Sebelumnya, kecepatan transmisi data nirkabel yang lebih tinggi dicapai melalui skema modulasi yang semakin kompleks, yang merangkum lebih banyak bit data dalam potongan spektrum yang sama. Solusi ini saat ini telah mencapai batas penerapan praktisnya, sehingga di masa depan, apakah solusi ini dirancang untuk aplikasi throughput 5G komersial atau tautan militer berkapasitas tinggi, solusi ini akan mengandalkan bandwidth yang lebih luas daripada modulasi yang lebih padat. Transformasi teknologi ini telah memaksa para desainer untuk beralih ke spektrum gelombang milimeter (mmWave), yang dapat mencapai berbagai fungsi baru melalui sumber daya spektrum yang melimpah, namun juga menghadirkan serangkaian tantangan desain yang sangat berbeda.
Sistem komunikasi 5G mendapat manfaat dari penelitian bertahun-tahun yang awalnya dilakukan oleh perusahaan pertahanan. Misalnya, teknologi antena array bertahap yang berasal dari bidang pertahanan nasional dapat mencapai pemindaian sinar dan pelacakan sinkron multi-target, dan kini diadopsi secara luas dalam aplikasi 5G untuk mentransmisikan beberapa aliran data secara bersamaan ke banyak pengguna. Sistem komersial semakin banyak beroperasi pada pita frekuensi seperti 28 GHz dan 39 GHz untuk mendapatkan bandwidth yang diperlukan untuk tautan multi gigabit.
Analog Devices, Inc. dan perusahaan lain memanfaatkan akumulasi keahlian gelombang milimeter mereka dalam aplikasi industri pertahanan untuk menyediakan komponen standar yang memenuhi persyaratan kinerja pertahanan dan kebutuhan manufaktur infrastruktur komersial. Teknologi pemasangan permukaan IC frekuensi tinggi yang canggih berkontribusi pada penerapan teknologi 5G dalam skala besar.
Baik 5G maupun industri pertahanan mengandalkan perangkat keras frekuensi tinggi yang canggih. Jaringan 5G dioptimalkan untuk irisan spektrum sempit tertentu guna memaksimalkan keluaran, sementara aplikasi militer seperti peperangan elektronik (EW) memerlukan bandwidth operasi yang lebih luas untuk memastikan kemampuan penginderaan spektrum. Terlepas dari perbedaan-perbedaan ini, pengembangan bandwidth modulasi yang luas di bidang 5G telah mendorong manfaat simbiosis di tingkat manufaktur.
Integrasi teknologi gelombang milimeter di bidang ini telah mencapai skala manufaktur yang diperlukan untuk penerapan komersial. Selain itu, fusi ini sangat mengurangi biaya terkait ketergantungan pada proses perakitan "chip dan kawat" batch kecil yang mahal untuk menghasilkan produk aplikasi militer.
Skala ini bergantung pada IC frekuensi radio (RFID) yang sangat terintegrasi, modul array bertahap, dan solusi pengujian yang mudah digunakan. Saat ini, solusi-solusi ini semakin banyak ditawarkan kepada perusahaan-perusahaan desain kecil, yang di masa lalu tidak memiliki anggaran atau kemampuan khusus seperti kontraktor pertahanan besar.
Promosi timbal balik ini juga membentuk infrastruktur pengujian bersama. Di masa lalu, pengujian antena array bertahap pada 28 GHz dan 39 GHz memerlukan ruang anechoic besar yang mahal. Adopsi 5G yang meluas telah mendorong pengembangan solusi pengujian OTA siap pakai yang terjangkau, yang dapat digunakan oleh perusahaan pertahanan untuk memecahkan tantangan pengembangan produk dengan cepat tanpa memerlukan investasi finansial yang besar. Popularitas blok penyusun yang tervalidasi dan dapat diterapkan secara langsung ini memungkinkan perusahaan desain dari semua ukuran untuk menggunakan gelombang milimeter sebagai subsistem yang mudah dikelola, sehingga memudahkan transformasi aplikasi gelombang milimeter yang menjanjikan dari diagram skematik menjadi perangkat keras yang dapat diterapkan.
Inovasi spektrum
Selama beberapa dekade, inovasi teknologi nirkabel telah menggunakan dua metode yang berbeda secara mendasar: mengkodekan lebih banyak informasi ke dalam setiap status sinyal (simbol) yang berbeda, atau memperluas ruang spektral yang digunakan untuk mengirimkan informasi.
Skema modulasi yang lebih sederhana memprioritaskan ketahanan dan integritas sinyal, sementara skema yang lebih kompleks meningkatkan throughput data dengan mentransmisikan lebih banyak bit per simbol. Metode modulasi dasar menggunakan sejumlah kecil informasi (seperti satu bit) untuk mewakili setiap simbol. Perancang dapat meningkatkan kinerja sistem dengan menggunakan skema modulasi yang lebih kompleks seperti QAM untuk mengkodekan lebih banyak informasi untuk setiap simbol, atau dengan mengakses saluran spektrum yang lebih luas dalam pita gelombang milimeter frekuensi lebih tinggi.
Modulasi menentukan bagaimana data dikemas ke dalam pembawa, sementara power amplifier (PA) memastikan bahwa bit data mencapai tujuan yang diinginkan. Di bidang 5G komersial, power amplifier memprioritaskan efisiensi dan linearitas dalam pita frekuensi yang ditentukan untuk mendukung array bertahap dengan throughput tinggi. Namun, dalam sistem militer, rentang frekuensi yang lebih luas dan daya yang lebih tinggi biasanya digunakan untuk meningkatkan kejelasan radar, kemampuan komunikasi satelit, dan kegunaan.
Bahkan dengan kemajuan teknologi modulasi, masih terdapat batasan mendasar pada jumlah data yang dikirim melalui pita frekuensi pembawa (FC) tertentu. Salah satu prinsip utamanya adalah bahwa throughput data berhubungan langsung dengan lebar saluran, yang merupakan bandwidth sinyal termodulasi (FBW). Untuk mencapai kecepatan transmisi data yang lebih tinggi, diperlukan saluran frekuensi pembawa yang lebih luas, seperti halnya peralihan dari jalan raya satu lajur yang padat ke jalan raya sepuluh lajur (Gambar 1).