Comment atteindre les objectifs de la chaîne RF 5G et les objectifs de réseau « vert » ?

Découvrez le monde du nitrure de gallium (GaN) pour radiofréquences : cette technologie d’amplificateur de puissance (PA) à large bande interdite, hautement efficace et fiable, permet d’améliorer considérablement l’efficacité des réseaux année après année. Comme illustré ci-dessous, l’intégration du GaN dans l’écosystème des stations de base (BTS) a permis d’améliorer de façon spectaculaire l’efficacité de l’étage d’entrée, ce qui en fait une technologie de choix pour les applications haute et basse puissance.

Les excellentes propriétés du GaN de type 2, notamment sa forte densité de puissance, son rendement d'amplification de puissance (PAE) élevé, son gain élevé et sa facilité d'adaptation d'impédance, améliorent l'efficacité globale de la chaîne RF. À l'instar des concepteurs d'une Formule 1, les ingénieurs en télécommunications sans fil peuvent optimiser leurs systèmes RF au fil du temps. L'utilisation d'une technologie de semi-conducteurs fondamentalement supérieure dès la conception permet d'atteindre les objectifs de performance tout en améliorant considérablement l'efficacité énergétique.

5G et GaN

Le déploiement des réseaux 4G LTE est en bonne voie, mais de nombreuses améliorations sont nécessaires pour combler l'écart avec la 5G. Nous en sommes actuellement aux phases de définition et de validation de concept de la 5G, mais des entreprises comme Verizon accélèrent le calendrier afin de permettre des déploiements initiaux axés sur l'accès sans fil fixe.

Les premiers essais de la 5G ont débuté en 2013, et les données issues des essais initiaux et récents sont désormais publiées régulièrement.

Les technologies clés prometteuses dans le domaine des ondes millimétriques, des réseaux d'antennes MIMO massifs et de la formation de faisceaux sont déjà en phase de développement précommercial. Tous les fabricants de stations de base ont entamé la phase d'essais de leurs produits.

Des entreprises comme Qualcomm, Intel et d'autres testent des modems compatibles 5G tels que le modem X50 qui fonctionne dans la bande des 28 GHz.

Qorvo et NanoSemi ont publié des données de démonstration sur les résultats de linéarisation ultra-large bande pour les dispositifs GaN adaptés aux applications MIMO massives. Ces entreprises visionnaires explorent les architectures clés des systèmes 5G, les bandes de fréquences et les technologies habilitantes afin de trouver le juste équilibre entre coût, performance et complexité.

Pour répondre aux exigences variées de la 5G, les fabricants de GaN doivent proposer de multiples variantes couvrant une large gamme de fréquences et de niveaux de puissance. Grâce aux nombreuses options de procédés GaN disponibles, les concepteurs peuvent adapter au mieux la technologie GaN à leur application. Le graphique ci-dessous illustre les capacités de Qorvo dans ce domaine.

Comme Doug Reep de Qorvo l'a mentionné dans un autre article, le GaN remplacera les matériaux semi-conducteurs traditionnels pour les applications de réseau 5G telles que les petites cellules qui nécessitent des fréquences plus élevées, une intégration étroite et un coût de mise en œuvre minimal.

Il a également suggéré que les performances offertes par le GaN basse tension trouveront inévitablement leur place dans les appareils mobiles. La capacité du GaN à fonctionner à haute température le rend idéal pour le refroidissement passif, l'électronique des stations de base entièrement extérieures et les applications automobiles. En définitive, un large choix de technologies GaN permettra de répondre à un plus grand nombre de besoins applicatifs.

Aujourd'hui, le GaN est largement utilisé sur les marchés des petites cellules et des BTS et sa croissance se poursuivra en 2016. Les livraisons de GaN devraient atteindre près de 300 millions de dollars en 2016, contre 150 millions de dollars en 2015.

Le déploiement dense de petites cellules, de systèmes d'antennes distribuées (DAS) et de réseaux de têtes de réseau radio longue portée joue un rôle important dans cette tendance.

Les avantages liés au spectre inexploité, au débit élevé et à la faible latence incitent les développeurs à se tourner vers les bandes de fréquences millimétriques plus élevées.

Les bandes spectrales des ondes millimétriques offrent une bande passante 10 à 30 fois supérieure à celle des bandes 4G actuelles (<4 GHz), et la capacité du réseau est directement proportionnelle à la bande passante disponible.

Le GaN est parfaitement adapté pour fournir les hautes fréquences et les larges bandes passantes requises dans le domaine des ondes millimétriques. Il répond aux exigences de performance et de compacité, comme illustré ci-dessus.

Les applications utilisant les bandes d'ondes millimétriques nécessitent une technologie de formation de faisceaux hautement directionnelle (la formation de faisceaux concentre les signaux radio en faisceaux hautement directionnels, augmentant ainsi la puissance et minimisant les interférences sur l'équipement de l'utilisateur).

Cela signifie que le sous-système RF nécessitera un grand nombre de composants actifs pour piloter l'ouverture relativement compacte. Le GaN est parfaitement adapté à ces applications car sa capacité à offrir des performances élevées dans un format réduit est l'une de ses caractéristiques les plus remarquables.

D’ici 2020, à mesure que la 5G gagnera en maturité, nous découvrirons tous ses capacités et ses avantages. Aujourd’hui, les essais, les plans, les discussions et les démonstrations continuent de définir les normes de la 5G. Mais demain, une latence inférieure à 1 ms et une capacité extrêmement élevée seront omniprésentes dans notre quotidien. Quoi qu’il en soit, le GaN deviendra sans aucun doute une technologie clé des applications 5G. 

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