Sapuluh taun ka tukang, smartphone ilaharna ngarojong ngan sababaraha standar operasi dina opat pita frékuénsi GSM, jeung meureun sababaraha standar WCDMA atawa CDMA2000. Kalawan saeutik pisan pita frékuénsi pikeun milih tina, hiji gelar tangtu uniformity global geus kahontal kalawan "quad-band" telepon GSM, nu ngagunakeun pita 850/900/1800/1900 MHz sarta bisa dipaké di mana waé di dunya (ogé, lumayan loba).
Ieu mangrupikeun kauntungan anu ageung pikeun wisatawan sareng nyiptakeun skala ékonomi anu ageung pikeun produsén alat, anu ngan ukur kedah ngaleupaskeun sababaraha modél (atanapi ngan ukur hiji) pikeun pasar global. Teraskeun gancang dugi ka ayeuna, GSM tetep hiji-hijina téknologi aksés nirkabel anu nyayogikeun roaming global. Ku jalan kitu, upami anjeun henteu terang, GSM sacara bertahap dileungitkeun.
Sakur smartphone anu pantes namina kedah ngadukung aksés 4G, 3G sareng 2G kalayan sarat antarbeungeut RF anu béda-béda dina watesan bandwidth, kakuatan ngirimkeun, sensitipitas panarima sareng seueur parameter anu sanés.
Salaku tambahan, kusabab kasadiaan spéktrum global anu fragméntasi, standar 4G nyertakeun sajumlah ageung pita frékuénsi, ku kituna operator tiasa ngagunakeun éta dina frékuénsi anu aya di daérah anu mana waé - ayeuna 50 pita total, sapertos dina standar LTE1. "Telepon dunya" anu leres kedah dianggo dina sadaya lingkungan ieu.
Masalah konci anu kedah direngsekeun ku radio sélulér nyaéta "komunikasi duplex". Nalika urang nyarios, urang ngadangukeun dina waktos anu sami. Sistem radio awal ngagunakeun push-to-talk (sababaraha masih ngalakukeun), tapi nalika urang ngobrol dina telepon, urang ngarepkeun jalma sanés ngaganggu urang. Alat sélulér generasi kahiji (analog) ngagunakeun "filter duplex" (atanapi duplexer) pikeun nampi tautan turun tanpa "kaget" ku ngirimkeun tautan kana frékuénsi anu béda.
Ngadamel saringan ieu langkung alit sareng langkung mirah mangrupikeun tantangan utama pikeun pabrik telepon awal. Nalika GSM diwanohkeun, protokol ieu dirancang supados transceiver tiasa beroperasi dina "mode satengah duplex".
Ieu mangrupikeun cara anu pinter pikeun ngaleungitkeun duplexer, sareng mangrupikeun faktor utama pikeun ngabantosan GSM janten béaya rendah, téknologi mainstream anu tiasa ngadominasi industri (sareng ngarobih cara komunikasi masarakat dina prosésna).
Telepon ésénsial ti Andy Rubin, panemu sistem operasi Android, gaduh fitur konektipitas panganyarna kalebet Bluetooth 5.0LE, rupa-rupa GSM / LTE sareng anteneu Wi-Fi disumputkeun dina pigura titanium.
Hanjakalna, palajaran anu diajar tina ngarengsekeun masalah téknis gancang dipohokeun dina perang téknologi-politik jaman awal 3G, sareng bentuk duplexing division frekuensi (FDD) anu ayeuna dominan peryogi duplexer pikeun unggal band FDD dimana éta beroperasi . Teu aya ragu yén booming LTE hadir sareng faktor biaya naékna.
Nalika sababaraha pita tiasa nganggo Time Division Duplex, atanapi TDD (dimana radio gancang ngalih antara ngirim sareng nampi), langkung seueur pita ieu anu aya. Seuseueurna operator (iwal utamina Asia) langkung milih rentang FDD, anu aya langkung ti 30.
Warisan spéktrum TDD sareng FDD, kasusah ngabébaskeun pita anu leres-leres global, sareng munculna 5G kalayan langkung seueur pita ngajantenkeun masalah duplex langkung rumit. Métode ngajangjikeun anu ditalungtik kalebet desain dumasar-filter énggal sareng kamampuan pikeun ngaleungitkeun gangguan diri.
Anu terakhir ogé nyababkeun kamungkinan anu rada ngajangjikeun pikeun duplex "fragmentless" (atanapi "duplex full-band"). Dina masa depan komunikasi sélulér 5G, urang panginten henteu ngan ukur nganggap FDD sareng TDD, tapi ogé duplex fleksibel dumasar kana téknologi anyar ieu.
Panaliti di Universitas Aalborg di Dénmark parantos ngembangkeun arsitéktur "Smart Antenna Front End" (SAFE) 2-3 anu ngagunakeun (tingali ilustrasi dina kaca 18) anteneu misah pikeun pangiriman sareng panarimaan sareng ngagabungkeun anteneu ieu sareng (kinerja rendah) dina kombinasi sareng anu disesuaikan. nyaring pikeun ngahontal transmisi dipikahoyong tur isolasi panarimaan.
Bari kinerja nyaeta impressive, kabutuhan dua anteneu mangrupakeun aral badag. Nalika telepon beuki ipis sareng ramping, rohangan anu sayogi pikeun anteneu beuki leutik.
Alat sélulér ogé merlukeun sababaraha anteneu pikeun multiplexing spasial (MIMO). Telepon sélulér sareng arsitéktur AMAN sareng dukungan MIMO 2 × 2 ngan ukur peryogi opat anteneu. Salaku tambahan, rentang tuning saringan sareng anteneu ieu diwatesan.
Ku kituna, telepon sélulér global ogé kudu niron arsitéktur panganteur ieu pikeun nutupan sakabéh pita frékuénsi LTE (450 MHz nepi ka 3600 MHz), nu ngabutuhkeun leuwih anteneu, leuwih anteneu tuners sarta leuwih saringan, nu brings urang balik kana patarosan remen ditanya ngeunaan. operasi multi-band alatan duplikasi komponén.
Sanaos langkung seueur anteneu tiasa dipasang dina tablet atanapi laptop, kamajuan salajengna dina kustomisasi sareng / atanapi miniaturisasi diperyogikeun supados téknologi ieu cocog pikeun smartphone.
Duplex saimbang sacara éléktrik parantos dianggo ti mimiti teleponi wireline17. Dina sistem telepon, mikropon jeung earpiece kudu disambungkeun ka saluran telepon, tapi terasing ti unggal lianna sangkan sora pamaké sorangan teu pireu sinyal audio asup lemah. Ieu dihontal nganggo trafo hibrid sateuacan munculna telepon éléktronik.
Sirkuit duplex ditémbongkeun dina gambar di handap ieu ngagunakeun résistor tina nilai anu sarua pikeun cocog impedansi tina garis transmisi supados arus tina mikropon splits sakumaha eta asup trafo jeung ngalir dina arah sabalikna ngaliwatan coil primér. Fluxes magnét sacara efektif dibolaykeun sareng henteu aya arus anu ngainduksi dina coil sekundér, ku kituna coil sekundér diisolasi tina mikropon.
Sanajan kitu, sinyal ti mikropon masih asup ka saluran telepon (sanajan kalawan sababaraha leungitna), sarta sinyal asup dina saluran telepon tetep ka speaker (ogé kalawan sababaraha leungitna), sahingga komunikasi dua arah dina garis telepon nu sami. . . Kawat logam.
Duplexer saimbang radio sami sareng duplexer telepon, tapi tinimbang mikropon, handset, sareng kawat telepon, pamancar, panarima, sareng anteneu dianggo masing-masing, sapertos anu dipidangkeun dina Gambar B.
Cara katilu pikeun ngasingkeun pamancar tina panarima nyaéta ngaleungitkeun gangguan diri (SI), ku kituna ngirangan sinyal anu dikirimkeun tina sinyal anu ditampi. Téhnik jamming parantos dianggo dina radar sareng siaran salami sababaraha dekade.
Contona, dina awal 1980-an, Plessy ngembangkeun sarta dipasarkan hiji produk dumasar-kompensasi SI disebut "Groundsat" pikeun manjangkeun rentang satengah-duplex analog FM jaringan komunikasi militér4-5.
Sistemna bertindak salaku repeater saluran tunggal full-duplex, ngalegaan jangkauan efektif radio half-duplex anu dianggo di sapanjang daérah kerja.
Aya minat anyar dina suprési gangguan diri, utamina kusabab tren komunikasi jarak pondok (sélular sareng Wi-Fi), anu ngajantenkeun masalah suprési SI langkung tiasa diurus kusabab kakuatan pangirim anu langkung handap sareng panampi kakuatan anu langkung luhur pikeun panggunaan konsumen. . Aksés tanpa kabel sareng Aplikasi Backhaul 6-8.
IPhone Apple (kalayan bantosan ti Qualcomm) tiasa waé gaduh kamampuan nirkabel sareng LTE pangsaéna di dunya, ngadukung 16 pita LTE dina hiji chip. Ieu ngandung harti yén ngan ukur dua SKU anu kedah diproduksi pikeun nutupan pasar GSM sareng CDMA.
Dina aplikasi duplex tanpa babagi interferensi, suprési gangguan diri bisa ningkatkeun efisiensi spéktrum ku ngidinan uplink jeung downlink babagi sumberdaya spéktrum sarua9,10. Téhnik suprési gangguan diri ogé tiasa dianggo pikeun nyiptakeun duplexer khusus pikeun FDD.
Pembatalan sorangan biasana diwangun ku sababaraha tahap. Jaringan arah antara anteneu sareng transceiver nyayogikeun tingkat pamisahan anu munggaran antara sinyal anu dikirimkeun sareng anu ditampi. Bréh, pamrosésan sinyal analog sareng digital tambahan dianggo pikeun ngaleungitkeun noise intrinsik sésana dina sinyal anu ditampi. Tahap kahiji tiasa nganggo anteneu anu misah (sapertos dina SAFE), trafo hibrida (dijelaskeun di handap);
Masalah anteneu anu dicabut parantos dijelaskeun. Sirkulator biasana pita sempit sabab ngagunakeun résonansi ferromagnétik dina kristal. Téknologi hibrid ieu, atanapi Isolasi Saimbang Éléktronik (EBI), mangrupikeun téknologi anu ngajangjikeun anu tiasa janten pita lebar sareng berpotensi terpadu dina chip.
Ditémbongkeun saperti dina gambar di handap, desain tungtung hareup anteneu pinter ngagunakeun dua anteneu tunable narrowband, hiji keur ngirimkeun sarta hiji keur narima, sarta sapasang-kinerja handap tapi tunable saringan duplex. anteneu individu teu ngan nyadiakeun sababaraha isolasi pasip dina biaya rambatan leungitna antara aranjeunna, tapi ogé boga kawates (tapi tunable) rubakpita sakedapan.
Antena pamancar beroperasi sacara efektif ngan dina pita frekuensi ngirimkeun, sareng anteneu panampi beroperasi sacara efektif ngan dina pita frekuensi nampi. Dina hal ieu, anteneu sorangan ogé meta salaku filter a: kaluar-of-band émisi Tx attenuated ku anteneu ngirimkeun, sarta gangguan diri dina Tx band ieu attenuated ku anteneu panarima.
Ku alatan éta, arsitéktur merlukeun anteneu jadi tunable, nu kahontal ku ngagunakeun jaringan tuning anteneu. Aya sababaraha leungitna sisipan anu teu bisa dihindari dina jaringan tuning anteneu. Sanajan kitu, kamajuan panganyarna dina MEMS18 kapasitor tunable geus nyata ngaronjatkeun kualitas alat ieu, kukituna ngurangan karugian. Leungitna sisipan Rx kira 3 dB, nu comparable kana total karugian tina duplexer SAW sarta switch.
Isolasi dumasar anteneu ieu lajeng complemented ku filter tunable, ogé dumasar kana kapasitor tunable MEM3, pikeun ngahontal 25 dB isolasi tina anteneu jeung 25 dB isolasi tina filter nu. Prototipe parantos nunjukkeun yén ieu tiasa dihontal.
Sababaraha kelompok riset di akademisi sareng industri ngajalajah panggunaan hibrida pikeun percetakan duplex11-16. Skéma ieu sacara pasif ngaleungitkeun SI ku ngamungkinkeun transmisi sareng panarimaan sakaligus tina anteneu tunggal, tapi ngasingkeun pamancar sareng panarima. Éta sipatna broadband sareng tiasa dilaksanakeun dina chip, ngajantenkeun pilihan anu pikaresepeun pikeun duplexing frékuénsi dina alat sélulér.
Kamajuan panganyarna nunjukkeun yén transceiver FDD nganggo EBI tiasa didamel tina CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) kalayan kaleungitan sisipan, angka noise, linearitas panarima, sareng ciri suprési blocking cocog pikeun aplikasi sélular11,12,13. Nanging, sakumaha seueur conto dina literatur akademik sareng ilmiah nunjukkeun, aya watesan dasar anu mangaruhan isolasi duplex.
Impedansi anteneu radio henteu tetep, tapi beda-beda gumantung kana frékuénsi operasi (kusabab résonansi anteneu) sareng waktos (kusabab interaksi sareng lingkungan anu robih). Ieu ngandung harti yén impedansi balancing kudu adaptasi jeung lagu parobahan impedansi, sarta rubakpita decoupling diwatesan alatan parobahan dina domain frékuénsi13 (tingali Gambar 1).
Karya urang di Universitas Bristol museurkeun kana nalungtik sareng ngarengsekeun watesan kinerja ieu pikeun nunjukkeun yén ngirim / nampi isolasi sareng throughput tiasa dihontal dina kasus panggunaan dunya nyata.
Pikeun ngatasi fluctuations impedansi anteneu (anu mangaruhan parah isolasi), algoritma adaptif kami ngalacak impedansi anteneu sacara real waktos, sareng uji nunjukkeun yén pagelaran tiasa dijaga dina sababaraha lingkungan dinamis, kalebet interaksi leungeun-pamaké sareng jalan sareng rel anu gancang. ngarambat.
Salaku tambahan, pikeun ngatasi pencocokan anteneu kawates dina domain frekuensi, ku kituna ningkatkeun bandwidth sareng isolasi sadayana, urang ngagabungkeun duplexer saimbang listrik sareng suprési SI aktif tambahan, nganggo pemancar kadua pikeun ngahasilkeun sinyal suprési pikeun ngeureunkeun gangguan diri. (tingali Gambar 2).
Hasil tina testbed kami ngadorong: nalika digabungkeun sareng EBD, téknologi aktip tiasa sacara signifikan ningkatkeun pangiriman sareng nampi isolasi, sapertos anu dipidangkeun dina Gambar 3.
Setélan laboratorium ahir urang ngagunakeun komponén alat sélulér béaya rendah (panguat kakuatan telepon sélulér sareng anteneu), ngajantenkeun éta ngawakilan palaksanaan telepon sélulér. Sumawona, pangukuran kami nunjukkeun yén jinis panolakan gangguan diri dua-tahap ieu tiasa nyayogikeun isolasi duplex anu diperyogikeun dina pita frékuénsi uplink sareng downlink, sanaos nganggo alat-alat kelas komersial anu murah.
Kakuatan sinyal anu ditampi ku alat sélulér dina rentang maksimalna kedah 12 orde gedéna langkung handap tina kakuatan sinyal anu dikirimkeun. Dina Time Division Duplex (TDD), sirkuit duplex ngan saukur switch anu nyambungkeun anteneu ka pamancar atawa panarima, jadi duplexer di TDD mangrupakeun switch basajan. Dina FDD, pamancar sareng panarima beroperasi sakaligus, sareng duplexer nganggo saringan pikeun ngasingkeun panarima tina sinyal kuat pemancar.
Duplexer dina tungtung hareup FDD sélular nyadiakeun > ~ 50 dB isolasi dina uplink band pikeun nyegah overloading panarima ku sinyal Tx, sarta > ~ 50 dB isolasi dina downlink band pikeun nyegah out-of-band transmisi. Ngurangan sensitipitas panarima. Dina pita Rx, karugian dina ngirimkeun sareng nampi jalur minimal.
Ieu-rugi low, syarat-isolasi tinggi, dimana frékuénsi anu dipisahkeun ku ukur sababaraha persén, merlukeun tinggi-Q nyaring, nu sajauh ieu ngan bisa dihontal ngagunakeun gelombang akustik permukaan (SAW) atawa awak gelombang akustik (BAW) alat.
Bari téhnologi nu terus mekar, kalawan kamajuan sakitu legana alatan angka nu gede ngarupakeun alat diperlukeun, operasi multi-band hartina misah kaluar-chip duplex filter pikeun tiap band, ditémbongkeun saperti dina Gambar A. Kabéh saklar na routers ogé nambahkeun fungsionalitas tambahan kalayan. hukuman kinerja sarta trade-offs.
Telepon global anu mampuh dumasar kana téknologi ayeuna sesah teuing pikeun diproduksi. Arsitéktur radio anu dihasilkeun bakal kacida gedéna, lossy jeung mahal. Pabrikan kedah nyiptakeun sababaraha varian produk pikeun kombinasi pita anu béda-béda anu diperyogikeun di daérah anu béda-béda, ngajantenkeun roaming LTE global anu henteu terbatas. Skala ékonomi anu nyababkeun dominasi GSM beuki hese dihontal.
Ngaronjatna paménta pikeun layanan sélulér laju data anu luhur nyababkeun panyebaran jaringan sélulér 4G dina 50 pita frékuénsi, sareng langkung seueur pita anu bakal datang nalika 5G ditetepkeun lengkep sareng disebarkeun sacara lega. Kusabab pajeulitna antarbeungeut RF, teu mungkin pikeun nutupan sadayana ieu dina hiji alat nganggo téknologi dumasar-filter ayeuna, janten sirkuit RF anu tiasa disaluyukeun sareng dikonfigurasi deui diperyogikeun.
Ideally, pendekatan anyar pikeun ngarengsekeun masalah duplex diperlukeun, meureun dumasar kana saringan tunable atawa suprési gangguan diri, atawa sababaraha kombinasi duanana.
Sanaos urang henteu acan gaduh pendekatan tunggal anu nyumponan seueur tungtutan biaya, ukuran, kinerja sareng efisiensi, panginten potongan teka-teki bakal ngahiji sareng aya dina saku anjeun dina sababaraha taun.
Téknologi sapertos EBD sareng suprési SI tiasa muka kamungkinan ngagunakeun frékuénsi anu sami dina dua arah sakaligus, anu sacara signifikan tiasa ningkatkeun efisiensi spéktral.
waktos pos: Sep-24-2024