On il əvvəl smartfonlar adətən dörd GSM tezlik diapazonunda işləyən yalnız bir neçə standartı və bəlkə də bir neçə WCDMA və ya CDMA2000 standartını dəstəkləyirdi. Seçmək üçün bu qədər az tezlik diapazonu ilə, 850/900/1800/1900 MHz diapazonlarından istifadə edən və dünyanın istənilən yerində istifadə edilə bilən “dörd diapazonlu” GSM telefonları ilə müəyyən dərəcədə qlobal vahidliyə nail olunub (yaxşı, olduqca çox).
Bu, səyahət edənlər üçün böyük bir faydadır və bütün qlobal bazar üçün yalnız bir neçə modeli (və ya bəlkə də yalnız birini) buraxmalı olan cihaz istehsalçıları üçün böyük miqyas iqtisadiyyatı yaradır. Bu günə qədər sürətlə irəliləyən GSM qlobal rouminq təmin edən yeganə simsiz giriş texnologiyası olaraq qalır. Yeri gəlmişkən, əgər bilmirsinizsə, GSM tədricən ləğv edilir.
Ada layiq olan istənilən smartfon 4G, 3G və 2G çıxışını bant genişliyi, ötürmə gücü, qəbuledicinin həssaslığı və bir çox digər parametrlər baxımından dəyişən RF interfeys tələbləri ilə dəstəkləməlidir.
Bundan əlavə, qlobal spektrin parçalanmış mövcudluğu səbəbindən 4G standartları çoxlu sayda tezlik diapazonunu əhatə edir, beləliklə, operatorlar onlardan istənilən müəyyən ərazidə mövcud olan istənilən tezliklərdə istifadə edə bilər – hazırda LTE1 standartlarında olduğu kimi ümumilikdə 50 diapazonda. Əsl “dünya telefonu” bütün bu mühitlərdə işləməlidir.
Hər hansı bir mobil radionun həll etməli olduğu əsas problem “dupleks rabitə”dir. Danışarkən eyni zamanda dinləyirik. Erkən radio sistemləri "push-to-dank" funksiyasından istifadə edirdi (bəziləri hələ də bunu edir), lakin biz telefonla danışanda qarşı tərəfin sözümüzü kəsməsini gözləyirik. Birinci nəsil (analoq) mobil qurğular yuxarı bağlantını fərqli tezlikdə ötürməklə aşağı keçidi “çaşdırmadan” qəbul etmək üçün “dupleks filtrlərdən” (və ya dupleksləşdiricilərdən) istifadə edirdilər.
Bu filtrləri daha kiçik və daha ucuz etmək erkən telefon istehsalçıları üçün böyük problem idi. GSM təqdim edildikdə, protokol qəbuledicilərin "yarım dupleks rejimində" işləyə bilməsi üçün hazırlanmışdır.
Bu, dupleksatorları aradan qaldırmağın çox ağıllı yolu idi və GSM-in sənayedə dominantlıq etməyə (və insanların bu prosesdə ünsiyyət tərzini dəyişdirməyə) qadir olan aşağı qiymətli, əsas texnologiyaya çevrilməsinə kömək edən əsas amil idi.
Android əməliyyat sisteminin ixtiraçısı Andy Rubin-in Essential telefonu Bluetooth 5.0LE, müxtəlif GSM/LTE və titan çərçivədə gizlənmiş Wi-Fi antenası daxil olmaqla ən son qoşulma xüsusiyyətlərinə malikdir.
Təəssüf ki, texniki problemlərin həllindən əldə edilmiş dərslər 3G-nin ilk günlərindəki texno-siyasi müharibələrdə tez unudulmuşdu və hazırda dominant tezlik bölgüsü dupleksləmə forması (FDD) onun fəaliyyət göstərdiyi hər bir FDD diapazonu üçün dupleksləmə tələb edir. Şübhə yoxdur ki, LTE bumu artan xərc faktorları ilə gəlir.
Bəzi lentlər Time Division Duplex və ya TDD-dən istifadə edə bilsələr də (burada radio tez ötürmə və qəbul arasında keçid edir), bu zolaqların daha az hissəsi mövcuddur. Əksər operatorlar (əsasən Asiya operatorları istisna olmaqla) 30-dan çox olan FDD diapazonuna üstünlük verirlər.
TDD və FDD spektrinin mirası, həqiqətən qlobal diapazonları boşaltmağın çətinliyi və daha çox zolaqlı 5G-nin gəlişi dupleks problemini daha da mürəkkəbləşdirir. Tədqiqat altında olan perspektivli üsullara yeni filtr əsaslı dizaynlar və özünə müdaxiləni aradan qaldırmaq qabiliyyəti daxildir.
Sonuncu həm də "parçasız" dupleksin (və ya "banddaxili tam dupleks") bir qədər perspektivli imkanını gətirir. 5G mobil rabitəsinin gələcəyində biz təkcə FDD və TDD deyil, həm də bu yeni texnologiyalar əsasında çevik dupleksi nəzərdən keçirməli ola bilərik.
Danimarkadakı Aalborg Universitetinin tədqiqatçıları ötürmə və qəbul üçün ayrı-ayrı antenalardan istifadə edən (səhifə 18-də təsvirə baxın) və bu antenaları (aşağı performanslı) fərdiləşdirilə bilən antenalarla birləşdirən “Smart Antenna Front End” (SAFE)2-3 arxitekturasını işləyib hazırlayıblar. İstədiyiniz ötürmə və qəbul izolyasiyasına nail olmaq üçün filtrləmə.
Performans təsirli olsa da, iki antena ehtiyacı böyük bir çatışmazlıqdır. Telefonlar daha incə və hamarlaşdıqca, antenalar üçün mövcud yer getdikcə azalır.
Mobil cihazlar həmçinin məkan multipleksasiyası (MIMO) üçün çoxlu antena tələb edir. SAFE arxitekturasına və 2×2 MIMO dəstəyinə malik mobil telefonlar yalnız dörd antena tələb edir. Bundan əlavə, bu filtrlərin və antenaların tənzimləmə diapazonu məhduddur.
Beləliklə, qlobal mobil telefonlar da bütün LTE tezlik diapazonlarını (450 MHz-dən 3600 MHz-ə qədər) əhatə etmək üçün bu interfeys arxitekturasını təkrarlamalı olacaqlar ki, bu da daha çox antena, daha çox antenna tüneri və daha çox filtr tələb edir ki, bu da bizi tez-tez verilən suallara qaytarır. komponentlərin təkrarlanması səbəbindən çoxzolaqlı əməliyyat.
Planşet və ya noutbukda daha çox antenanın quraşdırılması mümkün olsa da, bu texnologiyanı smartfonlar üçün uyğunlaşdırmaq üçün fərdiləşdirmə və/yaxud miniatürləşdirmə sahəsində əlavə irəliləyişlərə ehtiyac var.
Elektrik balanslaşdırılmış dupleks simli telefoniyanın ilk günlərindən istifadə edilmişdir17. Telefon sistemində mikrofon və qulaqlıq telefon xəttinə qoşulmalı, lakin bir-birindən təcrid olunmalıdır ki, istifadəçinin öz səsi daha zəif daxil olan səs siqnalını eşitməsin. Bu, elektron telefonların meydana çıxmasından əvvəl hibrid transformatorlardan istifadə etməklə əldə edilmişdir.
Aşağıdakı şəkildə göstərilən dupleks sxem, ötürmə xəttinin empedansına uyğunlaşmaq üçün eyni dəyərə malik bir rezistordan istifadə edir ki, mikrofondan gələn cərəyan transformatora daxil olduqda parçalanır və əsas sarğıdan əks istiqamətlərə axır. Maqnit axınları effektiv şəkildə ləğv edilir və ikincil bobində heç bir cərəyan induksiya olunmur, beləliklə, ikincil rulon mikrofondan təcrid olunur.
Bununla belə, mikrofondan gələn siqnal yenə də telefon xəttinə (bir qədər itki ilə də olsa) gedir və telefon xəttinə daxil olan siqnal yenə də dinamikə gedir (həmçinin müəyyən itki ilə), eyni telefon xəttində ikitərəfli əlaqə yaratmağa imkan verir. . . Metal tel.
Radio balanslaşdırılmış dupleksator telefon dupleksləyicisinə bənzəyir, lakin Şəkil B-də göstərildiyi kimi mikrofon, telefon və telefon naqili əvəzinə müvafiq olaraq ötürücü, qəbuledici və antena istifadə olunur.
Ötürücüyü qəbuledicidən təcrid etməyin üçüncü yolu, özünə müdaxiləni (SI) aradan qaldırmaq və bununla da ötürülən siqnalı qəbul edilmiş siqnaldan çıxarmaqdır. Onilliklər ərzində radar və yayımda tıxanma üsullarından istifadə edilir.
Məsələn, 1980-ci illərin əvvəllərində Plessy yarım-dupleks analoq FM hərbi rabitə şəbəkələrinin diapazonunu genişləndirmək üçün “Groundsat” adlı SI kompensasiya əsaslı məhsulu inkişaf etdirdi və bazara çıxardı4-5.
Sistem tam dupleks təkkanal təkrarlayıcı rolunu oynayır və bütün iş sahəsində istifadə olunan yarım dupleks radioların effektiv diapazonunu genişləndirir.
Əsasən qısa mənzilli rabitə (mobil və Wi-Fi) tendensiyası səbəbindən öz-özünə müdaxilənin qarşısının alınmasına son zamanlar maraq olmuşdur ki, bu da aşağı ötürmə gücü və istehlakçıların istifadəsi üçün daha yüksək enerji qəbulu səbəbindən SI-nin yatırılması problemini daha idarə edilə bilən edir. . Simsiz Giriş və Əsas Tətbiqlər 6-8.
Apple iPhone (Qualcomm-un köməyi ilə) bir çipdə 16 LTE diapazonunu dəstəkləyən dünyanın ən yaxşı simsiz və LTE imkanlarına malikdir. Bu o deməkdir ki, GSM və CDMA bazarlarını əhatə etmək üçün yalnız iki SKU istehsal edilməlidir.
Müdaxilə mübadiləsi olmayan dupleks tətbiqlərdə, öz-özünə müdaxilənin qarşısının alınması yuxarı və aşağı əlaqənin eyni spektr resurslarını paylaşmasına icazə verməklə spektrin səmərəliliyini artıra bilər9,10. Öz-özünə müdaxilənin qarşısının alınması üsullarından FDD üçün xüsusi dupleksatorlar yaratmaq üçün də istifadə edilə bilər.
Ləğvetmənin özü adətən bir neçə mərhələdən ibarətdir. Antena və ötürücü arasında istiqamətləndirici şəbəkə ötürülən və qəbul edilən siqnallar arasında birinci səviyyəni ayırır. İkincisi, qəbul edilən siqnalda qalan daxili səs-küyü aradan qaldırmaq üçün əlavə analoq və rəqəmsal siqnal emalından istifadə olunur. Birinci mərhələdə ayrı bir anten (SAFE-də olduğu kimi), hibrid transformator (aşağıda təsvir edilmişdir) istifadə edilə bilər;
Ayrılmış antenaların problemi artıq təsvir edilmişdir. Sirkulyatorlar adətən dar zolaqlıdır, çünki onlar kristalda ferromaqnit rezonansdan istifadə edirlər. Bu hibrid texnologiya və ya Elektrik Balanslı İzolyasiya (EBI), genişzolaqlı və potensial olaraq çipə inteqrasiya oluna bilən perspektivli texnologiyadır.
Aşağıdakı şəkildə göstərildiyi kimi, ağıllı antenanın ön dizaynı biri ötürmə, digəri qəbul üçün iki dar zolaqlı tənzimlənə bilən antenadan və bir cüt aşağı performanslı, lakin tənzimlənən dupleks filtrlərdən istifadə edir. Fərdi antenalar yalnız aralarındakı yayılma itkisi bahasına bəzi passiv izolyasiya təmin etmir, həm də məhdud (lakin tənzimlənə bilən) ani bant genişliyinə malikdir.
Ötürücü antenna yalnız ötürmə tezlik diapazonunda, qəbul edən antenna isə yalnız qəbul tezlik diapazonunda effektiv işləyir. Bu halda, antenanın özü də filtr rolunu oynayır: diapazondan kənar Tx emissiyaları ötürücü antenna tərəfindən zəiflədilir və Tx diapazonunda özünümüdaxilə qəbuledici antenna tərəfindən zəiflədilir.
Buna görə də, memarlıq antenanın tənzimlənən olmasını tələb edir ki, bu da anten tənzimləmə şəbəkəsindən istifadə etməklə əldə edilir. Anten tənzimləmə şəbəkəsində bəzi qaçılmaz daxiletmə itkisi var. Bununla belə, MEMS18 tənzimlənən kondansatörlərdə son nailiyyətlər bu cihazların keyfiyyətini əhəmiyyətli dərəcədə yaxşılaşdırdı və bununla da itkiləri azaldıb. Rx daxiletmə itkisi təqribən 3 dB təşkil edir ki, bu da SAW dupleksləyicisinin və açarının ümumi itkiləri ilə müqayisə edilə bilər.
Antena əsaslı izolyasiya daha sonra antenadan 25 dB və filtrdən 25 dB izolyasiyaya nail olmaq üçün MEM3 tənzimlənən kondansatörlərə əsaslanan tənzimlənən filtrlə tamamlanır. Prototiplər buna nail ola biləcəyini nümayiş etdirdi.
Akademiyada və sənayedə bir neçə tədqiqat qrupu dupleks çap üçün hibridlərin istifadəsini araşdırır11-16. Bu sxemlər bir antenadan eyni vaxtda ötürmə və qəbula icazə verməklə, lakin ötürücü və qəbuledicini təcrid etməklə SI-ni passiv şəkildə aradan qaldırır. Onlar təbiətdə genişzolaqlıdır və çipdə həyata keçirilə bilər ki, bu da onları mobil cihazlarda tezliklərin duplekslənməsi üçün cəlbedici seçim edir.
Son nailiyyətlər göstərdi ki, EBI istifadə edən FDD ötürücüləri daxiletmə itkisi, səs-küy rəqəmi, qəbuledici xətti və mobil tətbiqlər üçün uyğun olan bloklama yatırma xüsusiyyətləri ilə CMOS-dan (Tamamlayıcı Metal Oksid Yarımkeçirici) istehsal edilə bilər11,12,13. Bununla belə, akademik və elmi ədəbiyyatdakı çoxsaylı nümunələrin göstərdiyi kimi, dupleks izolyasiyaya təsir edən əsas məhdudiyyət var.
Radio antenanın empedansı sabit deyil, işləmə tezliyinə (antenanın rezonansına görə) və vaxta (dəyişən mühitlə qarşılıqlı təsirə görə) dəyişir. Bu o deməkdir ki, balanslaşdırma empedansı empedans dəyişikliklərini izləmək üçün uyğunlaşmalıdır və tezlik domenindəki dəyişikliklərə görə ayrılan bant genişliyi məhduddur13 (Şəkil 1-ə baxın).
Bristol Universitetindəki işimiz tələb olunan göndərmə/qəbul izolyasiyasının və ötürmə qabiliyyətinin real dünyada istifadə hallarında əldə edilə biləcəyini nümayiş etdirmək üçün bu performans məhdudiyyətlərinin araşdırılmasına və həllinə yönəlmişdir.
Antenanın empedansının dəyişməsini (izolyasiyaya ciddi təsir göstərən) aradan qaldırmaq üçün adaptiv alqoritmimiz real vaxt rejimində antenanın empedansını izləyir və sınaq göstərdi ki, performans istifadəçi əllə qarşılıqlı əlaqə və yüksək sürətli yol və dəmir yolu da daxil olmaqla müxtəlif dinamik mühitlərdə saxlanıla bilər. səyahət.
Əlavə olaraq, tezlik domenində məhdud antenna uyğunluğunu aradan qaldırmaq, bununla da bant genişliyini və ümumi izolyasiyanı artırmaq üçün biz öz-özünə müdaxiləni daha da aradan qaldırmaq üçün bastırma siqnalı yaratmaq üçün ikinci ötürücüdən istifadə edərək, elektrik balanslı duplekseri əlavə aktiv SI bastırma ilə birləşdiririk. (Şəkil 2-ə baxın).
Test yatağımızın nəticələri ümidvericidir: EBD ilə birləşdirildikdə, aktiv texnologiya Şəkil 3-də göstərildiyi kimi ötürmə və qəbuletmə izolyasiyasını əhəmiyyətli dərəcədə yaxşılaşdıra bilər.
Son laboratoriya quraşdırmamız aşağı qiymətli mobil cihaz komponentlərindən (mobil telefonun güc gücləndiriciləri və antenaları) istifadə edir və bu, onu mobil telefon tətbiqlərinin nümayəndəsi edir. Üstəlik, ölçmələrimiz göstərir ki, bu tip iki mərhələli özünə müdaxilənin rədd edilməsi aşağı qiymətli, kommersiya dərəcəli avadanlıqdan istifadə edərkən belə yuxarı və aşağı keçid tezlik diapazonlarında tələb olunan dupleks izolyasiyanı təmin edə bilər.
Mobil cihazın maksimum diapazonda aldığı siqnal gücü onun ötürdüyü siqnal gücündən 12 dərəcə aşağı olmalıdır. Time Division Duplex-də (TDD) dupleks dövrə sadəcə antenanı ötürücü və ya qəbulediciyə birləşdirən açardır, buna görə də TDD-də dupleksləyici sadə keçiddir. FDD-də ötürücü və qəbuledici eyni vaxtda işləyir və dupleksator qəbuledicini ötürücünün güclü siqnalından təcrid etmək üçün filtrlərdən istifadə edir.
Hüceyrəvi FDD ön ucundakı dupleksator, Tx siqnalları ilə qəbuledicinin həddən artıq yüklənməsinin qarşısını almaq üçün yuxarı keçid zolağında >~50 dB izolyasiya və diapazondan kənar ötürülmənin qarşısını almaq üçün aşağı keçid diapazonunda >~50 dB izolyasiya təmin edir. Azaldılmış qəbuledici həssaslığı. Rx diapazonunda ötürmə və qəbul yollarında itkilər minimaldır.
Tezliklərin yalnız bir neçə faizlə ayrıldığı bu aşağı itkili, yüksək izolyasiya tələbləri yüksək Q filtrasiyasını tələb edir, bu günə qədər yalnız səth akustik dalğası (SAW) və ya bədən akustik dalğası (BAW) cihazlarından istifadə etməklə əldə edilə bilər.
Texnologiya inkişaf etməyə davam etsə də, böyük ölçüdə tələb olunan cihazların sayının artması sayəsində çoxzolaqlı əməliyyat Şəkil A-da göstərildiyi kimi hər bir zolaq üçün ayrıca çipdənkənar dupleks filtr deməkdir. Bütün açarlar və marşrutlaşdırıcılar həmçinin əlavə funksionallıq əlavə edir. performans cəzaları və güzəştlər.
Mövcud texnologiyaya əsaslanan sərfəli qlobal telefonları istehsal etmək çox çətindir. Nəticədə yaranan radio arxitekturası çox böyük, itkili və bahalı olacaq. İstehsalçılar müxtəlif regionlarda lazım olan müxtəlif zolaqlar kombinasiyası üçün çoxlu məhsul variantları yaratmalı olurlar ki, bu da qeyri-məhdud qlobal LTE rouminqini çətinləşdirir. GSM-in üstünlüyünə səbəb olan miqyas iqtisadiyyatlarına nail olmaq getdikcə çətinləşir.
Yüksək məlumat sürəti mobil xidmətlərinə artan tələbat 4G mobil şəbəkələrinin 50 tezlik diapazonunda yerləşdirilməsinə gətirib çıxardı, 5G tam müəyyən edildikdə və geniş şəkildə tətbiq olunduqca daha çox diapazon gələcək. RF interfeysinin mürəkkəbliyinə görə, cari filtrə əsaslanan texnologiyalardan istifadə edərək bütün bunları bir cihazda əhatə etmək mümkün deyil, ona görə də fərdiləşdirilə bilən və yenidən konfiqurasiya edilə bilən RF sxemləri tələb olunur.
İdeal olaraq, dupleks problemini həll etmək üçün yeni yanaşma lazımdır, bəlkə də tənzimlənən filtrlər və ya öz-özünə müdaxilənin qarşısının alınması və ya hər ikisinin birləşməsi əsasında.
Xərc, ölçü, performans və səmərəliliyin bir çox tələblərinə cavab verən vahid yanaşmamız olmasa da, bəlkə də tapmacanın parçaları bir araya gələcək və bir neçə ildən sonra cibinizdə olacaq.
SI bastırma ilə EBD kimi texnologiyalar eyni vaxtda hər iki istiqamətdə eyni tezlikdən istifadə imkanını aça bilər ki, bu da spektral səmərəliliyi əhəmiyyətli dərəcədə yaxşılaşdıra bilər.
Göndərmə vaxtı: 24 sentyabr 2024-cü il