Даҳ сол пеш смартфонҳо маъмулан танҳо чанд стандартеро, ки дар чаҳор басомади GSM кор мекунанд ва шояд чанд стандарти WCDMA ё CDMA2000 дастгирӣ мекарданд. Бо шумораи ками басомадҳои басомади интихоб, дараҷаи муайяни якхелаи глобалӣ бо телефонҳои "чоргонаи" GSM ба даст оварда шудааст, ки бандҳои 850/900/1800/1900 МГс-ро истифода мебаранд ва метавонанд дар ҳама ҷо дар ҷаҳон истифода шаванд (хуб, хеле зиёд).
Ин барои сайёҳон як фоидаи бузург аст ва барои истеҳсолкунандагони дастгоҳҳо сарфаи бузурги миқёсро ба вуҷуд меорад, ки барои тамоми бозори ҷаҳонӣ танҳо чанд моделро (ё шояд танҳо як) баровардан лозим аст. То имрӯз, GSM ягона технологияи дастрасии бесим боқӣ мемонад, ки роуминги глобалиро таъмин мекунад. Дар омади гап, агар шумо намедонед, GSM тадриҷан аз байн меравад.
Ҳар як смартфони сазовори ин ном бояд дастрасии 4G, 3G ва 2G-ро бо талаботи гуногуни интерфейси РБ аз ҷиҳати фарохмаҷро, қувваи интиқол, ҳассосияти қабулкунанда ва бисёр параметрҳои дигар дастгирӣ кунад.
Илова бар ин, аз сабаби мавҷудияти парокандаи спектри ҷаҳонӣ, стандартҳои 4G шумораи зиёди басомадҳои басомадҳоро фаро мегиранд, аз ин рӯ операторон метавонанд онҳоро дар ҳама гуна басомадҳое, ки дар ҳар як минтақаи дода дастрасанд, истифода баранд - айни замон дар маҷмӯъ 50 басомад, ба монанди стандартҳои LTE1. "Телефони ҷаҳонӣ"-и ҳақиқӣ бояд дар ҳамаи ин муҳитҳо кор кунад.
Мушкилоти калидие, ки ҳар як радиои мобилӣ бояд ҳал кунад, ин "муоширати дуплекс" мебошад. Вақте ки мо сухан мегӯем, мо ҳамзамон гӯш мекунем. Системаҳои радиои қаблӣ аз push-to talk-ро истифода мебурданд (баъзеҳо ҳоло ҳам мекунанд), аммо вақте ки мо бо телефон сӯҳбат мекунем, мо интизорем, ки шахси дигар ба мо халал мерасонад. Дастгоҳҳои мобилии насли аввал (аналогӣ) “филтрҳои дуплексӣ” (ё дуплексҳо)-ро барои қабул кардани пайванди поёнӣ бидуни “ҳайрон” бо интиқоли пайвасти болоӣ дар басомади дигар истифода мебурданд.
Хурдтар ва арзонтар кардани ин филтрҳо барои истеҳсолкунандагони аввали телефон як мушкили асосӣ буд. Вақте ки GSM ҷорӣ карда шуд, протокол тавре тарҳрезӣ шуда буд, ки интиқолдиҳандаҳо метавонанд дар "реҷаи ним дуплекс" кор кунанд.
Ин як роҳи хеле оқилонаи аз байн бурдани дуплексҳо буд ва омили асосии кӯмак ба GSM ба технологияи камхарҷ ва асосӣ табдил ёфта, қодир аст дар соҳа ҳукмронӣ кунад (ва тарзи муоширати одамонро дар ин раванд тағйир диҳад).
Телефони Essential аз Энди Рубин, ихтироъкори системаи оператсионии Android, дорои хусусиятҳои навтарини пайвастшавӣ, аз ҷумла Bluetooth 5.0LE, гуногуни GSM/LTE ва мавҷгири Wi-Fi, ки дар чаҳорчӯбаи титан пинҳон шудааст, дорад.
Мутаассифона, дарсҳое, ки аз ҳалли мушкилоти техникӣ гирифта шудаанд, дар ҷангҳои техно-сиёсии рӯзҳои аввали 3G зуд фаромӯш карда шуданд ва шакли ҳозираи бартаридоштаи тақсимоти басомад (FDD) барои ҳар як диапазони FDD, ки дар он фаъолият мекунад, дуплексерро талаб мекунад. Шубҳае нест, ки авҷи LTE бо омилҳои афзояндаи хароҷот меояд.
Дар ҳоле ки баъзе гурӯҳҳо метавонанд Time Division Duplex ё TDD-ро истифода баранд (дар он ҷо радио зуд байни интиқол ва қабул иваз мешавад), камтар аз ин гурӯҳҳо вуҷуд доранд. Аксари операторҳо (ба истиснои операторҳои осиёӣ) диапазони FDD-ро бартарӣ медиҳанд, ки зиёда аз 30 адад ҳастанд.
Мероси спектри TDD ва FDD, мушкилии озод кардани бандҳои воқеан глобалӣ ва пайдоиши 5G бо бандҳои бештар мушкилоти дуплексро боз ҳам мураккабтар мекунад. Усулҳои умедбахше, ки мавриди таҳқиқ қарор доранд, тарҳҳои нави ба филтр асосёфта ва қобилияти бартараф кардани дахолати худидоракуниро дар бар мегиранд.
Охирин инчунин имкони то ҳадде умедбахши дуплекси "порчаҳо" (ё "дуплекси пурраи дохили гурӯҳ") -ро меорад. Дар ояндаи алоқаи мобилии 5G, мо бояд на танҳо FDD ва TDD, балки дуплекси чандир дар асоси ин технологияҳои навро низ баррасӣ кунем.
Муҳаққиқон дар Донишгоҳи Олборги Дания як меъмории "Smart Antenna Front End" (SAFE)2-3-ро таҳия кардаанд, ки (ниг. расм дар саҳифаи 18) мавҷгирҳои ҷудогона барои интиқол ва қабул ва муттаҳид кардани ин мавҷгирҳоро бо (сифати паст) дар якҷоягӣ бо фармоишӣ филтркунӣ барои ноил шудан ба изолятсияи интиқол ва қабули дилхоҳ.
Гарчанде ки иҷрои таъсирбахш аст, зарурати ду мавҷгир як камбудии калон аст. Вақте ки телефонҳо бориктар ва ҳамвортар мешаванд, фазои мавҷуд барои мавҷгирҳо хурдтар ва хурдтар мешавад.
Дастгоҳҳои мобилӣ инчунин мавҷгириҳои сершуморро барои мултиплекси фазоӣ (MIMO) талаб мекунанд. Телефонҳои мобилӣ бо меъмории SAFE ва дастгирии 2×2 MIMO танҳо чор мавҷгириро талаб мекунанд. Илова бар ин, доираи танзими ин филтрҳо ва антеннаҳо маҳдуд аст.
Ҳамин тавр, телефонҳои мобилии ҷаҳонӣ низ бояд ин меъмории интерфейсро такрор кунанд, то тамоми басомадҳои LTE-ро (450 МГс то 3600 МГс) фаро гиранд, ки мавҷгирҳои бештар, тюнерҳои антенна ва филтрҳои бештарро талаб мекунанд, ки моро ба саволҳои зуд-зуд додашуда дар бораи он бармегардонанд. амалиёти чанд-банд аз сабаби такрори ҷузъҳои.
Ҳарчанд мавҷгирҳои бештарро дар планшет ё ноутбук насб кардан мумкин аст, аммо пешрафтҳои минбаъда дар мутобиқсозӣ ва/ё миниатюризатсия барои мувофиқ кардани ин технология барои смартфонҳо лозим аст.
Дуплекси мутавозини электрикӣ аз рӯзҳои аввали телефонияи симӣ истифода мешуд17. Дар системаи телефонӣ микрофон ва гӯшмонак бояд ба хати телефон пайваст, вале аз ҳамдигар ҷудо бошанд, то овози худи корбар сигнали аудиоии заифтарро гӯш накунад. Ин бо истифода аз трансформаторҳои гибридӣ пеш аз пайдоиши телефонҳои электронӣ ба даст омад.
Схемаи дуплексие, ки дар расми зер нишон дода шудааст, муқовимати якхеларо истифода мебарад, то ба импеданси хати интиқол мувофиқат кунад, то ҷараён аз микрофон ҳангоми ворид шудан ба трансформатор ба ҳам ҷудо шавад ва аз ғалтаки ибтидоӣ ба самтҳои муқобил мегузарад. Ҷараёни магнитӣ ба таври муассир бекор карда мешаванд ва дар ғалтаки дуюм ҷараён ба вуҷуд намеояд, аз ин рӯ орами дуввум аз микрофон ҷудо карда мешавад.
Бо вуҷуди ин, сигнал аз микрофон то ҳол ба хати телефон меравад (гарчанде ки каме гум шавад) ва сигнали воридотӣ дар хати телефон то ҳол ба баландгӯяк меравад (инчунин бо каме талафот), ки имкон медиҳад алоқаи дуҷониба дар як хати телефон . . Сими металлӣ.
Дуплексери мутавозини радио ба дуплексери телефон шабоҳат дорад, аммо ба ҷои микрофон, телефон ва сими телефон мутаносибан интиқолдиҳанда, қабулкунанда ва антенна истифода мешаванд, ки дар расми В нишон дода шудааст.
Роҳи сеюми ҷудо кардани интиқолдиҳанда аз қабулкунанда ин бартараф кардани дахолати худидоракунӣ (СИ) мебошад, ки сигнали интиқолшавандаро аз сигнали қабулшуда ҷудо мекунад. Дар тӯли даҳсолаҳо, усулҳои роҳбандӣ дар радар ва пахш истифода мешаванд.
Масалан, дар ибтидои солҳои 1980-ум, Plessy як маҳсулоти ҷуброни SI-ро бо номи "Groundsat" таҳия ва ба фурӯш бароварда буд, то доираи шабакаҳои алоқаи ҳарбии аналогии FM4-5 васеъ карда шавад.
Система ҳамчун такроркунандаи як канали пурраи дуплекс амал карда, доираи самараноки радиоҳои нимдуплексро дар тамоми майдони корӣ васеъ мекунад.
Ба наздикӣ ба рафъи дахолати худписандӣ, асосан аз сабаби тамоюли иртиботи кӯтоҳмуддат (мобилӣ ва Wi-Fi), ки мушкилоти пӯшонидани SI-ро аз ҳисоби кам будани қувваи интиқол ва қабули баландтари нерӯ барои истифодаи истеъмолкунандагон идора мекунад. . Дастрасии бесим ва замимаҳои бозгашт 6-8.
iPhone-и Apple (бо кӯмаки Qualcomm) эҳтимолан беҳтарин қобилиятҳои бесим ва LTE дар ҷаҳон дорад, ки 16 бандҳои LTE-ро дар як чип дастгирӣ мекунад. Ин маънои онро дорад, ки барои пӯшонидани бозорҳои GSM ва CDMA танҳо ду SKU истеҳсол кардан лозим аст.
Дар замимаҳои дуплексӣ бидуни мубодилаи дахолат, рафъи худидоракунии дахолат метавонад самаранокии спектрро тавассути имкон додани пайванди боло ва поён барои мубодилаи захираҳои спектри якхела беҳтар созад9,10. Усулҳои рафъи дахолати худидоракунӣ инчунин метавонанд барои эҷоди дуплексҳои фармоишӣ барои FDD истифода шаванд.
Худи бекоркунӣ одатан аз якчанд марҳила иборат аст. Шабакаи самти байни мавҷгир ва интиқолдиҳанда дараҷаи якуми ҷудокунии сигналҳои интиқолшаванда ва қабулшударо таъмин мекунад. Дуюм, коркарди иловагии сигналҳои аналогӣ ва рақамӣ барои нест кардани ҳама гуна садои боқимонда дар сигнали қабулшуда истифода мешавад. Дар марҳилаи аввал метавонад як мавҷгири алоҳида (чунон ки дар SAFE), як трансформатори гибридӣ (дар зер тавсиф шудааст) истифода барад;
Проблемаи мавҷгирҳои ҷудошуда аллакай тасвир шудааст. Циркуляторҳо маъмулан танганд, зеро онҳо резонанси ферромагнитиро дар кристалл истифода мебаранд. Ин технологияи гибридӣ ё изолятсияи электрикии мутавозин (EBI) як технологияи ояндадорест, ки метавонад фарохмаҷро бошад ва эҳтимолан дар чип муттаҳид карда шавад.
Тавре ки дар расми зер нишон дода шудааст, тарҳи пешинаи мавҷгири интеллектуалӣ ду мавҷгири танзимшавандаи танг, яке барои интиқол ва дигаре барои қабул ва як ҷуфт филтрҳои дуплексии пастсифат, вале танзимшавандаро истифода мебарад. Антеннаҳои инфиродӣ на танҳо баъзе изолятсияи ғайрифаъолро бо арзиши талафоти паҳншавӣ дар байни онҳо таъмин мекунанд, балки инчунин дорои маҷрои фаврии маҳдуд (вале танзимшаванда) мебошанд.
Антеннаи интиқолдиҳанда танҳо дар басомади интиқол самаранок кор мекунад ва антеннаи қабулкунанда танҳо дар басомади қабулкунанда самаранок кор мекунад. Дар ин маврид худи мавҷгир низ ҳамчун филтр амал мекунад: партовҳои берун аз диапазони Tx тавассути антеннаи интиқол кам карда мешавад ва худидоракунӣ дар банди Tx тавассути антеннаи қабулкунанда суст карда мешавад.
Аз ин рӯ, меъморӣ танзимшавандаи мавҷгириро талаб мекунад, ки бо истифода аз шабакаи танзими мавҷгир ба даст меояд. Дар шабакаи танзими мавҷгир баъзе талафоти ногузири воридкунӣ вуҷуд дорад. Бо вуҷуди ин, дастовардҳои охирин дар конденсаторҳои танзимшавандаи MEMS18 сифати ин дастгоҳҳоро ба таври назаррас беҳтар карданд ва ба ин васила талафотро коҳиш доданд. Талафоти воридкунии Rx тақрибан 3 дБ аст, ки онро бо талафоти умумии дуплекси SAW ва коммутатор муқоиса кардан мумкин аст.
Пас аз он изолятсияи мавҷгир бо филтри танзимшаванда, инчунин ба конденсаторҳои танзимшавандаи MEM3 асос ёфта, барои ба даст овардани изолятсияи 25 дБ аз мавҷгир ва изолятсияи 25 дБ аз филтр пурра карда мешавад. Прототипҳо нишон доданд, ки ба ин ноил шудан мумкин аст.
Якчанд гурӯҳҳои тадқиқотӣ дар академия ва саноат истифодаи гибридҳоро барои чопи дуплекс омӯхта истодаанд11–16. Ин схемаҳо ғайрифаъол SI-ро тавассути имкон додани интиқол ва қабули ҳамзамон аз як мавҷгири ягона, вале ҷудокунандаи интиқолдиҳанда ва қабулкунанда бартараф мекунанд. Онҳо табиати фарохмаҷро доранд ва онҳоро дар чип амалӣ кардан мумкин аст, ки онҳоро барои дуплекссозии басомадҳо дар дастгоҳҳои мобилӣ як варианти ҷолиб мегардонад.
Пешрафтҳои охирин нишон доданд, ки интиқолдиҳандаҳои FDD бо истифода аз EBI метавонанд аз CMOS (Нимноқилҳои оксиди металлии иловагӣ) бо талафоти воридкунӣ, садои садо, хатти қабулкунанда ва хусусиятҳои бастани бастани барои барномаҳои мобилӣ мувофиқ истеҳсол карда шаванд11,12,13. Аммо, тавре ки мисолҳои сершумори адабиёти илмӣ ва илмӣ нишон медиҳанд, як маҳдудияти бунёдӣ вуҷуд дорад, ки ба изолятсияи дуплекс таъсир мерасонад.
Муқовимати мавҷгири радио собит нест, балки бо басомади корӣ (аз сабаби резонанси антенна) ва вақт (аз сабаби таъсири мутақобила бо муҳити тағйирёбанда) фарқ мекунад. Ин маънои онро дорад, ки импеданси мувозинатӣ бояд ба пайгирии тағирёбии импеданс мутобиқ шавад ва маҷрои ҷудошавӣ аз сабаби тағирот дар домени басомад13 маҳдуд аст (ниг. Расми 1).
Кори мо дар Донишгоҳи Бристол ба таҳқиқ ва ҳалли ин маҳдудиятҳои фаъолият нигаронида шудааст, то нишон диҳад, ки изолятсияи зарурии ирсол/қабул ва интиқолро дар ҳолатҳои истифодаи воқеӣ ба даст овардан мумкин аст.
Барои бартараф кардани тағирёбии импеданси антенна (ки ба изолятсия сахт таъсир мерасонад), алгоритми мутобиқсозии мо импеданси антеннаро дар вақти воқеӣ пайгирӣ мекунад ва озмоиш нишон дод, ки иҷроишро дар муҳитҳои гуногуни динамикӣ нигоҳ доштан мумкин аст, аз ҷумла муоширати дасти корбар ва роҳи баландсуръати роҳи оҳан ва роҳи оҳан. сафар.
Илова бар ин, барои бартараф кардани мувофиқати маҳдуди мавҷгири дар домени басомад ва ба ин васила баланд бардоштани маҷрои маҷрои ва изолятсияи умумӣ, мо дуплексери мутавозини электрикиро бо пахшкунии иловагии фаъоли SI муттаҳид карда, бо истифода аз интиқолдиҳандаи дуюм барои тавлиди сигнали қатъкунӣ барои рафъи минбаъдаи дахолати худ. (нигаред ба расми 2).
Натиҷаҳои озмоишии мо рӯҳбаландкунандаанд: вақте ки дар якҷоягӣ бо EBD, технологияи фаъол метавонад изолятсияро ба таври назаррас беҳтар созад, тавре ки дар расми 3 нишон дода шудааст.
Танзимоти ниҳоии лабораторияи мо ҷузъҳои арзони дастгоҳи мобилиро (қуттиҳои барқии телефони мобилӣ ва антеннаҳо) истифода мебарад, ки онро намояндаи татбиқи телефонҳои мобилӣ месозад. Гузашта аз ин, андозагириҳои мо нишон медиҳанд, ки ин навъи радкунии худидоракунии думарҳила метавонад изолятсияи лозимии дуплексро дар басомадҳои болоӣ ва поёнӣ, ҳатто ҳангоми истифодаи таҷҳизоти камхарҷи тиҷоратӣ таъмин кунад.
Қувваи сигнале, ки дастгоҳи мобилӣ дар доираи максималии худ мегирад, бояд аз қувваи сигнале, ки вай интиқол медиҳад, 12 дараҷа пасттар бошад. Дар Time Division Duplex (TDD), схемаи дуплекс танҳо як коммутаторест, ки мавҷгириро ба интиқолдиҳанда ё қабулкунанда мепайвандад, аз ин рӯ дуплексер дар TDD гузариши оддӣ аст. Дар FDD, интиқолдиҳанда ва қабулкунанда дар як вақт кор мекунанд ва дуплексор барои ҷудо кардани қабулкунанда аз сигнали пурқуввати интиқолдиҳанда филтрҳоро истифода мебарад.
Дуплексер дар канори пешинаи FDD-и мобилӣ >~50 дБ изолятсияро дар банди болоӣ барои пешгирӣ аз изофабории қабулкунанда бо сигналҳои Tx ва изолятсияи >~50 дБ дар банди поёнӣ барои пешгирии интиқоли берун аз диапазон таъмин мекунад. Кам шудани ҳассосияти қабулкунанда. Дар банди Rx, талафот дар роҳҳои интиқол ва қабул кам аст.
Ин талаботҳои талафоти кам ва изолятсияи баланд, ки басомадҳо танҳо чанд дарсад аз ҳам ҷудо карда мешаванд, филтри Q-ро талаб мекунанд, ки то ҳол онро танҳо бо истифода аз дастгоҳҳои мавҷи акустикии рӯизаминӣ (SAW) ё мавҷи акустикии бадан (BAW) ба даст овардан мумкин аст.
Дар ҳоле, ки технология дар ҳоли таҳаввул аст, бо пешрафтҳо асосан аз ҳисоби миқдори зиёди дастгоҳҳои зарурӣ, амалиёти бисёрҷабҳа маънои филтри ҷудогонаи дуплексро барои ҳар як банд дорад, тавре ки дар расми А нишон дода шудааст. Ҳама коммутаторҳо ва роутерҳо инчунин функсияҳои иловагиро илова мекунанд. ҷаримаҳои иҷро ва муомилот.
Истеҳсоли телефонҳои глобалии дастрас дар асоси технологияи кунунӣ хеле душвор аст. Меъмории радио дар натиҷа хеле калон, талафот ва гарон хоҳад буд. Истеҳсолкунандагон бояд вариантҳои зиёди маҳсулотро барои маҷмӯи гуногуни бандҳое, ки дар минтақаҳои гуногун лозиманд, эҷод кунанд, ки роуминги бемаҳдуди ҷаҳонии LTE-ро душвор мегардонад. Иқтисоди миқёс, ки ба бартарияти GSM оварда расонд, ноил шудан торафт душвортар мегардад.
Афзоиши талабот ба хидматҳои мобилии суръати баланди додаҳо боиси густариши шабакаҳои мобилии 4G дар 50 басомади басомад гардид, зеро 5G пурра муайян ва васеъ паҳн шудааст. Аз сабаби мураккабии интерфейси РБ, фаро гирифтани ҳамаи ин дар як дастгоҳ бо истифода аз технологияҳои ҷории ба филтр асосёфта имконнопазир аст, аз ин рӯ схемаҳои танзимшаванда ва аз нав танзимшавандаи РБ лозиманд.
Идеалӣ, як равиши нав барои ҳалли мушкилоти дуплекс лозим аст, ки шояд дар асоси филтрҳои танзимшаванда ё рафъи дахолати худидоракунӣ ё баъзе омезиши ҳарду.
Дар ҳоле, ки мо то ҳол як равиши ягонае надорем, ки ба талаботҳои зиёди арзиш, ҳаҷм, иҷроиш ва самаранокӣ ҷавобгӯ бошад, шояд қисмҳои муаммо пас аз чанд сол ҷамъ шаванд ва дар ҷайби шумо бошанд.
Технологияҳо ба монанди EBD бо пахшкунии SI метавонанд имкони истифодаи як басомадро дар ҳар ду самт ҳамзамон боз кунанд, ки ин метавонад самаранокии спектрро ба таври назаррас беҳтар кунад.
Вақти фиристодан: сентябр-24-2024