On ýyl ozal, smartfonlar adatça dört GSM ýygylyk zolagynda işleýän birnäçe standartlary, belki-de birnäçe WCDMA ýa-da CDMA2000 standartlaryny goldaýardy. Saýlamak üçin ýygylyk zolaklary gaty az bolansoň, 850/900/1800/1900 MGts zolaklaryny ulanýan we dünýäniň islendik ýerinde ulanyp boljak “dört zolakly” GSM telefonlary bilen belli bir derejede global birmeňzeşlik gazanyldy. gaty köp).
Bu syýahatçylar üçin ullakan peýdadyr we tutuş dünýä bazary üçin diňe birnäçe modeli (ýa-da diňe birini) çykarmaly enjam öndürijiler üçin uly göwrümli ykdysadyýet döredýär. Häzirki wagtda has çalt öňe sürülýän GSM, global roumingi üpjün edýän ýeke-täk simsiz giriş tehnologiýasy bolmagynda galýar. Theeri gelende aýtsak, GSM kem-kemden tapgyrlaýyn geçýär.
Adyna laýyk gelýän islendik smartfon, geçirijilik giňligi, geçiriji güýji, kabul edijiniň duýgurlygy we başga-da köp parametrler boýunça dürli RF interfeýs talaplary bilen 4G, 3G we 2G girişini goldamalydyr.
Mundan başga-da, global spektriň bölekleýin elýeterliligi sebäpli 4G standartlary köp ýygylyk zolaklaryny öz içine alýar, şonuň üçin operatorlar olary islendik sebitde bar bolan ýygylyklarda ulanyp bilerler - häzirki wagtda LTE1 ülňülerinde bolşy ýaly jemi 50 zolak. Hakyky “dünýä telefony” bu şertleriň hemmesinde işlemeli.
Islendik öýjükli radionyň çözmeli esasy meselesi “ikitaraplaýyn aragatnaşyk”. Geplänimizde şol bir wagtyň özünde diňleýäris. Irki radio ulgamlary gürleşmek üçin ulanýardylar (käbirleri henizem edýär), ýöne telefonda gürleşenimizde, beýleki adamyň bize päsgel bermegine garaşýarys. Ilkinji nesil (analog) öýjükli enjamlar, baglanyşygy başga ýygylyga geçirmek arkaly “haýran galmazdan” baglanyşygy almak üçin “dupleks süzgüçler” (ýa-da duplekserler) ulandy.
Bu süzgüçleri has kiçi we arzan etmek irki telefon öndürijileri üçin uly kynçylykdy. GSM girizilende, protokol geçirijileriň “ýarym dupleks re inimde” işlemegi üçin döredildi.
Bu dupleksleri ýok etmegiň örän akylly usulydy we GSM-iň pudaga agdyklyk edip bilýän (we bu işde adamlaryň aragatnaşyklaryny üýtgetmegi) arzan, esasy tehnologiýa öwrülmegine kömek etdi.
“Android” operasion ulgamyny oýlap tapyjy Andy Rubiniň “Essential” telefony, Bluetooth 5.0LE, dürli GSM / LTE we titanyň çarçuwasynda gizlenen Wi-Fi antennasy ýaly iň soňky birikdiriş aýratynlyklaryny özünde jemleýär.
Gynansagam, 3G-iň ilkinji günlerindäki tehniki-syýasy söweşlerde tehniki meseleleri çözmekden alnan sapaklar çalt ýatdan çykaryldy we häzirki wagtda ýygylyk bölünişiniň (FDD) agdyklyk edýän görnüşi, işleýän her bir FDD topary üçin duplekser talap edýär. LTE gülläp ösmeginiň çykdajy faktorlarynyň ýokarlanýandygyna şek ýok.
Käbir toparlar “Time Division Duplex” ýa-da TDD (radio ýaýlym bilen kabul etmegiň arasynda çalt geçýän ýerinde) ulanyp bilse-de, bu toparlaryň sany az. Operatorlaryň köpüsi (esasanam Aziýalylardan başga) 30-dan gowrak FDD diapazonyny gowy görýärler.
TDD we FDD spektriniň mirasy, hakykatdanam global toparlary boşatmagyň kynlygy we has köp zolakly 5G-iň peýda bolmagy dupleks meselesini hasam çylşyrymlaşdyrýar. Derňew astyndaky geljegi uly usullar, süzgüç esasly täze dizaýnlary we öz-özüňi päsgelçiligi ýok etmek ukybyny öz içine alýar.
Ikinjisi, “böleksiz” dupleksiň (ýa-da “içerki doly dupleks”) birneme geljegi uly mümkinçiligini hem getirýär. Geljekde 5G ykjam aragatnaşygynda diňe bir FDD we TDD däl, eýsem bu täze tehnologiýalara esaslanýan çeýe dupleks hakda hem pikir etmeli bolmagymyz mümkin.
Daniýanyň Aalborg uniwersitetiniň gözlegçileri “Smart Antenna Front End” (SAFE) 2-3 arhitekturasyny döretdiler, bu geçirmek we kabul etmek üçin aýratyn antenalary ulanýar we bu antennalary (pes öndürijilikli) birleşdirip bolýar. islenýän geçiriş we kabul ediş izolýasiýasyna ýetmek üçin süzmek.
Çykyş täsirli bolsa-da, iki antenanyň zerurlygy uly kemçilik. Telefonlar has ýuka we ýumşak bolansoň, antennalar üçin ýer barha kiçelýär.
Jübi enjamlary giňişleýin multiplexing (MIMO) üçin birnäçe antennany hem talap edýär. SAFE arhitekturasy we 2 × 2 MIMO goldawy bolan jübi telefonlary diňe dört antenna talap edýär. Mundan başga-da, bu süzgüçleriň we antennalaryň sazlaýyş aralygy çäklidir.
Şonuň üçin global jübi telefonlary, köp antenna, has köp antenna sazlaýjy we has köp süzgüç talap edýän LTE ýygylyk zolaklarynyň hemmesini (450 MGs-dan 3600 MGs) öz içine almak üçin bu interfeýs arhitekturasyny köpeltmeli bolar, bu bolsa bize ýygy-ýygydan berilýän soraglara gaýdyp gelýär. komponentleriň köpeldilmegi sebäpli köp zolakly işlemek.
Planşetde ýa-da noutbukda has köp antenna gurup boljakdygyna garamazdan, bu tehnologiýany smartfonlar üçin amatly etmek üçin özleşdirmek we / ýa-da miniatýurizasiýa boýunça has uly ösüşler zerurdyr.
Elektrik taýdan deňagramly dupleks simli telefonyň ilkinji günlerinden bäri ulanylýar17. Telefon ulgamynda mikrofon we nauşnik telefon liniýasyna birikdirilmelidir, ýöne ulanyjynyň öz sesi has gowşak gelýän ses signalyny eşitmezligi üçin biri-birinden üzňe bolmaly. Bu, elektron telefonlar gelmezden ozal gibrid transformatorlary ulanmak arkaly gazanyldy.
Aşakdaky suratda görkezilen iki taraplaýyn zynjyr, geçiriji liniýanyň impedansyna gabat gelmek üçin şol bir bahanyň rezistoryny ulanýar, mikrofondan tok transformatoryň içine girip, esasy rulonyň üsti bilen ters tarapa akýar. Magnit akymlary netijeli ýatyrylýar we ikinji rulonda tok ýok, şonuň üçin ikinji rulon mikrofondan izolirlenýär.
Şeýle-de bolsa, mikrofondan alnan signal henizem telefon liniýasyna gidýär (käbir ýitgiler bilen bolsa-da), we telefon liniýasyndaky giriş signaly şol bir telefon liniýasynda iki taraplaýyn aragatnaşyga mümkinçilik berýän gürleýjä (käbir ýitgiler bilen) gidýär. . . Metal sim.
Radio deňagramly duplekser telefon duplekserine meňzeýär, ýöne mikrofonyň, telefonyň we telefon siminiň ýerine, B suratda görkezilişi ýaly, geçiriji, kabul ediji we antenna ulanylýar.
Geçirijini kabul edijiden izolirlemegiň üçünji usuly, öz-özüne päsgelçiligi (SI) ýok etmek, şeýlelik bilen iberilen signaly alnan signaldan aýyrmak. Jamming usullary onlarça ýyl bäri radarda we ýaýlymda ulanylýar.
Mysal üçin, 1980-nji ýyllaryň başynda Plessy ýarym kompleks analog FM harby aragatnaşyk torlarynyň diapazonyny giňeltmek üçin SI kompensasiýa esasly “Groundsat” önümini öndürdi we satdy.
Ulgam, iş meýdanynda ulanylýan ýarym dupleks radiolaryň täsirli diapazonyny giňeldip, doly dupleks bir kanally gaýtalaýjy hökmünde çykyş edýär.
Soňky döwürde özara päsgelçiligi basyp ýatyrmak, esasanam gysga aragatnaşygyň (öýjükli we Wi-Fi) tendensiýasy sebäpli gyzyklanma bildirilýär, bu bolsa geçirijilik güýjüniň pesligi we sarp edijileriň ulanmagy üçin has ýokary güýç kabul edilmegi sebäpli SI basyşyny kynlaşdyrýar. . Simsiz giriş we abatlaýyş programmalary 6-8.
“Apple” -iň “iPhone” (“Qualcomm” -yň kömegi bilen) dünýäde iň oňat simsiz we LTE mümkinçiliklerine eýe bolup, bir çipde 16 LTE zolagyny goldaýar. Bu, GSM we CDMA bazarlaryny ýapmak üçin diňe iki SKU öndürilmelidigini aňladýar.
Päsgelçilik paýlaşmazdan iki taraplaýyn programmalarda, öz-özüňi päsgel bermek basyşy we aşaky baglanyşygy şol bir spektr çeşmelerini paýlaşmaga mümkinçilik bermek arkaly spektriň netijeliligini ýokarlandyryp biler9,10. Öz-özüňi päsgel bermek basyş usullary, FDD üçin ýörite dupleksler döretmek üçin hem ulanylyp bilner.
Ationatyryşyň özi adatça birnäçe basgançakdan durýar. Antenna bilen geçirijiniň arasyndaky ugur ulgamy, iberilen we alnan signallaryň arasynda birinji derejeli aýralygy üpjün edýär. Ikinjiden, alnan signalda galan içki sesleri ýok etmek üçin goşmaça analog we sanly signallary gaýtadan işlemek ulanylýar. Birinji etapda gibrid transformator (aşakda beýan edilen) aýratyn antenna (SAFE-de bolşy ýaly) ulanylyp bilner;
Aýry-aýry antenalar meselesi eýýäm beýan edilipdi. Aýlanyjylar adatça dar zolakly, sebäbi kristalda ferromagnit rezonans ulanýarlar. Bu gibrid tehnologiýa ýa-da Elektrik deňagramly izolýasiýa (EBI), giň zolakly we çipde potensial birleşdirilip bilinjek geljegi uly tehnologiýa.
Aşakdaky suratda görkezilişi ýaly, akylly antenanyň öň tarapy dizaýnynda iki sany dar zolakly sazlanyp bilinýän antenalar, biri geçirmek üçin, biri almak üçin we pes öndürijilikli, ýöne sazlap bolýan iki görnüşli süzgüç ulanylýar. Aýry-aýry antennalar diňe olaryň arasyndaky köpeliş ýitgisiniň bahasy bilen käbir passiw izolýasiýa üpjün etmän, eýsem çäkli (ýöne sazlap bolýan) dessine geçirijilik ukybyna hem eýe.
Geçiriji antenna diňe geçiriş ýygylygy zolagynda täsirli işleýär we kabul ediji antenna diňe kabul ediş ýygylygy zolagynda netijeli işleýär. Bu ýagdaýda antenanyň özi süzgüç hökmünde hem hereket edýär: zolakdan daşary Tx zyňyndylary geçýän antenna bilen täsir edýär we Tx zolagyna öz-özüne päsgel bermek kabul ediji antenna bilen berkidilýär.
Şonuň üçin arhitektura antennany sazlamagy talap edýär, bu antenna sazlaýyş toruny ulanmak arkaly gazanylýar. Antenna sazlaýyş ulgamynda gutulgysyz goýmak ýitgisi bar. Şeýle-de bolsa, MEMS18 sazlap boljak kondensatorlarda gazanylan üstünlikler bu enjamlaryň hilini ep-esli ýokarlandyrdy we şeýlelik bilen ýitgileri azaltdy. Rx goýmak ýitgisi takmynan 3 dB bolup, SAW duplekseriniň we wyklýuçateliniň umumy ýitgileri bilen deňeşdirilýär.
Antenna esasly izolýasiýa, antennadan 25 dB izolýasiýa we süzgüçden 25 dB izolýasiýa gazanmak üçin MEM3 sazlap bolýan kondensatorlara esaslanýan sazlanyp bilinýän süzgüç bilen doldurylýar. Prototipler munuň gazanyp boljakdygyny görkezdi.
Akademiýada we senagatda birnäçe gözleg toparlary gibridleriň iki gezek çap etmek üçin ulanylmagyny öwrenýärler11-16. Bu shemalar bir wagtyň özünde bir antenadan geçirmäge we kabul etmäge rugsat bermek bilen SI-ni passiw ýok edýär, ýöne geçirijini we kabul edijini izolýasiýa edýär. Tebigatda giň zolakly bolup, ykjam enjamlarda ýygylygy köpeltmek üçin özüne çekiji görnüşe öwrülip, çip arkaly amala aşyrylyp bilner.
Soňky gazanylan üstünlikler, EBI ulanýan FDD geçirijileriniň CMOS-dan (goşmaça metal oksid ýarymgeçirijisi) goýulmagy ýitirilmegi, ses şekili, kabul edijiniň çyzyklylygy we öýjükli programmalar üçin amatly basyş häsiýetlerini blokirlemek bilen öndürilip bilinjekdigini görkezdi11,12,13. Şeýle-de bolsa, akademiki we ylmy edebiýatda köp sanly mysallaryň görkezişi ýaly, iki taraplaýyn izolýasiýa täsir edýän düýpli çäklendirme bar.
Radio antennasynyň päsgelçiligi kesgitlenmedi, ýöne işleýiş ýygylygy (antenna rezonansy sebäpli) we wagt (üýtgeýän gurşaw bilen täsirleşmegi sebäpli) üýtgeýär. Bu, deňagramlylyk impedansynyň impedans üýtgemelerini yzarlamak üçin uýgunlaşmalydygyny we ýygylyk domeniniň üýtgemegi sebäpli bölüniş zolagynyň çäklendirilendigini aňladýar (1-nji surata serediň).
Bristol uniwersitetinde alyp barýan işlerimiz, zerur ibermek / almak izolýasiýasyny we geçişini hakyky ulanyş ýagdaýlarynda gazanyp boljakdygyny görkezmek üçin bu öndürijilik çäklendirmelerini derňemäge we çözmäge gönükdirilendir.
Antenna impedans üýtgemelerini ýeňip geçmek üçin (izolýasiýa düýpli täsir edýär), uýgunlaşdyrylan algoritmimiz antenna impedansyny hakyky wagtda yzarlaýar we synag, ulanyjylaryň özara täsiri we ýokary tizlikli ýol we demir ýol ýaly dürli dinamiki şertlerde öndürijiligiň saklanyp biljekdigini görkezdi. syýahat.
Mundan başga-da, ýygylyk giňişliginde çäklendirilen antenanyň gabat gelmegini ýeňip geçmek, şeýlelik bilen geçirijilik giňligini we umumy izolýasiýany ýokarlandyrmak üçin, öz-özüňe päsgelçiligi basmak üçin basyş signalyny döretmek üçin ikinji geçirijini ulanyp, elektrik taýdan deňagramly duplekseri goşmaça işjeň SI basyşy bilen birleşdirýäris. (2-nji surata serediň).
Synagymyzyň netijeleri höweslendiriji: 3-nji suratda görkezilişi ýaly, EBD bilen işjeň tehnologiýa geçiriş we izolýasiýa ep-esli gowulaşdyryp biler.
Iň soňky laboratoriýa gurnama, arzan bahaly ykjam enjam komponentlerini (jübi telefonynyň güýçlendirijileri we antennalary) ulanýar, bu bolsa jübi telefonyny durmuşa geçirmegiň wekili bolýar. Mundan başga-da, ölçeglerimiz, iki basgançakly öz-özüňi päsgel bermegiň bu görnüşiniň, arzan bahadan, täjirçilik derejeli enjamlary ulananyňyzda-da, ýokary çykýan we aşak düşýän ýygylyk zolaklarynda zerur ikitaraplaýyn izolýasiýa üpjün edip biljekdigini görkezýär.
Öýjükli enjamyň iň ýokary diapazonda alýan signal güýji, iberýän signal güýjünden 12 ululyk pes bolmaly. Wagt bölümi Dupleksde (TDD), dupleks zynjyr diňe antennany geçiriji ýa-da kabul ediji bilen birleşdirýän wyklýuçatel, şonuň üçin TDD-de duplekser ýönekeý wyklýuçateldir. FDD-de geçiriji we kabul ediji bir wagtda işleýär we duplekser kabul edijini güýçli signaldan izolirlemek üçin süzgüçleri ulanýar.
Öýjükli FDD-iň öň tarapyndaky duplekser, kabul edijiniň Tx signallary bilen aşa köp ýüklenmeginiň öňüni almak üçin, ýokary zolakda ~ 50 dB izolýasiýa we zolakdan daşary ýaýramagynyň öňüni almak üçin aşaky zolakda ~ 50 dB izolýasiýa üpjün edýär. Kabul edijiniň duýgurlygynyň peselmegi. Rx zolagynda, geçirmek we almak ýollarynda ýitgiler az.
Frequygylyklar diňe birnäçe göterim bilen bölünen bu pes ýitgili, ýokary izolýasiýa talaplary ýokary derejeli süzgüç talap edýär, şu wagta çenli diňe ýerüsti akustiki tolkun (SAW) ýa-da beden akustiki tolkuny (BAW) enjamlary arkaly gazanyp bolýar.
Tehnologiýa ösmegini dowam etdirýän hem bolsa, zerur enjamlaryň köp bolmagy sebäpli öňe gidişlikler bilen, köp zolakly işlemek, A suratda görkezilişi ýaly, her topar üçin aýratyn çipden başga iki süzgüç diýmekdir. Switchhli wyklýuçateller we marşrutizatorlar goşmaça funksiýa goşýarlar. ýerine ýetiriş jerimeleri we söwda şertnamalary.
Häzirki tehnologiýa esaslanýan amatly global telefonlary öndürmek gaty kyn. Netijede radio arhitekturasy gaty uly, ýitiriji we gymmat bolar. Öndürijiler dürli sebitlerde zerur zolaklaryň dürli kombinasiýalary üçin birnäçe önüm wariantlaryny döretmeli, bu çäklendirilmedik global LTE roumingini kynlaşdyrýar. GSM-iň agdyklyk etmegine sebäp bolan göwrümli ykdysadyýete ýetmek kynlaşýar.
Maglumatlaryň ýokary tizlikli ykjam hyzmatlaryna bolan islegiň ýokarlanmagy, 4G ykjam torlarynyň 50 ýygylyk zolagynda ýerleşdirilmegine sebäp boldy, 5G doly kesgitlenendigi we giňden ýaýranlygy sebäpli has köp zolakly bolmagy mümkin. RF interfeýsiniň çylşyrymlylygy sebäpli, bularyň hemmesini häzirki süzgüç esasly tehnologiýalary ulanyp, bir enjamda ýapmak mümkin däl, şonuň üçin düzülip bilinýän we üýtgedilip bilinýän RF zynjyrlary zerurdyr.
Iň gowusy, ikitaraplaýyn meseläni çözmek üçin täze çemeleşme zerurdyr, belki sazlanyp bilinýän süzgüçlere ýa-da öz-özüňe päsgelçiligi basmaga ýa-da ikisiniňem birleşmegine esaslanýar.
Bahanyň, ululygyň, öndürijiligiň we netijeliligiň köp talaplaryna laýyk gelýän ýekeje çemeleşmämiz ýok bolsa-da, belki, enigma bölekleri birleşip, birnäçe ýyldan jübiňizde bolar.
SI basyşy bilen EBD ýaly tehnologiýalar, iki ugurda şol bir ýygylygy bir wagtda ulanmak mümkinçiligini açyp biler, bu spektral netijeliligi ep-esli ýokarlandyryp biler.
Iş wagty: 24-2024-nji sentýabr