Virun zéng Joer hunn Smartphones typesch nëmmen e puer Standarden ënnerstëtzt, déi an de véier GSM Frequenzbänner funktionnéieren, a vläicht e puer WCDMA oder CDMA2000 Standarden. Mat sou wéineg Frequenzbands fir ze wielen, ass e gewësse Grad vu globaler Uniformitéit mat "Quad-Band" GSM Telefone erreecht ginn, déi d'850/900/1800/1900 MHz Bands benotzen an iwwerall op der Welt benotzt kënne ginn (gutt, zimlech).
Dëst ass e grousse Virdeel fir Reesender a schaaft enorm Skalawirtschaft fir Apparathersteller, déi nëmmen e puer Modeller (oder vläicht just een) fir de ganze Weltmaart brauchen. Schnell no vir bis haut, GSM bleift déi eenzeg drahtlose Zougangstechnologie déi global Roaming ubitt. Iwwregens, wann Dir net wousst, GSM gëtt no an no ofgeschaaft.
All Smartphone, deen den Numm wäert ass, muss 4G, 3G an 2G Zougang mat ënnerschiddleche RF Interface Ufuerderunge ënnerstëtzen a punkto Bandbreedung, Iwwerdroungskraaft, Empfängerempfindlechkeet a vill aner Parameteren.
Zousätzlech, wéinst der fragmentéierter Disponibilitéit vum globale Spektrum, decken 4G Standards eng grouss Zuel vu Frequenzbands, sou datt d'Betreiber se op all Frequenzen, déi an engem bestëmmte Beräich verfügbar sinn, benotze kënnen - aktuell 50 Bands am Ganzen, sou wéi de Fall mat LTE1 Standards. E richtege "Welttelefon" muss an all dësen Ëmfeld funktionnéieren.
De Schlësselproblem deen all Cellular Radio muss léisen ass "Duplex Kommunikatioun". Wa mir schwätzen, lauschtere mir zur selwechter Zäit. Fréier Radiosystemer hunn Push-to-Talk benotzt (e puer maachen et nach ëmmer), awer wa mir um Telefon schwätzen, erwaarden mir datt déi aner Persoun eis ënnerbrach. Éischt Generatioun (analog) cellulär Geräter hunn "Duplexfilter" (oder Duplexer) benotzt fir den Downlink ze kréien ouni "staunt" ze ginn andeems den Uplink op enger anerer Frequenz iwwerdroe gëtt.
Dës Filtere méi kleng a méi bëlleg ze maachen war eng grouss Erausfuerderung fir fréi Telefonhersteller. Wann GSM agefouert gouf, gouf de Protokoll entworf sou datt Transceiver am "Halschent Duplex Modus" funktionéiere kënnen.
Dëst war e ganz clevere Wee fir Duplexer z'eliminéieren, a war e wichtege Faktor fir GSM ze hëllefen eng Low-Cost, Mainstream Technologie ze ginn, déi fäeg ass d'Industrie ze dominéieren (an d'Art a Weis wéi d'Leit am Prozess kommunizéieren ze änneren).
Den Essential Telefon vum Andy Rubin, den Erfinder vum Android Betriebssystem, huet déi lescht Konnektivitéitsfeatures abegraff Bluetooth 5.0LE, verschidde GSM / LTE an eng Wi-Fi Antenne verstoppt an engem Titanrahmen.
Leider goufen d'Lektioune geléiert aus der Léisung vun technesche Probleemer séier an den techno-politesche Kricher vun de fréie Deeg vum 3G vergiess, an déi aktuell dominant Form vu Frequenz Divisioun Duplexing (FDD) erfuerdert en Duplexer fir all FDD Band an där se funktionnéiert. Et gëtt keen Zweiwel datt den LTE Boom mat steigende Käschtefaktoren kënnt.
Wärend e puer Bands Time Division Duplex oder TDD benotze kënnen (wou de Radio séier tëscht Iwwerdroen an Empfang wiesselt), existéieren manner vun dëse Bands. Déi meescht Betreiber (ausser haaptsächlech asiatesch) léiwer d'FDD Gamme, vun deenen et méi wéi 30 sinn.
D'Legacy vum TDD an FDD Spektrum, d'Schwieregkeet fir wierklech global Bands ze befreien, an d'Entstoe vu 5G mat méi Bands maachen den Duplexproblem nach méi komplex. Verspriechend Methoden ënner Enquête enthalen nei Filter-baséiert Designen an d'Fäegkeet fir Selbstinterferenz ze eliminéieren.
Déi lescht bréngt och déi e bësse villverspriechend Méiglechkeet vu "fragmentlosen" Duplex (oder "In-Band Full Duplex") mat sech. An der Zukunft vun der 5G mobiler Kommunikatioun musse mir vläicht net nëmmen FDD an TDD berücksichtegen, awer och flexibel Duplex baséiert op dësen neien Technologien.
Fuerscher vun der Aalborg Universitéit an Dänemark hunn eng "Smart Antenna Front End" (SAFE)2-3 Architektur entwéckelt déi benotzt (kuckt Illustratioun op Säit 18) separat Antennen fir Iwwerdroung an Empfang a kombinéiert dës Antennen mat (niddereg Leeschtung) a Kombinatioun mat personaliséierbaren Filteren fir déi gewënscht Iwwerdroung an Empfangsisolatioun z'erreechen.
Wärend d'Performance beandrockend ass, ass de Besoin fir zwou Antennen e groussen Nodeel. Wéi Telefone méi dënn a méi schlank ginn, gëtt de Raum fir Antennen ëmmer méi kleng.
Mobil Apparater erfuerderen och Multiple Antennen fir raimlech Multiplexing (MIMO). Handyen mat SAFE Architektur an 2 × 2 MIMO Support erfuerderen nëmme véier Antennen. Zousätzlech ass d'Stëmmbereich vun dëse Filteren an Antennen limitéiert.
Also global Handyen mussen och dës Interfacearchitektur replizéieren fir all LTE Frequenzbands ze decken (450 MHz bis 3600 MHz), déi méi Antennen, méi Antennentuner a méi Filtere erfuerderen, wat eis zréck op déi dacks gestallte Froen Froen iwwer Multi-Band Operatioun wéinst Duplikatioun vu Komponenten.
Och wa méi Antennen an engem Tablet oder Laptop installéiert kënne ginn, sinn weider Fortschrëtter an der Personnalisatioun an / oder Miniaturiséierung gebraucht fir dës Technologie fir Smartphones gëeegent ze maachen.
Elektresch equilibréiert Duplex gouf zënter de fréie Deeg vun der Kabeltelefonie17 benotzt. An engem Telefonsystem muss de Mikrofon an d'Ouerstéck un d'Telefonslinn verbonne sinn, awer vuneneen isoléiert sinn, sou datt d'Benotzer seng eege Stëmm net de méi schwaache kommend Audiosignal deafen. Dëst gouf erreecht mat Hybridtransformatoren virum Advent vun elektroneschen Telefonen.
Den Duplex Circuit, deen an der Figur hei ënnen ugewise gëtt, benotzt e Widderstand vum selwechte Wäert fir d'Impedanz vun der Iwwerdroungslinn ze passen, sou datt de Stroum vum Mikrofon trennt wéi en an den Transformator erakënnt a fléisst a Géigendeel Richtungen duerch d'Primärspiral. Déi magnetesch Fluxe ginn effektiv annuléiert a kee Stroum gëtt an der sekundärer Spule induzéiert, sou datt d'sekundär Spule vum Mikro isoléiert ass.
Wéi och ëmmer, d'Signal vum Mikrofon geet nach ëmmer op d'Telefonslinn (och wann e bësse Verloscht), an dat erakommt Signal op der Telefonslinn geet nach ëmmer un de Lautsprecher (och mat e bësse Verloscht), wat zwee-Wee Kommunikatioun op der selwechter Telefonlinn erlaabt. . . Metal Drot.
E radio equilibréierten Duplexer ass ähnlech wéi en Telefon Duplexer, awer amplaz vun engem Mikrofon, Handset an Telefondraht, ginn e Sender, Empfänger an Antenne benotzt, respektiv, wéi an der Figur B gewisen.
En drëtte Wee fir de Sender vum Empfänger ze isoléieren ass d'Selbstinterferenz (SI) ze eliminéieren, an doduerch dat iwwerdroen Signal vum empfangenen Signal ofzezéien. Jamming Technike goufen am Radar a Sendung fir Joerzéngte benotzt.
Zum Beispill, an de fréien 1980er huet Plessy en SI Kompensatiounsbaséiert Produkt mam Numm "Groundsat" entwéckelt a vermaart fir d'Gamme vun hallef Duplex Analog FM Militärkommunikatiounsnetzwierker 4-5 ze verlängeren.
De System handelt als Full-Duplex Single-Channel Repeater, verlängert déi effektiv Palette vun hallef Duplex Radios, déi am ganzen Aarbechtsberäich benotzt ginn.
Et gouf rezent Interessi un der Selbstinterferenzënnerdréckung, haaptsächlech wéinst dem Trend a Richtung Kuerzstreckenkommunikatioun (zellulär a Wi-Fi), wat de Problem vun der SI-Ënnerdréckung méi handhabbar mécht wéinst enger méi niddereger Iwwerdroungskraaft a méi héijer Kraaftempfang fir Konsumentverbrauch. . Wireless Access an Backhaul Uwendungen 6-8.
Apple's iPhone (mat Hëllef vu Qualcomm) huet wuel déi bescht Wireless- an LTE-Fähigkeiten op der Welt, ënnerstëtzt 16 LTE Bands op engem eenzegen Chip. Dëst bedeit datt nëmmen zwee SKUs musse produzéiert ginn fir d'GSM an CDMA Mäert ze decken.
An Duplex Uwendungen ouni Stéierungen Deele, Self-Interferenz Ënnerdréckung kann Spektrum Effizienz verbesseren andeems den Uplink an Downlink déi selwecht Spektrum Ressourcen deelen9,10. Selbstinterferenz Ënnerdréckungstechnike kënnen och benotzt ginn fir personaliséiert Duplexer fir FDD ze kreéieren.
D'Annulatioun selwer besteet normalerweis aus e puer Etappen. D'Direktiounsnetz tëscht der Antenne an dem Transceiver liwwert den éischten Niveau vun der Trennung tëscht den iwwerdroenen a kritt Signaler. Zweetens gëtt zousätzlech analog an digital Signalveraarbechtung benotzt fir all verbleiwen intrinsesche Geräischer am empfangene Signal ze eliminéieren. Déi éischt Stuf kann eng separat Antenne benotzen (wéi an SAFE), en Hybridtransformator (ënnendrënner beschriwwen);
De Problem vun ofgebauten Antennen ass scho beschriwwe ginn. Circulators sinn typesch schmuelband well se ferromagnetesch Resonanz am Kristall benotzen. Dës Hybrid Technologie, oder Electrically Balanced Isolation (EBI), ass eng villverspriechend Technologie déi Breetband kann a potenziell op engem Chip integréiert ginn.
Wéi an der Figur ënnendrënner gewisen, benotzt de Smart Antenne Front End Design zwee schmuelband tunable Antennen, eng fir Iwwerdroung an eent fir Empfang, an e puer manner performant awer tunable Duplex Filtere. Eenzel Antennen bidden net nëmmen eng passiv Isolatioun op d'Käschte vum Ausbreedungsverloscht tëscht hinnen, awer hunn och limitéiert (awer tunbar) direkt Bandbreedung.
D'Sendantenne funktionnéiert effektiv nëmmen an der Sendungsfrequenzband, an d'Empfangantenne funktionnéiert effektiv nëmmen an der Empfangsfrequenzband. An dësem Fall wierkt d'Antenne selwer och als Filter: Out-of-Band Tx Emissiounen ginn vun der Senderantenne ofgeschwächt, a Selbstinterferenz an der Tx Band gëtt vun der Empfangsantenne ofgeschwächt.
Dofir erfuerdert d'Architektur datt d'Antenne tunbar ass, wat erreecht gëtt andeems en Antennetuningnetz benotzt. Et gëtt e puer onvermeidlechen Insertiounsverloscht an engem Antennetuningnetz. Wéi och ëmmer, rezent Fortschrëtter bei MEMS18 tunable Kondensatoren hunn d'Qualitéit vun dësen Apparater wesentlech verbessert, an doduerch Verloschter reduzéiert. De Rx Insertion Verloscht ass ongeféier 3 dB, wat vergläichbar ass mat de Gesamtverloschter vum SAW Duplexer a Schalter.
D'Antenne-baséiert Isolatioun gëtt dann ergänzt duerch en tunable Filter, och baséiert op MEM3 tunable capacitors, fir 25 dB Isolatioun vun der Antenne an 25 dB Isolatioun vum Filter z'erreechen. Prototypen hunn bewisen datt dëst erreecht ka ginn.
Verschidde Fuerschungsgruppen an der Akademie an der Industrie exploréieren d'Benotzung vun Hybriden fir Duplexdruck11-16. Dës Schemaen eliminéieren passiv SI andeems se simultan Iwwerdroung an Empfang vun enger eenzeger Antenne erlaben, awer de Sender an den Empfänger isoléieren. Si sinn Breetband an der Natur a kënnen on-Chip implementéiert ginn, sou datt se eng attraktiv Optioun fir Frequenzduplexing op mobilen Apparater maachen.
Rezent Fortschrëtter hu gewisen datt FDD Transceivere mat EBI aus CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) hiergestallt kënne ginn mat Insertion Verloscht, Kaméidi Figur, Receiver Linearitéit a Blockéierungsënnerdréckungseigenschaften passend fir cellulär Uwendungen11,12,13. Wéi och ëmmer, wéi vill Beispiller an der akademescher a wëssenschaftlecher Literatur weisen, gëtt et eng fundamental Begrenzung déi Duplex Isolatioun beaflosst.
D'Impedanz vun enger Radioantenne ass net fixéiert, awer variéiert mat der Operatiounsfrequenz (wéinst der Antenneresonanz) an der Zäit (wéinst Interaktioun mat engem verännert Ëmfeld). Dëst bedeit datt d'Balanceimpedanz muss upassen fir d'Impedanzännerungen ze verfolgen, an d'Ofkopplungsbandbreedung ass limitéiert wéinst Ännerungen am Frequenzdomain13 (kuckt Figur 1).
Eis Aarbecht op der University of Bristol konzentréiert sech op d'Untersuchung an d'Adress vun dëse Leeschtungsbeschränkungen fir ze weisen datt déi erfuerderlech Send / Empfang Isolatioun an Duerchgang an real-Welt Benotzungsfäll erreecht kënne ginn.
Fir Antenneimpedanzschwankungen ze iwwerwannen (wat d'Isolatioun staark beaflosst), verfollegt eisen adaptiven Algorithmus d'Antenneimpedanz an Echtzäit, an Tester hu gewisen datt d'Performance an enger Rei vun dynameschen Ëmfeld erhale ka ginn, inklusiv User-Hand Interaktioun an Héichgeschwindegkeet Strooss a Schinn reesen.
Zousätzlech, fir d'limitéiert Antennepassung am Frequenzberäich ze iwwerwannen, doduerch d'Bandbreedung an d'Gesamtisolatioun ze erhéijen, kombinéiere mir en elektresch equilibréiert Duplexer mat zousätzlech aktive SI Ënnerdréckung, mat engem zweete Sender fir en Ënnerdréckungssignal ze generéieren fir d'Selbstinterferenz weider z'ënnerdrécken. (kuckt Bild 2).
D'Resultater vun eisem Testbett sinn encouragéierend: wann se mat EBD kombinéiert ginn, kann aktiv Technologie d'Isolatioun d'Isolatioun an d'Isolatioun wesentlech verbesseren, wéi an der Figur 3.
Eis lescht Labo-Setup benotzt bëlleg mobilen Apparatkomponenten (Handy Kraaftverstärker an Antennen), sou datt et representativ ass fir Handyimplementatiounen. Ausserdeem weisen eis Miessunge datt dës Zort vun zwee-Etapp Selbstinterferenz-Oflehnung déi erfuerderlech Duplexisolatioun an den Uplink- an Downlink-Frequenzbanden ubidden kann, och wann Dir Low-Cost, kommerziell Ausrüstung benotzt.
D'Signalstäerkt, déi e Cellular Apparat a sengem maximale Beräich kritt, muss 12 Uerderen vun der Gréisst méi niddereg sinn wéi d'Signalstäerkt déi et iwwerdréit. Am Time Division Duplex (TDD) ass den Duplex Circuit einfach e Schalter deen d'Antenne mam Sender oder Empfänger verbënnt, sou datt den Duplexer an TDD en einfache Schalter ass. An FDD funktionnéieren de Sender an den Empfänger gläichzäiteg, an den Duplexer benotzt Filtere fir den Empfänger vum staarke Signal vum Sender ze isoléieren.
Den Duplexer am celluläre FDD Frontend bitt> ~ 50 dB Isolatioun an der Uplink Band fir ze vermeiden datt den Empfänger mat Tx Signaler iwwerlaascht gëtt, an > ~ 50 dB Isolatioun an der Downlink Band fir Out-of-Band Iwwerdroung ze vermeiden. Reduzéiert Empfängerempfindlechkeet. An der Rx Band sinn d'Verloschter an de Send- an Empfangsweeër minimal.
Dës niddereg-Verloscht, héich Isolatioun Ufuerderunge, wou Frequenzen vun nëmmen e puer Prozent getrennt sinn, erfuerderen High-Q Filterung, déi bis elo nëmme mat Surface Acoustic Wave (SAW) oder Body Acoustic Wave (BAW) Apparater erreecht ka ginn.
Iwwerdeems d'Technologie weider ze entwéckelen, mat Fortschrëtter haaptsächlech wéinst der grousser Zuel vun Apparater néideg, Multi-Band Operatioun heescht eng separat Off-Chip Duplex Filter fir all Band, wéi an der Figur A. All Schalter an routers och zousätzlech Funktionalitéit mat. Leeschtung Eelefmetere an Ofsaz.
Bezuelbar global Telefone baséiert op aktueller Technologie sinn ze schwéier ze fabrizéieren. Déi doraus resultéierend Radio Architektur wäert ganz grouss, lossy an deier ginn. Hiersteller musse verschidde Produktvarianten fir verschidde Kombinatioune vu Bands erstellen, déi a verschiddene Regioune gebraucht ginn, wat onlimitéiert global LTE Roaming schwéier mécht. D'Skalawirtschaft, déi zu der Dominanz vum GSM gefouert hunn, ginn ëmmer méi schwéier z'erreechen.
D'Erhéijung vun der Nofro fir héich Dategeschwindegkeet mobil Servicer huet zu der Deployment vun 4G mobilen Netzwierker iwwer 50 Frequenzbands gefouert, mat nach méi Bands fir ze kommen well 5G komplett definéiert a wäit ofgebaut ass. Wéinst der Komplexitéit vun der RF Interface ass et net méiglech all dëst an engem eenzegen Apparat mat aktuellen Filter-baséiert Technologien ze decken, sou datt personaliséierbar an rekonfiguréierbar RF Circuiten erfuerderlech sinn.
Ideal ass eng nei Approche fir den Duplexproblem ze léisen néideg, vläicht baséiert op tunable Filteren oder Selbstinterferenz Ënnerdréckung, oder eng Kombinatioun vun deenen zwee.
Och wa mir nach keng eenzeg Approche hunn, déi de ville Fuerderunge vu Käschten, Gréisst, Leeschtung an Effizienz entsprécht, vläicht wäerten d'Stécker vum Puzzel zesummekommen an an e puer Joer an Ärer Tasche sinn.
Technologien wéi EBD mat SI Ënnerdréckung kënnen d'Méiglechkeet opmaachen fir déiselwecht Frequenz a béid Richtungen gläichzäiteg ze benotzen, wat d'Spektraleffizienz wesentlech verbesseren kann.
Post Zäit: Sep-24-2024