Assurer le réseau de communication

Jun 15, 2023

Le déploiement de la 5G est désormais bien avancé, avec une couverture en bonne voie pour un tiers de la population mondiale d'ici 2025, selon la GSMA. Les principaux fabricants de téléphones portables ont lancé des téléphones compatibles 5G, qui plairont à ceux qui souhaitent diffuser des données et des vidéos jusqu'à la vitesse maximale théorique de 50 Gb/s, et les abonnements 5G dans le monde devraient atteindre 1,3 milliard d'ici 2023, selon Statista. Cependant, la 5G est bien plus que des smartphones plus rapides : elle sous-tend la technologie derrière l’intelligence artificielle, le cloud computing, les véhicules autonomes, l’Internet des objets (IoT), les villes et l’industrie intelligentes, et probablement d’autres applications encore inimaginables. En conséquence, les investissements dans les nouvelles infrastructures 5G seront élevés et les opérateurs de réseaux rechercheront le retour le plus rapide possible sur ce que Statista prévoit, soit 1,4 billion de dollars dépensés en services de télécommunications rien qu'en 2021.

L’infrastructure 5G n’est pas simplement une mise à niveau vers la 4G par nature : à des performances optimales, la 5G utilise des fréquences plus élevées et la couverture est moindre, ce qui nécessite davantage de cellules. Trois bandes sont disponibles : basse, moyenne et haute, la majorité des installations utilisant la bande moyenne entre 2,5 et 3,7 GHz, à des vitesses allant jusqu'à 900 Mb/s. La bande basse utilise des fréquences similaires à la 4G avec une portée et une couverture similaires, elle offre donc peu d'avantages supplémentaires mais peut être utilisée dans des zones à faible trafic pour obtenir rapidement une couverture basique mais large. La bande haute, fonctionnant finalement à plus de 70 GHz, offre les débits de données les plus rapides, mais la couverture est très limitée, peut-être 1,5 km, elle est donc préférée pour les zones publiques telles que les arènes, les marchés et les centres de conférence. Le trafic à ces endroits peut être élevé, mais les stations de base peuvent être petites et réparties autour d'une zone restreinte avec des techniques de « formation de faisceaux » pour fournir une bonne couverture.

Les cellules entrent donc dans les catégories de couverture « métro », « micro », « pico » et « femto » avec une puissance de sortie et une portée réduites, d'une cellule métropolitaine à entrées multiples et sorties multiples (MIMO) transmettant plus de 100 W à une cellule femto fonctionnant au milliwatt. les niveaux. Le terme « petite cellule » est également utilisé pour désigner ensemble les trois plus petites catégories. Avec l’augmentation du débit et du nombre de stations de base, la consommation d’énergie devrait globalement augmenter, certains rapports prévoyant un doublement par rapport à la 4G. L’énergie représentant un coût majeur pour les opérateurs de réseaux (5 à 6 % avec la 4G selon MTN consulting), il existe une pression extrême pour accroître l’efficacité de tous les éléments de l’électronique des stations de base.

Un étage particulièrement inefficace dans une station de base est l'amplificateur de puissance RF, qui utilise traditionnellement des dispositifs LDMOS capables de générer des kW jusqu'à quelques GHz. Cependant, dans la recherche d'une meilleure efficacité aux fréquences plus élevées de la 5G, des dispositifs au nitrure de gallium (GaN) adaptés aux installations à petites cellules de faible puissance et de volume plus élevé sont de plus en plus utilisés. LDMOS est généralement alimenté par des rails DC 26-32 V tandis que GaN utilise 50-60 V. L'efficacité d'un RF PA n'est toujours pas élevée, à environ 60 % maximum, donc chaque watt économisé en générant les rails d'alimentation à partir d'une alimentation système secourue par batterie, peut-être à 48 V, est précieux.

La série RPA150E est un convertisseur DC/DC adapté à un étage d'amplificateur de puissance 5G. Il est isolé galvaniquement, de sorte que la tension d'entrée peut être une alimentation typique de télécommunication -48 V CC ou -24 V CC tandis que la sortie est positive par rapport à la terre. Le RPA50E peut fournir 150 W en continu et jusqu'à 200 W de puissance de crête pour alimenter les amplificateurs de puissance RF de sortie, et la tension de sortie nominale peut être réduite de ± 20 % pour fournir la tension d'alimentation optimale pour une efficacité maximale. Le format de brique de taille 1/8ème a un très faible encombrement pour la puissance nominale, et le refroidissement par plaque de base permet un fonctionnement à haute température sans déclassement.

Une caractéristique importante des convertisseurs DC/DC dans les applications 5G est d'avoir une faible consommation d'énergie au repos et la possibilité d'être réglés en mode d'arrêt à faible consommation. Contrairement à la 4G, qui transmet en permanence des informations système et des signaux de synchronisation/référence même en l'absence de trafic utilisateur, la 5G a défini des modes « veille » (ASM) avancés qui sont utilisés pour minimiser la consommation d'énergie moyenne. Les économies d'énergie se négocient contre la latence, mais les gains d'environ 50 % sont extrêmement attractifs. Il est donc important de disposer de fonctionnalités d'arrêt à faible consommation dans les convertisseurs DC/DC du système. Le RPA150E est également idéal pour une utilisation avec des alimentations alimentées par batterie, avec un rendement de conversion >91 % et une consommation en veille de seulement 3 mA.