong kỷ nguyên 5G, các cuộc tranh luận tập trung vào việc liệu Sub-6GHz có đủ hay liệu sóng milimet có thể mở rộng hay không.Đối với 6G, cuộc trò chuyện về cơ bản đã thay đổi.Băng tần FR3, trải dài từ 7–24GHz, đã chuyển sang giai đoạn trung tâm không phải vì nó hoàn hảo mà vì đây là lựa chọn thực tế duy nhất cân bằng giữa băng thông, vùng phủ sóng và chi phí.Tuy nhiên, sự cân bằng này tập trung gần như tất cả các thách thức của hệ thống vào một kiến ​​trúc.

Cái nhìn sâu sắc hơn ngày càng rõ ràng hơn: khó khăn thực sự của FR3 chưa bao giờ là tần số mà là việc tái cấu trúc toàn bộ kiến ​​trúc từ ăng-ten, giao diện người dùng RF đến thiết kế hệ thống.Khi số lượng ăng-ten tăng lên, các mảnh phổ cũng như các giới hạn về công suất và nhiệt ngày càng thắt chặt, cách tiếp cận truyền thống của các bộ phận rời rạc và lắp ráp mô-đun đang đạt đến điểm đột phá.

Đây không còn là vấn đề thêm nhiều PA hoặc hoán đổi bộ lọc nữa. Toàn bộ hệ thống không dây phải được thiết kế lại từ đầu. Đó là thông điệp cốt lõi của báo cáo.

Thông điệp cốt lõi

Băng tần 6G FR3 (7–24GHz) giúp triển khai thiết bị người dùng và liên lạc không dây dung lượng cao thông qua tích hợp không đồng nhất trải dài từ ăng-ten đến giao diện người dùng RF.

FR3: Dải cân bằng cho hiệu suất và chi phí 6G

FR3 chiếm vị trí trung gian giữa Sub-6GHz (FR1) và sóng milimet (FR2), với giá trị chiến lược duy nhất:

• Băng thông rộng hơn FR1, hỗ trợ tốc độ dữ liệu cao hơn
• Tuyên truyền tốt hơn FR2, giảm chi phí triển khai
• Cho phép MIMO lớn để có khả năng mở rộng

FR3 rất cần thiết để 6G mang lại cả dung lượng cao và khả năng triển khai thực tế.

Xung đột cốt lõi: Quang phổ bị phân mảnh & Độ phức tạp của hệ thống bùng nổ

FR3 mang đến những thách thức nghiêm trọng ở cấp độ hệ thống:

• Các dải không liên tục và sự phân mảnh phổ toàn cầu
• Sự cùng tồn tại của hệ thống di động, WiFi và vệ tinh
• Điều chế bậc cao và MIMO lớn đòi hỏi độ tuyến tính và công suất cực cao
• Hạn chế về không gian ăng-ten trong thiết bị di động

Phổ phong phú hơn có nghĩa là độ phức tạp cao hơn, buộc phải xây dựng lại toàn bộ kiến trúc RF.

Đường dẫn chính: Sự phát triển của FEM từ tích hợp rời rạc đến tích hợp cấp hệ thống

Báo cáo xác định tái cấu trúc FEM (Front-End Module) là giải pháp cốt lõi cho FR3, với hai hướng kiến trúc:

1. Kiến trúc giống FR1 (không có định dạng chùm tia)
– Cấu trúc đơn giản, tích hợp dễ dàng
– Độ lợi thấp, suy hao chèn cao

2. Kiến trúc giống FR2 (có định dạng chùm tia)
– Mức tăng hệ thống cao hơn (≈+3dB)
- Hiệu quả cao hơn và tiêu thụ điện năng thấp hơn
– Diện tích lớn hơn và độ phức tạp thiết kế cao hơn

FR3 đang phát triển từ ý tưởng tần số thấp sang thiết kế hệ thống sóng milimet.

Nút thắt thực sự: Đồng tối ưu hóa ăng-ten, đóng gói và hệ thống

Báo cáo nhấn mạnh một đánh giá quan trọng: Thành công của FR3 phụ thuộc vào tích hợp ăng-ten và hệ thống, không phải hiệu suất của từng thiết bị.

Tích hợp ăng-ten là nút cổ chai hàng đầu
Giải pháp khung kim loại, nắp lưng, dưới màn hình
Việc chia sẻ ăng-ten trên FR1/FR2/FR3 trở nên thiết yếu
Công nghệ AiD (Ăng-ten trong màn hình) mới nổi

Mất kết nối và chèn
Suy hao đường truyền từ ăng-ten tới FEM: 0,5–3 dB
Tác động trực tiếp đến thiết kế PA và ngân sách điện năng của hệ thống

Áp suất quản lý nhiệt
Nhiệt độ tiếp giáp PA đạt tới 100°C
Tản nhiệt trở thành một hạn chế ở cấp độ hệ thống

Hệ thống RF đã phát triển từ thiết kế mạch thuần túy sang kỹ thuật đa ngành liên quan đến cấu trúc, vật liệu và động lực học nhiệt.

Giải pháp cuối cùng: Tích hợp không đồng nhất

Để giải quyết những thách thức này, báo cáo chỉ ra rằng sự tích hợp không đồng nhất là con đường khả thi duy nhất.

Nó mở rộng toàn bộ hệ thống:

• Thiết bị hoạt động: PA, LNA, Beamformer
• Thiết bị thụ động: bộ lọc âm thanh, IPD
• Nền tảng vật liệu: GaAs, GaN, CMOS, SiGe

Xu hướng chính của ngành:

• GaN-on-Si: cân bằng giữa năng lượng và chi phí
• FEM chip đơn: tích hợp cao hơn
• IPD: tích hợp thụ động Q cao

FR3 không chỉ đơn thuần là vấn đề về dải tần. Nó đại diện cho một cuộc cách mạng toàn diện trong tích hợp cấp hệ thống.