Antaŭ dek jaroj, dolortelefonoj tipe subtenis nur kelkajn normojn funkciantajn en la kvar GSM-frekvencbendoj, kaj eble kelkajn WCDMA aŭ CDMA2000-normojn. Kun tiom malmultaj frekvencbendoj elekteblaj, certa grado da tutmonda unuformeco estis atingita per "kvadrobendaj" GSM-telefonoj, kiuj uzas la 850/900/1800/1900 MHz-bendojn kaj povas esti uzataj ie ajn en la mondo (nu, sufiĉe).
Ĉi tio estas grandega avantaĝo por vojaĝantoj kaj kreas grandegajn ekonomiojn de skalo por aparato-fabrikistoj, kiuj bezonas nur liberigi kelkajn modelojn (aŭ eble nur unu) por la tuta tutmonda merkato. Rapide antaŭen ĝis hodiaŭ, GSM restas la nura sendrata alirteknologio kiu disponigas tutmondan vagadon. Cetere, se vi ne sciis, GSM estas iom post iom forigita.
Ajna inteligenta telefono inda je la nomo devas subteni 4G, 3G kaj 2G-aliron kun diversaj RF-interfaco postuloj laŭ bendolarĝo, dissenda potenco, ricevilo-sentemo kaj multaj aliaj parametroj.
Aldone, pro la fragmenta havebleco de tutmonda spektro, 4G-normoj kovras grandan nombron da frekvencbendoj, do funkciigistoj povas uzi ilin sur ajnaj frekvencoj disponeblaj en iu ajn areo - nuntempe 50 bandoj entute, kiel estas la kazo kun LTE1-normoj. Vera "monda telefono" devas funkcii en ĉiuj ĉi tiuj medioj.
La ŝlosila problemo, kiun ĉiu ĉela radio devas solvi, estas "dupleksa komunikado". Kiam ni parolas, ni aŭskultas samtempe. Fruaj radiosistemoj uzis puŝon por paroli (kelkaj ankoraŭ faras), sed kiam ni parolas per telefono, ni atendas ke la alia persono interrompos nin. Unuageneraciaj (analogaj) ĉelaj aparatoj uzis "dupleksajn filtrilojn" (aŭ dupleksigilojn) por ricevi la malsuprenligon sen esti "miregigitaj" elsendante la suprenligon sur malsama frekvenco.
Fari ĉi tiujn filtrilojn pli malgrandaj kaj pli malmultekostaj estis grava defio por fruaj telefonproduktantoj. Kiam GSM estis lanĉita, la protokolo estis dizajnita tiel ke dissendiloj povis funkciigi en "duondupleksa reĝimo".
Ĉi tio estis tre saĝa maniero forigi dupleksigilojn, kaj estis grava faktoro por helpi GSM iĝi malaltkosta, ĉefa teknologio kapabla regi la industrion (kaj ŝanĝi la manieron kiel homoj komunikis en la procezo).
La Esenca telefono de Andy Rubin, la inventinto de la Android-operaciumo, prezentas la plej novajn konekteblecojn inkluzive de Bluetooth 5.0LE, diversaj GSM/LTE kaj Wi-Fi-antenon kaŝitan en titana kadro.
Bedaŭrinde, la lecionoj lernitaj de solvado de teknikaj problemoj estis rapide forgesitaj en la tekno-politikaj militoj de la fruaj tagoj de 3G, kaj la nuntempe domina formo de frekvencdivida dupleksado (FDD) postulas dupleksilon por ĉiu FDD-grupo en kiu ĝi funkcias. Ne estas dubo, ke la LTE-eksplodo venas kun kreskantaj kostfaktoroj.
Dum kelkaj grupoj povas uzi Time Division Duplex, aŭ TDD (kie la radio rapide ŝanĝas inter elsendado kaj ricevado), malpli el tiuj grupoj ekzistas. Plej multaj funkciigistoj (krom ĉefe aziaj) preferas la FDD-gamon, el kiu estas pli ol 30.
La heredaĵo de TDD kaj FDD-spektro, la malfacileco liberigi vere tutmondajn bandojn, kaj la apero de 5G kun pli da bandoj faras la dupleksan problemon eĉ pli kompleksa. Promesplenaj metodoj sub enketo inkludas novajn filtril-bazitajn dezajnojn kaj la kapablon elimini mem-enmiksiĝon.
Ĉi-lasta ankaŭ kunportas la iom promesplenan eblecon de "senfragmenta" duplekso (aŭ "en-banda plenduplekso"). En la estonteco de 5G moveblaj komunikadoj, ni eble devos konsideri ne nur FDD kaj TDD, sed ankaŭ flekseblan duplekson bazitan sur ĉi tiuj novaj teknologioj.
Esploristoj de la Universitato de Aalborg en Danio evoluigis arkitekturon "Smart Antenna Front End" (SAFE)2-3 kiu uzas (vidu ilustraĵon sur paĝo 18) apartajn antenojn por dissendo kaj ricevo kaj kombinas tiujn antenojn kun (malalta rendimento) kombine kun agordebla. filtrado por atingi la deziratan dissendon kaj ricevan izolitecon.
Dum la agado estas impona, la bezono de du antenoj estas granda malavantaĝo. Ĉar telefonoj fariĝas pli maldikaj kaj pli glataj, la disponebla spaco por antenoj fariĝas pli kaj pli malgranda.
Poŝtelefonaj aparatoj ankaŭ postulas multoblajn antenojn por spaca multipleksado (MIMO). Poŝtelefonoj kun SAFE arkitekturo kaj 2×2 MIMO-subteno postulas nur kvar antenojn. Krome, la agorda gamo de ĉi tiuj filtriloj kaj antenoj estas limigita.
Do tutmondaj poŝtelefonoj ankaŭ devos reprodukti ĉi tiun interfacan arkitekturon por kovri ĉiujn LTE-frekvencbendojn (450 MHz ĝis 3600 MHz), kiuj postulos pli da antenoj, pli da anteno-agordiloj kaj pli da filtriloj, kio revenigas nin al la oftaj demandoj pri demandoj. plurbanda operacio pro duobligo de komponantoj.
Kvankam pli da antenoj povas esti instalitaj en tablojdo aŭ tekokomputilo, pliaj progresoj en personigo kaj/aŭ miniaturigo estas necesaj por igi ĉi tiun teknologion taŭga por dolortelefonoj.
Elektre ekvilibra duplekso estis uzita ekde la fruaj tagoj de drata telefonio17. En telefona sistemo, la mikrofono kaj aŭdilo devas esti konektitaj al la telefonlinio, sed izolitaj unu de la alia por ke la propra voĉo de la uzanto ne surdigu la pli malfortan envenantan sonsignalon. Tio estis atingita uzante hibridajn transformilojn antaŭ la apero de elektronikaj telefonoj.
La dupleksa cirkvito montrita en la figuro malsupre uzas rezistilon de la sama valoro por egali la impedancon de la transmisilinio tiel ke la fluo de la mikrofono fendetiĝas kiam ĝi eniras la transformilon kaj fluas en kontraŭaj indikoj tra la primara bobeno. La magnetaj fluoj estas efike nuligitaj kaj neniu kurento estas induktita en la sekundara bobeno, tiel ke la sekundara bobeno estas izolita de la mikrofono.
Tamen, la signalo de la mikrofono daŭre iras al la telefonlinio (kvankam kun iom da perdo), kaj la envenanta signalo sur la telefonlinio daŭre iras al la laŭtparolilo (ankaŭ kun ioma perdo), permesante dudirektan komunikadon sur la sama telefonlinio. . . Metala drato.
Radio-ekvilibra dupleksilo estas simila al telefondupleksilo, sed anstataŭe de mikrofono, telefontenilo, kaj telefondrato, dissendilo, ricevilo, kaj anteno estas uzitaj, respektive, kiel montrite en Figuro B.
Tria maniero izoli la dissendilon de la ricevilo devas elimini mem-enmiksiĝon (SI), tiel subtrahante la elsenditan signalon de la ricevita signalo. Jamming-teknikoj estis uzitaj en radaro kaj dissendado dum jardekoj.
Ekzemple, en la fruaj 1980-aj jaroj, Plessy evoluigis kaj surmerkatigis SI-kompens-bazitan produkton nomitan "Groundsat" por etendi la vicon da duondupleksaj analogaj FM armeaj komunikadretoj4-5.
La sistemo funkcias kiel plendupleksa unukanala ripetilo, etendante la efikan gamon de duondupleksaj radioj uzitaj ĉie en la laborareo.
Okazis lastatempa intereso pri mem-enmiksiĝo-subpremado, plejparte pro la tendenco al mallongdistancaj komunikadoj (ĉelaj kaj Wifi), kiu igas la problemon de SI-subpremado pli regebla pro pli malalta elsenda potenco kaj pli alta potencricevo por konsumanto. . Sendrata Aliro kaj Backhaul Aplikoj 6-8.
La iPhone de Apple (kun helpo de Qualcomm) verŝajne havas la plej bonajn sendratajn kaj LTE-kapablojn de la mondo, subtenante 16 LTE-bandojn sur ununura blato. Ĉi tio signifas, ke nur du SKU-oj devas esti produktitaj por kovri la GSM kaj CDMA-merkatojn.
En dupleksaj aplikoj sen interferdividado, mem-enmiksiĝosubpremado povas plibonigi spektran efikecon permesante al la suprenligo kaj malsuprenligo dividi la samajn spektrajn resursojn9,10. Mem-enmiksiĝo-subpremadteknikoj ankaŭ povas esti uzitaj por krei specialadaptitajn dupleksilojn por FDD.
La nuligo mem kutime konsistas el pluraj etapoj. La direkta reto inter la anteno kaj la radioricevilo disponigas la unuan nivelon de apartigo inter la elsenditaj kaj ricevitaj signaloj. Due, kroma analoga kaj cifereca signal-prilaborado estas uzata por elimini ajnan restantan internan bruon en la ricevita signalo. La unua etapo povas uzi apartan antenon (kiel en SAFE), hibrida transformilo (priskribita malsupre);
La problemo de dekroĉitaj antenoj jam estis priskribita. Cirkulaciiloj estas tipe mallarĝa bendo ĉar ili uzas feromagnetan resonancon en la kristalo. Ĉi tiu hibrida teknologio, aŭ Elektre Ekvilibrata Izolado (EBI), estas promesplena teknologio kiu povas esti larĝbendo kaj eble integrita sur blato.
Kiel montrite en la figuro malsupre, la inteligenta antena antaŭa findezajno uzas du mallarĝbendajn agordeblajn antenojn, unu por elsendi kaj unu por ricevi, kaj paron de pli malaltaj rendimento sed agordeblaj dupleksaj filtriloj. Individuaj antenoj ne nur disponigas iun pasivan izolitecon je la kosto de disvastigperdo inter ili, sed ankaŭ havas limigitan (sed agordeblan) tujan bendolarĝon.
La elsenda anteno funkcias efike nur en la elsenda frekvenca bendo, kaj la ricevanta anteno funkcias efike nur en la riceva frekvenca bando. En ĉi tiu kazo, la anteno mem ankaŭ funkcias kiel filtrilo: ekster-de-bendaj Tx-emisioj estas mildigitaj per la elsenda anteno, kaj mem-enmiksiĝo en la Tx-bendo estas mildigita per la ricevanta anteno.
Tial, la arkitekturo postulas ke la anteno estu agordebla, kio estas atingita uzante antenan agordan reton. Estas iu neevitebla enmetperdo en antena agorda reto. Tamen, lastatempaj progresoj en MEMS18 agordeblaj kondensiloj signife plibonigis la kvaliton de ĉi tiuj aparatoj, tiel reduktante perdojn. La Rx enmetperdo estas proksimume 3 dB, kio estas komparebla al la totalperdoj de la SAW duplekser kaj ŝaltilo.
La anten-bazita izoliteco tiam estas kompletigita per agordebla filtrilo, ankaŭ bazita sur MEM3 agordeblaj kondensiloj, por atingi 25 dB izolitecon de la anteno kaj 25 dB izolitecon de la filtrilo. Prototipoj pruvis, ke tio povas esti atingita.
Pluraj esplorgrupoj en akademiularo kaj industrio esploras la uzon de hibridoj por dupleksa presado11–16. Tiuj kabaloj pasive eliminas SI permesante samtempan dissendon kaj ricevon de ununura anteno, sed izolante la dissendilon kaj ricevilon. Ili estas larĝbendaj en naturo kaj povas esti efektivigitaj sur-blato, igante ilin alloga elekto por frekvenca dupleksado en porteblaj aparatoj.
Lastatempaj progresoj montris, ke FDD-riceviloj uzantaj EBI povas esti produktitaj de CMOS (Komplementa Metal Oxide Semiconductor) kun enmetperdo, bruocifero, ricevila lineareco kaj blokado de subpremaj trajtoj taŭgaj por ĉelaj aplikoj11,12,13. Tamen, kiel multaj ekzemploj en la akademia kaj scienca literaturo montras, ekzistas fundamenta limigo influanta dupleksan izolitecon.
La impedanco de radioanteno ne estas fiksa, sed varias laŭ funkciiga frekvenco (pro antena resonanco) kaj tempo (pro interago kun ŝanĝiĝanta medio). Ĉi tio signifas, ke la ekvilibra impedanco devas adaptiĝi al spuri impedancŝanĝojn, kaj la malkunliga bendolarĝo estas limigita pro ŝanĝoj en la frekvenca domajno13 (vidu Figuro 1).
Nia laboro ĉe la Universitato de Bristol estas koncentrita pri esplorado kaj traktado de ĉi tiuj agado-limigoj por pruvi, ke la bezonata send/riceva izolado kaj trairo povas esti atingitaj en realaj uzkazoj.
Por venki antenimpedancfluktuojn (kiuj grave influas izolitecon), nia adapta algoritmo spuras antenan impedancon en reala tempo, kaj testado montris, ke efikeco povas esti konservita en diversaj dinamikaj medioj, inkluzive de uzantmana interagado kaj altrapida vojo kaj fervojo. vojaĝi.
Aldone, por venki la limigitan antenan kongruon en la frekvenca domajno, tiel pliigante bendolarĝon kaj ĝeneralan izolitecon, ni kombinas elektre ekvilibran dupleksilon kun plia aktiva SI-subpremado, uzante duan dissendilon por generi subpreman signalon por plu subpremi mem-enmiksiĝon. (vidu figuron 2).
La rezultoj de nia testlito estas kuraĝigaj: kombinite kun EBD, aktiva teknologio povas signife plibonigi elsendi kaj ricevi izolitecon, kiel montrite en Figuro 3.
Nia fina laboratorio-aranĝo uzas malmultekostajn komponantojn de poŝtelefonaj aparatoj (poŝtelefonaj potencaj amplifiloj kaj antenoj), igante ĝin reprezenta de poŝtelefonaj efektivigoj. Plie, niaj mezuradoj montras, ke ĉi tiu tipo de du-etapa mem-interferenca malakcepto povas provizi la bezonatan dupleksan izolitecon en la supren- kaj malsupren-ligaj frekvencbendoj, eĉ kiam oni uzas malmultekostajn, komercajn ekipaĵojn.
La signalforto kiun ĉela aparato ricevas ĉe sia maksimuma gamo devas esti 12 grandordoj pli malalta ol la signalforto kiun ĝi elsendas. En Time Division Duplex (TDD), la dupleksa cirkvito estas simple ŝaltilo, kiu ligas la antenon al la dissendilo aŭ ricevilo, do la dupleksilo en TDD estas simpla ŝaltilo. En FDD, la dissendilo kaj ricevilo funkcias samtempe, kaj la dupleksilo uzas filtrilojn por izoli la ricevilon de la forta signalo de la dissendilo.
La dupleksilo en la ĉela FDD-antaŭa finaĵo disponigas >~50 dB izolitecon en la suprenliga bando por malhelpi troŝarĝi la ricevilon kun Tx-signaloj, kaj >~50 dB izoliteco en la malsuprenliga bendo por malhelpi ekster-de-grupan dissendon. Reduktita ricevila sentemo. En la Rx-grupo, perdoj en la elsendaj kaj ricevi padoj estas minimumaj.
Ĉi tiuj malalt-perdaj, alt-izolaj postuloj, kie frekvencoj estas apartigitaj de nur kelkaj procentoj, postulas alt-Q-filtradon, kiu ĝis nun povas esti atingita nur per surfaca akustika ondo (SAW) aŭ korpo akustika ondo (BAW) aparatoj.
Dum la teknologio daŭre evoluas, kun progresoj plejparte pro la granda nombro da aparatoj bezonataj, plurbanda operacio signifas apartan ekster-blatan dupleksan filtrilon por ĉiu bando, kiel montrite en Figuro A. Ĉiuj ŝaltiloj kaj enkursigiloj ankaŭ aldonas plian funkciecon kun agado-punoj kaj kompromisoj.
Pageblaj tutmondaj telefonoj bazitaj sur nuna teknologio estas tro malfacile fabrikeblaj. La rezulta radio-arkitekturo estos tre granda, perda kaj multekosta. Fabrikistoj devas krei plurajn produktvariaĵojn por malsamaj kombinaĵoj de bandoj bezonataj en malsamaj regionoj, malfaciligante senliman tutmondan vagadon de LTE. La ekonomioj de skalo kiuj kondukis al la domineco de GSM iĝas ĉiam pli malfacilaj atingi.
Kreskanta postulo je altrapidecaj movaj servoj kaŭzis la disfaldiĝon de 4G-poŝtelefonaj retoj trans 50 frekvencbendoj, kun eĉ pli da bandoj venontaj kiam 5G estas plene difinita kaj vaste deplojita. Pro la komplekseco de la RF-interfaco, ne eblas kovri ĉion ĉi en ununura aparato uzante nunajn filtril-bazitajn teknologiojn, do agordeblaj kaj reagordeblaj RF-cirkvitoj estas postulataj.
Ideale, nova aliro al solvado de la dupleksa problemo estas necesa, eble bazita sur agordeblaj filtriloj aŭ mem-interferenca subpremado, aŭ iu kombinaĵo de ambaŭ.
Kvankam ni ankoraŭ ne havas ununuran aliron, kiu plenumas la multajn postulojn de kosto, grandeco, rendimento kaj efikeco, eble la pecoj de la enigmo kuniĝos kaj estos en via poŝo post kelkaj jaroj.
Teknologioj kiel ekzemple EBD kun SI-subpremado povas malfermi la eblecon de uzado de la sama frekvenco en ambaŭ indikoj samtempe, kiu povas signife plibonigi spektran efikecon.
Afiŝtempo: Sep-24-2024