Dis ane de sa, smartphones tipikman sipòte sèlman kèk estanda opere nan kat gwoup frekans GSM yo, e petèt kèk estanda WCDMA oswa CDMA2000. Avèk anpil gwoup frekans pou chwazi nan, yon sèten degre inifòmite mondyal te reyalize ak "kwadwilatè-band" telefòn GSM, ki itilize bann 850/900/1800/1900 MHz epi yo ka itilize nenpòt kote nan mond lan (byen, trè byen).
Sa a se yon gwo benefis pou vwayajè epi li kreye gwo ekonomi nan echèl pou manifaktirè aparèy, ki sèlman bezwen lage kèk modèl (oswa petèt sèlman youn) pou tout mache mondyal la. Pi devan jodi a, GSM rete sèlman teknoloji aksè san fil ki bay itinérance mondyal. By wout la, si ou pa t 'konnen, GSM piti piti ke yo te elimine.
Nenpòt smartphone ki merite non an dwe sipòte aksè 4G, 3G ak 2G ak diferan kondisyon koòdone RF an tèm de Pleasant, pouvwa transmèt, sansiblite reseptè ak anpil lòt paramèt.
Anplis de sa, akòz disponiblite fragmenté nan spectre mondyal, estanda 4G kouvri yon gwo kantite gwoup frekans, kidonk operatè yo ka itilize yo sou nenpòt frekans ki disponib nan nenpòt zòn yo bay - kounye a 50 gwoup nan total, menm jan ak estanda LTE1. Yon vrè "telefòn mondyal" dwe travay nan tout anviwònman sa yo.
Pwoblèm kle nenpòt radyo selilè dwe rezoud se "kominikasyon duplex". Lè nou pale, nou koute an menm tan. Sistèm radyo byen bonè yo te itilize pouse-pou-pale (gen kèk toujou fè), men lè nou pale nan telefòn nan, nou espere lòt moun nan entèwonp nou. Premye jenerasyon (analojik) aparèy selilè yo te itilize "filtè duplex" (oswa duplexers) pou resevwa downlink la san yo pa "etòdi" lè yo transmèt uplink la sou yon frekans diferan.
Fè filtè sa yo pi piti ak pi bon mache se te yon gwo defi pou premye manifaktirè telefòn yo. Lè GSM te prezante, pwotokòl la te fèt pou transceiver yo te kapab opere nan "mwatye mòd duplex".
Sa a se te yon fason trè entelijan elimine duplexers, e li te yon gwo faktè nan ede GSM vin yon pri ki ba, teknoloji endikap ki kapab domine endistri a (ak chanje fason moun kominike nan pwosesis la).
Telefòn Essential ki soti nan Andy Rubin, envanteur sistèm operasyon Android a, prezante dènye karakteristik koneksyon ki gen ladan Bluetooth 5.0LE, divès kalite GSM/LTE ak yon antèn Wi-Fi kache nan yon ankadreman Titàn.
Malerezman, leson yo te aprann nan rezoud pwoblèm teknik yo te byen vit bliye nan lagè tekno-politik nan premye jou 3G yo, ak kounye a fòm dominan nan duplexing divizyon frekans (FDD) mande pou yon duplexer pou chak gwoup FDD kote li opere. Pa gen okenn dout ke boom nan LTE vini ak faktè pri k ap monte.
Pandan ke kèk gwoup ka itilize Time Division Duplex, oswa TDD (kote radyo a byen vit chanje ant transmèt ak resevwa), mwens nan gwoup sa yo egziste. Pifò operatè yo (eksepte sitou Azyatik) pito seri FDD a, ki gen plis pase 30.
Eritaj spectre TDD ak FDD, difikilte pou libere bann vrèman mondyal, ak avènement 5G ak plis gwoup fè pwoblèm duplex la vin pi konplèks. Metòd pwomèt anba envestigasyon yo enkli nouvo konsepsyon ki baze sou filtre ak kapasite pou elimine entèferans pwòp tèt ou.
Lèt la tou pote ak li posiblite a yon ti jan pwomèt nan "fragmentless" duplex (oswa "nan-band plen duplex"). Nan tan kap vini kominikasyon mobil 5G, nou ka oblije konsidere non sèlman FDD ak TDD, men tou fleksib duplex ki baze sou nouvo teknoloji sa yo.
Chèchè nan Inivèsite Aalborg nan Denmark te devlope yon achitekti "Smart Antenna Front End" (SAFE)2-3 ki itilize (gade ilistrasyon nan paj 18) antèn separe pou transmisyon ak resepsyon epi konbine antèn sa yo ak (pèfòmans ki ba) an konbinezon ak personnalisable. filtraj pou reyalize izolasyon transmisyon ak resepsyon vle a.
Pandan ke pèfòmans lan se enpresyonan, bezwen an pou de antèn se yon gwo dezavantaj. Kòm telefòn yo vin pi mens ak dous, espas ki disponib pou antèn yo ap vin pi piti ak pi piti.
Aparèy mobil yo mande tou plizyè antèn pou multiplexing espasyal (MIMO). Telefòn mobil yo ak achitekti SAFE ak sipò 2×2 MIMO mande sèlman kat antèn. Anplis de sa, seri akor nan filtè sa yo ak antèn limite.
Se konsa, telefòn mobil mondyal yo pral bezwen tou repwodui achitekti koòdone sa a pou kouvri tout gwoup frekans LTE (450 MHz rive 3600 MHz), ki pral mande pou plis antèn, plis sentonizè antèn ak plis filtè, ki mennen nou tounen nan kesyon yo poze souvan sou kesyon yo. operasyon milti-band akòz repetisyon nan eleman yo.
Malgre ke plis antèn ka enstale nan yon tablèt oswa laptop, plis pwogrè nan personnalisation ak / oswa miniaturization yo bezwen fè teknoloji sa a apwopriye pou smartphones.
Yo te itilize duplex elektrik balanse depi byen bonè nan telefòn fil fil17. Nan yon sistèm telefòn, mikwofòn ak ekoutè dwe konekte ak liy telefòn lan, men izole youn ak lòt pou pwòp vwa itilizatè a pa soud siyal odyo ki pi fèb. Sa a te reyalize lè l sèvi avèk transfòmatè ibrid anvan avènement nan telefòn elektwonik.
Sikwi duplex yo montre nan figi ki anba a sèvi ak yon rezistans ki gen menm valè pou matche ak enpedans liy transmisyon an pou kouran ki soti nan mikwofòn la divize lè li antre nan transfòmatè a epi li koule nan direksyon opoze nan bobin prensipal la. Flux mayetik yo efektivman anile epi pa gen okenn kouran pwovoke nan bobin segondè a, kidonk bobin segondè a izole nan mikwofòn la.
Sepandan, siyal ki soti nan mikwofòn la toujou ale nan liy telefòn lan (kwake ak kèk pèt), ak siyal la fèk ap rantre sou liy telefòn lan toujou ale nan oratè a (tou ak kèk pèt), sa ki pèmèt kominikasyon de-fason sou menm liy telefòn lan. . . Fil metalik.
Yon duplexer balanse radyo sanble ak yon duplexer telefòn, men olye pou yo yon mikwofòn, appareil, ak fil telefòn, yo itilize yon transmetè, reseptè, ak antèn, respektivman, jan yo montre nan Figi B.
Yon twazyèm fason pou izole transmetè a soti nan reseptè a se elimine entèferans pwòp tèt ou (SI), kidonk soustraksyon siyal la transmèt nan siyal la resevwa. Teknik blokaj yo te itilize nan rada ak difizyon pou dè dekad.
Pou egzanp, nan kòmansman ane 1980 yo, Plessy te devlope ak mache yon pwodwi ki baze sou konpansasyon SI ki rele "Groundsat" pou yon ekstansyon pou seri rezo kominikasyon militè FM analòg demi-duplex4-5.
Sistèm nan aji kòm yon repeteur yon sèl-chanèl full-duplex, pwolonje seri a efikas nan radyo mwatye-duplex yo itilize nan tout zòn travay la.
Te gen enterè resan nan repwesyon pwòp tèt ou-entèferans, sitou akòz tandans nan direksyon pou kominikasyon kout ranje (selilè ak Wi-Fi), ki fè pwoblèm nan nan repwesyon SI pi jere akòz pi ba pouvwa transmèt ak pi wo resepsyon pouvwa pou itilizasyon konsomatè. . Aksè san fil ak aplikasyon pou backhaul 6-8.
IPhone Apple la (avèk èd Qualcomm) gen pi bon kapasite san fil ak LTE nan mond lan, sipòte 16 gwoup LTE sou yon sèl chip. Sa vle di ke sèlman de SKU yo bezwen pwodwi pou kouvri mache GSM ak CDMA.
Nan aplikasyon duplex san yo pa pataje entèferans, oto-entèferans suppression ka amelyore efikasite spectre pa pèmèt uplink la ak downlink pataje menm resous spectre9,10. Yo ka itilize teknik oto-entèferans tou pou kreye duplexers koutim pou FDD.
Anilasyon an tèt li anjeneral konsiste de plizyè etap. Rezo direksyon an ant antèn la ak transceiver la bay premye nivo separasyon ant siyal yo transmèt ak resevwa. Dezyèmman, yo itilize pwosesis adisyonèl siyal analòg ak dijital pou elimine nenpòt bri ki rete nan siyal la resevwa. Premye etap la ka sèvi ak yon antèn separe (tankou nan SAFE), yon transfòmatè ibrid (ki dekri anba a);
Pwoblèm nan antèn detache te deja dekri. Circulators yo tipikman etwat paske yo itilize sonorite feromayetik nan kristal la. Teknoloji ibrid sa a, oswa Izolasyon Elektrikman Balanse (EBI), se yon teknoloji pwomèt ki ka bande epi ki kapab entegre sou yon chip.
Jan yo montre nan figi ki anba a, konsepsyon devan antèn entelijan itilize de antèn etwat, youn pou transmèt ak youn pou resevwa, ak yon pè filtè duplex ki pi ba pèfòmans men reglabl. Antèn endividyèl pa sèlman bay kèk izolasyon pasif nan pri a nan pèt pwopagasyon ant yo, men tou, gen limite (men reglabl) Pleasant enstantane.
Antèn transmèt la opere efektivman sèlman nan gwoup la frekans transmèt, ak antèn k ap resevwa a opere efektivman sèlman nan gwoup la frekans resevwa. Nan ka sa a, antèn nan tèt li tou aji kòm yon filtè: emisyon Tx andeyò band yo atténue pa antèn transmèt la, epi entèferans pwòp tèt ou nan gwoup Tx a atenye pa antèn k ap resevwa a.
Se poutèt sa, achitekti a mande pou antèn la reglabl, ki se reyalize lè l sèvi avèk yon rezo akor antèn. Gen kèk pèt ensèsyon inevitab nan yon rezo akor antèn. Sepandan, dènye pwogrè nan MEMS18 kondansateur reglabl te siyifikativman amelyore kalite aparèy sa yo, kidonk diminye pèt yo. Pèt ensèsyon Rx a se apeprè 3 dB, ki konparab ak pèt total SAW duplexer ak switch la.
Lè sa a, izolasyon ki baze sou antèn la konplete pa yon filtè reglabl, ki baze tou sou kondansateur reglabl MEM3, pou reyalize izolasyon 25 dB soti nan antèn la ak izolasyon 25 dB nan filtè a. Pwototip yo te demontre ke sa ka reyalize.
Plizyè gwoup rechèch nan inivèsite ak endistri yo ap eksplore itilizasyon ibrid pou enprime duplex11–16. Konplo sa yo pasivman elimine SI lè yo pèmèt transmisyon ak resepsyon similtane nan yon sèl antèn, men izole transmetè a ak reseptè a. Yo se bande nan lanati epi yo ka aplike sou-chip, fè yo yon opsyon atire pou duplexing frekans nan aparèy mobil.
Dènye pwogrè yo te montre ke transceivers FDD lè l sèvi avèk EBI ka fabrike nan CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) ak pèt ensèsyon, figi bri, linearite reseptè, ak bloke karakteristik suppression apwopriye pou aplikasyon selilè11,12,13. Sepandan, jan anpil egzanp nan literati akademik ak syantifik demontre, gen yon limit fondamantal ki afekte izolasyon duplex.
Enpedans yon antèn radyo pa fiks, men varye selon frekans opere (akòz sonorite antèn) ak tan (akòz entèraksyon ak yon anviwònman k ap chanje). Sa vle di ke enpedans balanse a dwe adapte yo ak chanjman enpedans swiv, ak Pleasant dekoupling la limite akòz chanjman nan domèn frekans13 (gade Figi 1).
Travay nou nan University of Bristol konsantre sou envestige ak adrese limit pèfòmans sa yo pou demontre ke izolasyon an voye/resevwa obligatwa ak debi yo ka reyalize nan ka itilizasyon mond reyèl la.
Pou simonte fluctuations enpedans antèn (ki gen anpil enpak sou izolasyon), algorithm adaptasyon nou an swiv enpedans antèn an tan reyèl, epi tès yo montre ke pèfòmans yo ka kenbe nan yon varyete anviwònman dinamik, ki gen ladan entèraksyon itilizatè-men ak gwo vitès wout ak tren. vwayaje.
Anplis de sa, simonte matche antèn limite nan domèn frekans lan, kidonk ogmante bandwidth ak izolasyon an jeneral, nou konbine yon duplexer elektrik balanse ak plis repwesyon SI aktif, lè l sèvi avèk yon dezyèm transmetè pou jenere yon siyal repwesyon plis siprime pwòp tèt ou-entèferans. (gade Figi 2).
Rezilta ki soti nan testbed nou an ankouraje: lè yo konbine avèk EBD, teknoloji aktif ka siyifikativman amelyore transmèt ak resevwa izolasyon, jan yo montre nan Figi 3.
Konfigirasyon final laboratwa nou an sèvi ak konpozan aparèy mobil a pri ki ba (anplifikatè pouvwa telefòn selilè ak antèn), fè li reprezante aplikasyon telefòn mobil yo. Anplis, mezi nou yo montre ke sa a ki kalite de-etap rejè pwòp tèt ou-entèferans ka bay izolasyon duplex ki nesesè nan bann frekans uplink ak downlink, menm lè w ap itilize pri ki ba, ekipman komèsyal-klas.
Fòs siyal yon aparèy selilè resevwa nan ranje maksimòm li dwe 12 lòd nan grandè pi ba pase fòs siyal li transmèt. Nan Time Division Duplex (TDD), kous la duplex se tou senpleman yon switch ki konekte antèn nan transmetè a oswa reseptè, kidonk duplexer a nan TDD se yon switch senp. Nan FDD, transmetè a ak reseptè opere ansanm, ak duplexer la sèvi ak filtè pou izole reseptè a soti nan siyal fò transmetè a.
Duplexer nan front end FDD selilè bay > ~ 50 dB izolasyon nan gwoup la uplink pou anpeche surcharge reseptè a ak siyal Tx, ak > ~ 50 dB izolasyon nan gwoup la downlink pou anpeche transmisyon andeyò band. Redwi sansiblite reseptè a. Nan gwoup Rx, pèt nan chemen transmèt ak resevwa yo minim.
Kondisyon sa yo ki ba-pèt, segondè-izolasyon, kote frekans yo separe pa sèlman yon kèk pousan, mande pou segondè-Q filtraj, ki byen lwen tèlman ka sèlman reyalize lè l sèvi avèk vag acoustic sifas (SAW) oswa aparèy onn acoustic kò (BAW).
Pandan ke teknoloji a ap kontinye evolye, ak pwogrè lajman akòz gwo kantite aparèy ki nesesè yo, operasyon milti-bann vle di yon filtè duplex separe off-chip pou chak gwoup, jan yo montre nan Figi A. Tout switch ak routeurs ajoute tou fonctionnalités adisyonèl ak penalite pèfòmans ak konpwomi.
Telefòn mondyal abòdab ki baze sou teknoloji aktyèl yo twò difisil pou fabrike. Achitekti radyo ki kapab lakòz yo pral trè gwo, pèt ak chè. Manifakti yo dwe kreye plizyè varyant pwodwi pou diferan konbinezon de gwoup ki nesesè nan diferan rejyon, sa ki fè itinérance mondyal LTE san limit difisil. Ekonomi yo nan echèl ki te mennen nan dominasyon GSM a ap vin de pli zan pli difisil reyalize.
Ogmante demann pou sèvis mobil gwo vitès done te mennen nan deplwaman rezo mobil 4G atravè 50 gwoup frekans, ak menm plis gwoup k ap vini kòm 5G konplètman defini ak lajman deplwaye. Akòz konpleksite koòdone RF a, li pa posib pou kouvri tout bagay sa yo nan yon sèl aparèy lè l sèvi avèk teknoloji aktyèl ki baze sou filtre, kidonk sikwi RF customizable ak reconfigurable obligatwa.
Idealman, yo bezwen yon nouvo apwòch pou rezoud pwoblèm duplex la, petèt ki baze sou filtè reglabl oswa repwesyon oto-entèferans, oswa kèk konbinezon tou de.
Pandan ke nou poko gen yon sèl apwòch ki satisfè demand yo anpil nan pri, gwosè, pèfòmans ak efikasite, petèt moso yo nan devinèt la pral reyini ansanm epi yo dwe nan pòch ou nan kèk ane.
Teknoloji tankou EBD ak repwesyon SI ka louvri posiblite pou yo sèvi ak menm frekans nan tou de direksyon an menm tan, sa ki ka amelyore efikasite espèk.
Lè poste: 24-Sep-2024