¿Cómo lograr los objetivos de la cadena de radiofrecuencia 5G y los objetivos de red "verde"?

Adéntrate en el mundo del nitruro de galio (GaN) de radiofrecuencia: esta tecnología de amplificadores de potencia (PA) de alta eficiencia, banda prohibida ancha y gran fiabilidad permite mejoras significativas en la eficiencia de la red año tras año. Como se muestra en la figura siguiente, la introducción del GaN en el ecosistema de las estaciones base transceptoras (BTS) ha mejorado drásticamente la eficiencia de la etapa de entrada, convirtiéndola en una nueva tecnología de elección tanto para aplicaciones de alta como de baja potencia.

Las excelentes propiedades del 2GaN, que incluyen alta densidad de potencia, alta eficiencia de potencia añadida (PAE), alta ganancia y facilidad de adaptación de impedancia, mejoran la eficiencia general de la cadena de RF. Al igual que los diseñadores de un coche de Fórmula 1, los ingenieros inalámbricos pueden ajustar y optimizar sus sistemas de RF para lograr un rendimiento óptimo a lo largo del tiempo. El uso de una tecnología de semiconductores fundamentalmente superior desde el principio permite alcanzar los objetivos de rendimiento y, al mismo tiempo, mejorar drásticamente la eficiencia energética.

5G y GaN

La expansión de las redes 4G LTE está madurando, pero se necesitan varias actualizaciones para alcanzar la tecnología 5G. Actualmente nos encontramos en las etapas de definición y prueba de concepto de 5G, pero empresas como Verizon están acelerando los plazos para permitir despliegues tempranos centrados en el acceso inalámbrico fijo.

Los primeros ensayos de 5G comenzaron en 2013, y ahora se publican regularmente datos de los ensayos iniciales y recientes.

Las tecnologías clave que ofrecen resultados prometedores en ondas milimétricas, como las redes de antenas MIMO masivas y la formación de haces, ya se encuentran en fase de desarrollo precomercial. Todos los fabricantes de estaciones base han iniciado la fase de pruebas de producto.

Empresas como Qualcomm, Intel y otras están probando módems compatibles con 5G, como el módem X50 que funciona en la banda de 28 GHz.

Qorvo y NanoSemi han publicado datos de demostración sobre los resultados de linealización de banda ultraancha para dispositivos GaN aptos para aplicaciones MIMO masivas. Estas empresas innovadoras están explorando arquitecturas clave de sistemas 5G, bandas de frecuencia y tecnologías facilitadoras para encontrar el equilibrio adecuado entre coste, rendimiento y complejidad.

Para satisfacer las diversas necesidades de 5G, los fabricantes de GaN deben ofrecer múltiples variantes que abarquen un amplio rango de frecuencias y niveles de potencia. Gracias a las diversas opciones de procesamiento de GaN disponibles, los diseñadores pueden adaptar de forma óptima la tecnología GaN a su aplicación. El siguiente gráfico ilustra las capacidades de Qorvo en este ámbito.

Como mencionó Doug Reep de Qorvo en otro artículo, el GaN reemplazará a los materiales semiconductores tradicionales para aplicaciones de redes 5G, como las celdas pequeñas que requieren frecuencias más altas, una integración estrecha y el menor coste de implementación.

También sugirió que el rendimiento que ofrece el GaN de bajo voltaje inevitablemente se incorporará a los dispositivos móviles. La capacidad del GaN para operar en entornos de alta temperatura lo hace ideal para la refrigeración pasiva, la electrónica de estaciones base de torres para exteriores y las aplicaciones automotrices. En definitiva, contar con una amplia gama de tecnologías GaN permitirá satisfacer más necesidades de las aplicaciones.

Actualmente, el GaN se utiliza ampliamente en los segmentos de mercado de celdas pequeñas y estaciones base para estaciones base (BTS), y se prevé que su uso continúe creciendo en 2016. Se espera que los envíos de GaN alcancen casi los 300 millones de dólares en 2016, frente a los 150 millones de dólares de 2015.

El despliegue densificado de celdas pequeñas, sistemas de antenas distribuidas (DAS) y redes de cabecera de radio de largo alcance desempeñan un papel importante en esta tendencia.

Los incentivos que ofrecen el espectro sin explotar, el alto rendimiento y los objetivos de baja latencia están atrayendo a los desarrolladores a migrar a bandas de frecuencia de ondas milimétricas más altas.

Las bandas del espectro de ondas milimétricas ofrecen entre 10 y 30 veces el ancho de banda de las bandas 4G actuales (<4 GHz), y la capacidad de la red es directamente proporcional al ancho de banda disponible.

El GaN es ideal para ofrecer las altas frecuencias y los amplios anchos de banda necesarios en el dominio de las ondas milimétricas. Cumple con los requisitos de rendimiento y tamaño reducido, como se muestra en la imagen superior.

Las aplicaciones que utilizan bandas de ondas milimétricas requieren tecnología de formación de haces altamente direccional (la formación de haces concentra las señales de radio en haces altamente direccionales, aumentando así la potencia y minimizando las interferencias en los equipos del usuario).

Esto significa que el subsistema de RF requerirá una gran cantidad de componentes activos para controlar la apertura relativamente compacta. El GaN es ideal para estas aplicaciones, ya que una de sus características más destacadas es su potente rendimiento en un tamaño reducido.

Para 2020, con la madurez de la tecnología 5G, todos descubriremos sus capacidades y beneficios. Actualmente, las pruebas, los planes, los debates y las demostraciones siguen impulsando la definición de los estándares 5G. Pero mañana, la latencia inferior a 1 ms y la altísima capacidad estarán presentes en todos los aspectos de nuestra vida cotidiana. Independientemente del resultado, el GaN se convertirá sin duda en una tecnología clave para las aplicaciones 5G. 

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