Он жыл мурун, смартфондор, адатта, төрт GSM жыштык тилкесинде иштеген бир нече стандарттарды жана балким, бир нече WCDMA же CDMA2000 стандарттарын колдошкон. Тандоо үчүн ушунчалык аз жыштык тилкелери менен, 850/900/1800/1900 МГц тилкелерин колдонгон жана дүйнөнүн каалаган жеринде колдонулушу мүмкүн болгон "төрт тилкелүү" GSM телефондору менен белгилүү бир деңгээлде глобалдык бирдейликке жетишилди (жакшы, абдан көп).
Бул саякатчылар үчүн чоң пайда жана бүткүл дүйнөлүк рынок үчүн бир нече моделди (же балким бир гана) чыгарышы керек болгон түзмөк өндүрүүчүлөрү үчүн чоң экономиканы түзөт. Бүгүнкү күнгө чейин, GSM глобалдык роумингди камсыз кылган жалгыз зымсыз кирүү технологиясы бойдон калууда. Айтмакчы, эгер билбесеңиз, GSM акырындык менен жоюлуп жатат.
Атка татыктуу болгон смартфон 4G, 3G жана 2G мүмкүнчүлүгүн колдоого алышы керек, өткөрүү жөндөмдүүлүгү, өткөрүү кубаттуулугу, ресивердин сезгичтиги жана башка көптөгөн параметрлер боюнча ар кандай RF интерфейсинин талаптары.
Кошумчалай кетсек, глобалдык спектрдин бытыранды болушуна байланыштуу, 4G стандарттары көп сандагы жыштык тилкелерин камтыйт, ошондуктан операторлор аларды каалаган аймакта жеткиликтүү каалаган жыштыктарда колдоно алышат – учурда LTE1 стандарттарындагыдай жалпысынан 50 тилке. Чыныгы "дүйнөлүк телефон" бул чөйрөлөрдүн бардыгында иштеши керек.
Ар бир уюлдук радио чечиши керек болгон негизги маселе - бул "дуплекстүү байланыш". Сүйлөгөнүбүз менен бир убакта угабыз. Алгачкы радио тутумдар push-to talk функциясын колдонушкан (айрымдары дагы деле колдонушат), бирок биз телефондо сүйлөшкөнүбүздө, биз башка адам бизге тоскоолдук кылышын күтөбүз. Биринчи муундагы (аналогдук) уюлдук аппараттар "дуплекстүү чыпкаларды" (же дуплексерлерди) башка жыштыктагы жогорку байланышты берүү аркылуу "таң калтырбай" кабыл алуу үчүн колдонушкан.
Бул чыпкаларды кичирейтүү жана арзандатуу алгачкы телефон өндүрүүчүлөр үчүн чоң көйгөй болгон. GSM киргизилгенде, протокол кабыл алгычтар "жарым дуплекс режиминде" иштеши үчүн иштелип чыккан.
Бул дуплексерлерди жок кылуунун абдан акылдуу жолу болгон жана GSMдин өнөр жайда үстөмдүк кылууга (жана процессте адамдардын баарлашуу ыкмасын өзгөртүүгө) жөндөмдүү арзан, негизги технологияга айлануусуна жардам берген негизги фактор болгон.
Android операциялык тутумунун ойлоп табуучусу Энди Рубиндин Essential телефону Bluetooth 5.0LE, ар кандай GSM/LTE жана титан рамкасында катылган Wi-Fi антеннасын камтыган эң акыркы туташуу функцияларын камтыйт.
Тилекке каршы, техникалык көйгөйлөрдү чечүүдөн алынган сабактар 3Gнин алгачкы күндөрүндөгү техно-саясий согуштарда тез эле унутулуп калган жана жыштыктарды бөлүштүрүүнүн (FDD) азыркы үстөмдүк кылуучу формасы ал иштеген ар бир FDD тилкеси үчүн дуплексерди талап кылат. LTE буму кымбаттаган чыгымдардын факторлору менен келери шексиз.
Кээ бир тилкелер Time Division Duplex же TDD (радио берүү жана кабыл алуу ортосунда тез которулат) колдонсо да, бул тилкелердин азыраактары бар. Көпчүлүк операторлор (негизинен азиялыктарды кошпогондо) FDD диапазонун жактырышат, алардын 30дан ашыгы бар.
TDD жана FDD спектринин мурасы, чыныгы глобалдык тилкелерди бошотуунун кыйынчылыгы жана көбүрөөк тилкелер менен 5Gдин пайда болушу дуплекстүү көйгөйдү ого бетер татаалдаштырат. Териштирилип жаткан келечектүү ыкмалар жаңы чыпкага негизделген конструкцияларды жана өзүн өзү кийлигишүүнү жок кылуу мүмкүнчүлүгүн камтыйт.
Акыркысы ошондой эле "фрагментсиз" дуплекстин (же "топто толук дуплекстин") бир аз келечектүү мүмкүнчүлүгүн алып келет. 5G мобилдик байланышынын келечегинде биз FDD жана TDD гана эмес, ушул жаңы технологиялардын негизинде ийкемдүү дуплексти да карап чыгышыбыз керек.
Даниядагы Олборг университетинин изилдөөчүлөрү "Smart Antenna Front End" (SAFE)2-3 архитектурасын иштеп чыгышты, ал берүү жана кабыл алуу үчүн өзүнчө антенналарды колдонгон (18-беттеги сүрөттү караңыз) жана бул антенналарды (төмөн өндүрүмдүүлүк) менен айкалыштырышат. каалаган берүү жана кабыл алуу изоляцияга жетүү үчүн чыпкалоо.
Аткаруу таасирдүү болгону менен, эки антеннага муктаждык чоң кемчилик болуп саналат. Телефондор ичке жана жылмакай болгон сайын, антенналар үчүн бош орун азайып баратат.
Мобилдик түзүлүштөр мейкиндиктик мультиплекстөө (MIMO) үчүн бир нече антеннаны талап кылат. SAFE архитектурасы жана 2×2 MIMO колдоосу менен уюлдук телефондор төрт гана антеннаны талап кылат. Мындан тышкары, бул чыпкалардын жана антенналардын тюнинг диапазону чектелген.
Ошентип, глобалдык уюлдук телефондор да бардык LTE жыштык тилкелерин (450 МГцден 3600 МГцке чейин) камтуу үчүн бул интерфейстин архитектурасын кайталашы керек, бул көбүрөөк антенналарды, көбүрөөк антенна тюнерлерин жана дагы көп чыпкаларды талап кылат, бул бизди көп берилүүчү суроолорго кайтарат. компоненттердин кайталанышынан улам көп тилкелүү иштөө.
Планшетке же ноутбукка көбүрөөк антенналарды орнотууга болот да, бул технологияны смартфондорго ылайыктуу кылуу үчүн ыңгайлаштыруу жана/же кичирейтүү боюнча мындан аркы прогресс керек.
Электрдик тең салмактуу дуплекс зым телефониясынын алгачкы күндөрүнөн бери колдонулуп келет17. Телефон тутумунда микрофон жана наушник телефон линиясына туташтырылышы керек, бирок колдонуучунун өзүнүн үнү алсызыраак келген аудио сигналды укпаш үчүн бири-биринен обочолонгон болушу керек. Бул электрондук телефондор пайда болгонго чейин гибриддик трансформаторлорду колдонуу менен жетишилген.
Төмөндөгү сүрөттө көрсөтүлгөн дуплекстүү схема электр өткөргүч линиясынын импедансына дал келүү үчүн бирдей маанидеги резисторду колдонот, андыктан микрофондон келген ток трансформаторго киргенде экиге бөлүнүп, биринчилик катушка аркылуу карама-каршы багытта агып кетет. Магниттик агым эффективдүү түрдө жокко чыгарылат жана экинчилик катушкада ток индукцияланбайт, ошондуктан экинчи катушка микрофондон обочолонгон.
Бирок микрофондон келген сигнал мурдагыдай эле телефон линиясына барат (бир аз жоготуу менен болсо да), ал эми телефон линиясындагы кирүүчү сигнал мурдагыдай эле динамикке (бир аз жоготуу менен) барып, ошол эле телефон линиясында эки тараптуу байланышты камсыз кылат. . . Металл зым.
Радио балансталган дуплексер телефондук дуплексерге окшош, бирок микрофондун, телефон аппаратынын жана телефон зымынын ордуна, тиешелүүлүгүнө жараша, Б сүрөттө көрсөтүлгөндөй, өткөргүч, кабыл алгыч жана антенна колдонулат.
Өткөргүчтү кабыл алгычтан изоляциялоонун үчүнчү жолу - бул өзүнөн өзү кийлигишүүнү (СИ) жок кылуу, ошону менен кабыл алынган сигналдан берилген сигналды алып салуу. Бүтүрүү ыкмалары ондогон жылдар бою радарда жана телерадиоберүүдө колдонулуп келет.
Мисалы, 1980-жылдардын башында, Plessy жарым дуплекстүү аналогдук FM аскердик байланыш түйүндөрүнүн диапазонун кеңейтүү үчүн "Groundsat" деп аталган SI компенсацияга негизделген продуктуну иштеп чыгып, саткан.
Система толук дуплекстүү бир каналдуу ретранслятордун ролун аткарат, бүт жумуш аймагында колдонулган жарым дуплекстүү радиолордун эффективдүү диапазонун кеңейтет.
Соңку убакта өз алдынча кийлигишүүнү токтотууга кызыгуу пайда болду, бул негизинен кыска аралыктагы байланыштарга (уюлдук жана Wi-Fi) тенденцияга байланыштуу, бул SI бөгөттөө көйгөйүн азыраак берүү кубаттуулугунун жана керектөөчүлөрдүн пайдалануусу үчүн кубаттуулуктун көбүрөөк кабыл алуусунан улам башкарылуучу кылат. . Зымсыз мүмкүндүк алуу жана кайра жүктөө тиркемелери 6-8.
Apple компаниясынын iPhone телефону (Qualcomm жардамы менен) дүйнөдөгү эң мыкты зымсыз жана LTE мүмкүнчүлүктөрүнө ээ, ал бир чипте 16 LTE тилкесин колдойт. Бул GSM жана CDMA рынокторун жабуу үчүн эки гана SKU өндүрүлүшү керек дегенди билдирет.
Тоскоолдуктарды бөлүшүүсүз дуплекстүү тиркемелерде, өзүн-өзү тоскоол кылуу спектрдин эффективдүүлүгүн жогорулатат жана жогору жана төмөн шилтемеге бирдей спектр ресурстарын бөлүшүүгө мүмкүндүк берет9,10. Өзүн-өзү тоскоол кылуу ыкмаларын FDD үчүн ыңгайлаштырылган дуплексерлерди түзүү үчүн да колдонсо болот.
Жокко чыгаруунун өзү, адатта, бир нече этаптан турат. Антенна менен трансивердин ортосундагы багыттуу тармак берилген жана кабыл алынган сигналдардын ортосундагы бөлүнүүнүн биринчи деңгээлин камсыз кылат. Экинчиден, кошумча аналогдук жана санариптик сигналды иштетүү кабыл алынган сигналда калган ички ызы-чууну жок кылуу үчүн колдонулат. Биринчи этапта өзүнчө антенна (SAFE сыяктуу), гибриддик трансформатор (төмөндө сүрөттөлгөн) колдонулушу мүмкүн;
Бөлүнгөн антенналардын көйгөйү буга чейин айтылган. Циркуляторлор адатта тар тилкелүү, анткени алар кристаллда ферромагниттик резонансты колдонушат. Бул гибриддик технология, же Электрдик балансталган изоляция (EBI) - кең тилкелүү жана чипке потенциалдуу интеграцияланган келечектүү технология.
Төмөнкү сүрөттө көрсөтүлгөндөй, акылдуу антеннанын алдыңкы дизайны эки тар тилкелүү жөндөлүүчү антеннаны, бири берүү жана экинчиси кабыл алуу үчүн жана бир жуп натыйжалуулугу төмөн, бирок жөндөлүүчү дуплекстүү чыпкаларды колдонот. Жеке антенналар алардын ортосундагы таралуу жоготууларынын эсебинен пассивдүү изоляцияны гана камсыз кылбастан, ошондой эле чектелген (бирок жөнгө салынуучу) заматта өткөрүү жөндөмдүүлүгүнө ээ.
Берүүчү антенна берүү жыштык тилкесинде гана эффективдүү иштейт, ал эми кабыл алуучу антенна кабыл алуу жыштык тилкесинде гана эффективдүү иштейт. Бул учурда антенна өзү да фильтрдин ролун аткарат: тилкеден тышкаркы Tx эмиссиясы берүүчү антенна тарабынан, ал эми Tx тилкесиндеги өз алдынча интерференция кабыл алуучу антенна тарабынан басаңдатылат.
Ошондуктан, архитектура антеннаны тюнинг тармагын колдонуу менен жетишилет. Антеннаны тюнинг тармагында сөзсүз түрдө киргизүү жоготуулары бар. Бирок, MEMS18 жөнгө салынуучу конденсаторлордогу акыркы жетишкендиктер бул түзүлүштөрдүн сапатын бир топ жакшыртып, жоготууларды азайтты. Rx киргизүү жоготуу болжол менен 3 дБ, бул SAW дуплексеринин жана коммутаторунун жалпы жоготуулары менен салыштырууга болот.
Андан кийин антеннага негизделген изоляция, антеннадан 25 дБ изоляцияга жана чыпкадан 25 дБ изоляцияга жетүү үчүн MEM3 жөндөлүүчү конденсаторлорго негизделген жөндөөчү чыпка менен толукталат. Прототиптер буга жетишүүгө болорун көрсөттү.
Академиядагы жана өнөр жайдагы бир нече изилдөө топтору дуплекстүү басып чыгаруу үчүн гибриддерди колдонууну изилдеп жатышат11–16. Бул схемалар бир антеннадан бир эле учурда берүү жана кабыл алуу, бирок өткөргүч менен кабыл алгычты изоляциялоо менен СИди пассивдүү түрдө жок кылат. Алар кең тилкелүү мүнөзгө ээ жана чипте ишке ашырылышы мүмкүн, бул аларды мобилдик түзмөктөрдө жыштыкты дуплекстөө үчүн жагымдуу вариант кылат.
Акыркы жетишкендиктер EBIди колдонгон FDD transceivers CMOS (кошумча металл оксид жарым өткөргүч) өндүрүлгөн болушу мүмкүн экенин көрсөттү киргизүү жоготуу, ызы-фигурасы, кабыл алуучу сызыктуу жана бөгөттөөчү басуу мүнөздөмөлөрү уюлдук колдонмолор үчүн ылайыктуу 11,12,13. Бирок, академиялык жана илимий адабияттардагы көптөгөн мисалдар көрсөткөндөй, дуплекстүү обочолонууга таасир этүүчү негизги чектөөлөр бар.
Радио антеннанын импедансы туруктуу эмес, иштөө жыштыгына (антеннанын резонансына байланыштуу) жана убакытка (өзгөрүүчү чөйрө менен өз ара аракеттенүүгө байланыштуу) өзгөрөт. Бул балансташтыруучу импеданс импеданстын өзгөрүшүнө ыңгайлашуусу керек дегенди билдирет, ал эми ажыратуу өткөрүү жөндөмдүүлүгү жыштык домениндеги өзгөрүүлөргө байланыштуу чектелген13 (1-сүрөттү караңыз).
Бристол университетиндеги биздин ишибиз бул аткаруу чектөөлөрүн иликтөөгө жана чечүүгө багытталган, бул талап кылынган жөнөтүү/кабыл алуу изоляциясын жана өткөрүү жөндөмдүүлүгүн реалдуу дүйнөдө колдонуу учурларында жетишүүгө болорун көрсөтүү.
Антенналардын импеданстарынын өзгөрүүсүн (обочолонууга катуу таасир этүүчү) жеңүү үчүн, биздин адаптациялоочу алгоритмибиз антеннанын импедансын реалдуу убакыт режиминде көзөмөлдөйт жана тестирлөө аткарууну ар кандай динамикалык чөйрөлөрдө, анын ичинде колдонуучу колу менен болгон өз ара аракеттенүүнү жана жогорку ылдамдыктагы автомобиль жана темир жолду сактоого болорун көрсөттү. саякат.
Кошумчалай кетсек, жыштык домениндеги чектелген антеннанын дал келишин жеңүү, ошону менен өткөрүү жөндөмдүүлүгүн жана жалпы изоляцияны жогорулатуу үчүн, биз электрдик тең салмактуу дуплексерди кошумча активдүү SI басуусу менен бириктиребиз, андан ары өзүн-өзү бөгөт коюу үчүн басуу сигналын түзүү үчүн экинчи өткөргүчтү колдонобуз. (2-сүрөттү караңыз).
Биздин тестирлөөнүн натыйжалары кубандырат: EBD менен айкалышканда, активдүү технология 3-сүрөттө көрсөтүлгөндөй, обочолонууну жана берүүнү кыйла жакшыртат.
Биздин акыркы лабораториябыз арзан баадагы мобилдик аппараттын компоненттерин (уюлдук телефондун кубаттуулугун күчөткүчтөрү жана антенналары) колдонот, бул аны уюлдук телефонду ишке ашыруунун өкүлү кылат. Мындан тышкары, биздин өлчөөлөр көрсөткөндөй, эки этаптуу өзүн-өзү кийлигишүүнү четке кагуунун бул түрү төмөн баадагы, коммерциялык класстагы жабдууларды колдонгондо да, өйдө жана төмөн жыштык тилкелеринде талап кылынган дуплекстүү изоляцияны камсыз кыла алат.
Уюлдук аппарат максималдуу диапазондо алган сигналдын күчү ал өткөргөн сигналдын күчүнөн 12 даража төмөн болушу керек. Убакытты бөлүштүрүү дуплексинде (TDD) дуплекстүү схема антеннаны өткөргүчкө же кабыл алгычка туташтыруучу жөн гана өчүргүч болуп саналат, ошондуктан TDDдеги дуплексер жөнөкөй которгуч болуп саналат. FDDде өткөргүч жана кабыл алгыч бир убакта иштешет, ал эми дуплексер кабыл алгычты өткөргүчтүн күчтүү сигналынан обочолонтуу үчүн чыпкаларды колдонот.
Уюлдук FDD алдыңкы бөлүгүндөгү дуплексер Tx сигналдары менен кабыл алгычтын ашыкча жүктөлүшүнө жол бербөө үчүн өйдө байланыш тилкесинде >~50 дБ изоляцияны жана тилкеден тышкары өткөрүүнү болтурбоо үчүн ылдый байланыш тилкесинде >~50 дБ изоляцияны камсыз кылат. Алуучунун сезгичтиги төмөндөтүлгөн. Rx тилкесинде берүү жана кабыл алуу жолдорундагы жоготуулар минималдуу.
Жыштыктар бир нече пайызга гана бөлүнгөн бул аз жоготуу, жогорку изоляция талаптары жогорку Q чыпкалоону талап кылат, буга чейин жер үстүндөгү акустикалык толкун (SAW) же дене акустикалык толкун (BAW) түзмөктөрүн колдонуу менен гана жетишүүгө болот.
Технология өнүгүүнү улантууда, негизинен талап кылынган көп сандагы түзмөктөрдүн эсебинен өнүгүү менен, көп диапазондуу иштөө А-сүрөтүндө көрсөтүлгөндөй, ар бир тилке үчүн өзүнчө чиптен тышкары дуплекс чыпкасын билдирет. Бардык өчүргүчтөр жана роутерлор ошондой эле кошумча функцияларды кошот. аткаруу жазалары жана алмаштыруу.
Учурдагы технологияга негизделген жеткиликтүү дүйнөлүк телефондорду өндүрүү өтө кыйын. Натыйжада радио архитектура абдан чоң, жоготуу жана кымбат болот. Өндүрүүчүлөр чексиз глобалдык LTE роумингди кыйындатып, ар кайсы аймактарда керектүү тилкелердин ар кандай комбинациялары үчүн продуктунун бир нече варианттарын түзүшү керек. GSM үстөмдүгүнө алып келген масштабдуу экономикага жетүү барган сайын кыйын болуп баратат.
Жогорку ылдамдыктагы мобилдик кызматтарга суроо-талаптын өсүшү 4G мобилдик тармактарын 50 жыштык тилкесинде жайылтууга алып келди, 5G толугу менен аныкталып, кеңири жайылтылгандыктан, андан да көп тилкелер пайда болот. RF интерфейсинин татаалдыгына байланыштуу, учурдагы чыпкага негизделген технологияларды колдонуу менен мунун баарын бир түзүлүштө камтуу мүмкүн эмес, ошондуктан өзгөчөлөштүрүлүүчү жана кайра конфигурациялануучу RF схемалары талап кылынат.
Идеалында, дуплекстүү көйгөйдү чечүү үчүн жаңы ыкма керек, балким, жөндөөчү чыпкаларга же өзүн-өзү кийлигишүүгө бөгөт коюуга же экөөнүн кандайдыр бир комбинациясына негизделген.
Бизде азырынча чыгаша, көлөм, аткаруу жана эффективдүүлүк боюнча көптөгөн талаптарга жооп берген бирдиктүү ыкма жок болсо да, балким, табышмактын бөлүктөрү чогулуп, бир нече жылдан кийин чөнтөгүңүздө болот.
SI басуусу менен EBD сыяктуу технологиялар бир эле жыштыкты бир эле учурда эки багытта колдонуу мүмкүнчүлүгүн ачат, бул спектралдык эффективдүүлүктү кыйла жакшыртат.
Посттун убактысы: 24-сентябрь 2024