Garantindo a Rede de Comunicação

Jun 15, 2023

A implementação do 5G está agora bem encaminhada, com cobertura prevista para um terço da população mundial até 2025, de acordo com a GSMA. Os principais fabricantes de telefones celulares lançaram telefones habilitados para 5G, o que agradará aqueles que desejam transmitir dados e vídeos até a velocidade máxima teórica de 50 Gb/s, e as assinaturas mundiais de 5G deverão atingir 1,3 bilhão até 2023, de acordo com o Statista. No entanto, o 5G é muito mais do que smartphones mais rápidos – é a base da tecnologia por detrás da inteligência artificial, da computação em nuvem, dos veículos autónomos, da Internet das Coisas (IoT), das cidades e da indústria inteligentes e, provavelmente, de aplicações ainda mais inimagináveis. Como resultado, o investimento em novas infraestruturas 5G será elevado e os operadores de rede procurarão o retorno mais rápido possível sobre o que o Statista projeta ser 1,4 biliões de dólares em serviços de telecomunicações gastos só em 2021.

A infraestrutura 5G não é simplesmente uma atualização para 4G por natureza; no desempenho máximo, o 5G utiliza frequências mais altas e a cobertura é menor, pelo que são necessárias mais células. Estão disponíveis três bandas: baixa, média e alta, com a maioria das instalações usando banda média de 2,5 a 3,7 GHz, em velocidades de até 900 Mb/s. A banda baixa utiliza frequências semelhantes às do 4G com alcance e cobertura semelhantes, por isso oferece poucos benefícios adicionais, mas pode ser utilizada em áreas de baixo tráfego para obter rapidamente uma cobertura básica mas ampla. A banda alta, que eventualmente funciona acima de 70 GHz, produz as taxas de dados mais rápidas, mas a cobertura é muito limitada, talvez 1,5 km, por isso é preferida para áreas públicas, como arenas, mercados e centros de conferências. O tráfego nestes locais pode ser elevado, mas as estações base podem ser pequenas e distribuídas em torno de uma área restrita com técnicas de “beamforming” para proporcionar uma boa cobertura.

As células, portanto, se enquadram nas categorias de cobertura 'metro', 'micro', 'pico' e 'femto' com saídas de potência e alcance reduzidos, de uma célula metro de múltiplas entradas e saídas múltiplas (MIMO) transmitindo mais de 100 W a uma célula femto operando em miliwatt níveis. O termo 'célula pequena' também é usado para as três categorias menores juntas. Com o aumento do rendimento e do número de estações base, o consumo de energia deverá aumentar globalmente, com alguns relatórios prevendo uma duplicação em comparação com o 4G. Como a energia representa um custo importante para os operadores de rede (5% a 6% com 4G, de acordo com a consultoria MTN), existe uma pressão extrema para aumentar a eficiência de todos os elementos da electrónica da estação base.

Um estágio particularmente ineficiente em uma estação base é o amplificador de potência de RF, que tradicionalmente utiliza dispositivos LDMOS que podem gerar kW até alguns GHz. No entanto, em busca de melhor eficiência nas frequências mais altas do 5G, dispositivos de nitreto de gálio (GaN) adequados para instalações de células pequenas de menor potência/maior volume são cada vez mais utilizados. O LDMOS normalmente é alimentado por trilhos de 26-32 Vcc, enquanto o GaN usa 50-60 V. A eficiência de um RF PA ainda não é alta, em torno de 60% no máximo, portanto, cada watt economizado na geração dos trilhos de energia a partir de uma fonte de sistema alimentada por bateria, talvez de 48V, é valioso.

A série RPA150E é um conversor DC/DC adequado para um estágio de amplificador de potência 5G. Ele é isolado galvanicamente, portanto a tensão de entrada pode ser uma fonte típica de telecomunicações -48VDC ou -24VDC enquanto a saída é positiva em relação ao terra. O RPA50E pode fornecer 150 W continuamente e até 200 W de potência de pico para fornecer os amplificadores de potência de RF de saída, e a tensão nominal de saída pode ser ajustada em ± 20% para fornecer a tensão de alimentação ideal para máxima eficiência. O formato de bloco de 1/8 ocupa um espaço muito pequeno para a potência nominal e o resfriamento da placa de base permite operação em alta temperatura sem redução de capacidade.

Uma característica importante dos conversores DC/DC em aplicações 5G é ter baixo consumo de energia quiescente e a capacidade de serem configurados em um modo de desligamento de baixa energia. Ao contrário do 4G, que transmite continuamente informações do sistema e sinais de sincronização/referência mesmo sem tráfego de usuários, o 5G definiu modos avançados de “hibernação” (ASMs) que são usados ​​para minimizar o consumo médio de energia. A economia de energia é negociada em relação à latência, mas os ganhos de cerca de 50% são extremamente atraentes. Portanto, é importante ter recursos de desligamento de baixa potência nos conversores CC/CC do sistema. O RPA150E também é ideal para uso com fontes alimentadas por bateria, tendo uma eficiência de conversão de >91% e um consumo em standby de apenas 3mA.