Deich mbliana ó shin, níor thacaigh fóin chliste go hiondúil ach le cúpla caighdeán a bhí ag feidhmiú sna ceithre bhanda minicíochta GSM, agus b’fhéidir cúpla caighdeán WCDMA nó CDMA2000. Agus an oiread sin bannaí minicíochta le roghnú astu, baineadh amach leibhéal áirithe aonfhoirmeachta domhanda le fóin GSM “cuadbhanda”, a úsáideann na bannaí 850/900/1800/1900 MHz agus is féidir iad a úsáid áit ar bith ar domhan (bhuel, go leor).
Is buntáiste ollmhór é seo don lucht siúil agus cruthaíonn sé barainneachtaí scála ollmhóra do mhonaróirí feistí, nach gá dóibh ach cúpla samhlacha (nó b’fhéidir ceann amháin) a scaoileadh don mhargadh domhanda ar fad. Go tapa ar aghaidh go dtí an lá inniu, is é GSM an t-aon teicneolaíocht rochtana gan sreang a sholáthraíonn fánaíocht dhomhanda. Dála an scéil, más rud é nach raibh a fhios agat, tá GSM á chéimniú amach.
Caithfidh aon fhón cliste ar fiú an t-ainm é a bheith ag tacú le rochtain 4G, 3G agus 2G le riachtanais éagsúla comhéadan RF i dtéarmaí bandaleithead, tarchur cumhachta, íogaireacht glacadóra agus go leor paraiméadair eile.
Ina theannta sin, mar gheall ar infhaighteacht ilroinnte an speictrim dhomhanda, clúdaíonn caighdeáin 4G líon mór bandaí minicíochta, ionas gur féidir le hoibreoirí iad a úsáid ar aon mhinicíochtaí atá ar fáil in aon réimse ar leith – 50 banda san iomlán faoi láthair, mar atá amhlaidh le caighdeáin LTE1. Caithfidh “teileafón domhanda” a bheith ag obair sna timpeallachtaí seo go léir.
Is í an phríomhfhadhb nach mór d’aon raidió cheallacha a réiteach ná “cumarsáid dhéphléacsach”. Nuair a labhraíonn muid, éisteann muid ag an am céanna. Bhain córais luatha raidió úsáid as brú chun cainte (déanann cuid acu fós), ach nuair a labhraímid ar an bhfón, bímid ag súil go gcuirfidh an duine eile isteach orainn. Bhain gléasanna ceallacha den chéad ghlúin (analógach) úsáid as “scagairí déphléacsacha” (nó déphléacsálaithe) chun an t-íosnasc a fháil gan a bheith “stunned” tríd an uplink a tharchur ar mhinicíocht dhifriúil.
Ba dhúshlán mór do dhéantúsóirí gutháin luatha na scagairí seo a dhéanamh níos lú agus níos saoire. Nuair a tugadh isteach GSM, dearadh an prótacal ionas go bhféadfadh trasghlacadóirí oibriú i “mód leathdhéphléacsacha”.
Ba bhealach an-chliste é seo chun deireadh a chur le duplexers, agus bhí sé ina fhachtóir mór chun cabhrú le GSM a bheith ina theicneolaíocht ar chostas íseal, príomhshrutha atá in ann ceannasach a ghlacadh sa tionscal (agus an bealach a chuir daoine in iúl sa phróiseas a athrú).
Ar an bhfón Riachtanach ó Andy Rubin, aireagóir an chórais oibriúcháin Android, tá na gnéithe nascachta is déanaí lena n-áirítear Bluetooth 5.0LE, GSM / LTE éagsúla agus antenna Wi-Fi i bhfolach i bhfráma tíotáiniam.
Ar an drochuair, rinneadh dearmad go tapa ar na ceachtanna a foghlaimíodh ó fhadhbanna teicniúla a réiteach i gcogaí teicneolaíochta-pholaitiúla na laethanta tosaigh de 3G, agus éilíonn an fhoirm ceannasach faoi láthair déphléacsú rannáin minicíochta (FDD) déphléacsóir do gach banna FDD ina n-oibríonn sé. Níl aon amhras ann go dtagann borradh LTE le fachtóirí costais atá ag ardú.
Cé gur féidir le roinnt bannaí úsáid a bhaint as Time Division Duplex, nó TDD (nuair a aistríonn an raidió go tapa idir tarchur agus fáil), tá níos lú de na bannaí sin ann. Is fearr le formhór na n-oibreoirí (seachas cinn na hÁise go príomha) an raon FDD, a bhfuil níos mó ná 30 acu.
Mar gheall ar oidhreacht speictrim TDD agus FDD, an deacracht a bhaineann le bannaí fíor-dhomhanda a shaoradh, agus teacht 5G le níos mó bannaí, déantar an fhadhb déphléacsacha níos casta fós. I measc na modhanna gealltanais atá á n-imscrúdú tá dearaí nua scag-bhunaithe agus an cumas deireadh a chur le féin-chur isteach.
Tugann an dara ceann leis an bhféidearthacht atá beagán tuar dóchais inti maidir le déphléacsacha “gan ilroinnt” (nó “dúphléacsach iomlán i mbanda”). I dtodhchaí cumarsáide soghluaiste 5G, b'fhéidir go gcaithfimid ní hamháin FDD agus TDD a mheas, ach freisin déphléacsacha solúbtha bunaithe ar na teicneolaíochtaí nua seo.
D’fhorbair taighdeoirí in Ollscoil Aalborg sa Danmhairg ailtireacht “Smart Antenna Front End” (SAFE)2-3 ailtireacht a úsáideann (féach an léaráid ar leathanach 18) antennas ar leith le haghaidh tarchurtha agus fáiltithe agus a chomhcheanglaíonn na haeróga seo le (ísealfheidhmíocht) i gcomhar le saincheaptha scagadh chun an t-aonrú tarchuir agus glactha atá ag teastáil a bhaint amach.
Cé go bhfuil an fheidhmíocht go hiontach, is míbhuntáiste mór é an gá atá le dhá antennas. De réir mar a éiríonn fóin níos tanaí agus níos caol, tá an spás atá ar fáil d’aintéin ag dul i laghad agus níos lú.
Teastaíonn il-aintéiní freisin ó ghléasanna soghluaiste le haghaidh ilphléacsáil spásúil (MIMO). Níl ach ceithre antennas ag teastáil ó fhóin phóca a bhfuil ailtireacht SAFE acu agus tacaíocht 2 × 2 MIMO. Ina theannta sin, tá raon tiúnta na scagairí agus na n-antennas seo teoranta.
Mar sin beidh ar fhóin phóca domhanda an ailtireacht chomhéadain seo a mhacasamhlú freisin chun gach banna minicíochta LTE (450 MHz go 3600 MHz) a chlúdach, a mbeidh gá le níos mó antennas, níos mó tiúnóirí aeróige agus níos mó scagairí, rud a thugann ar ais sinn chuig na ceisteanna a chuirtear go minic faoi. oibríocht il-bhanna mar gheall ar dhúbailt comhpháirteanna.
Cé gur féidir níos mó aeróga a shuiteáil ar tháibléad nó ar ríomhaire glúine, tá gá le tuilleadh dul chun cinn a dhéanamh ar shaincheapadh agus/nó ar mhionaturiú chun go mbeidh an teicneolaíocht seo oiriúnach d'fhóin chliste.
Baineadh úsáid as déphléacsacha atá cothromaithe go leictreach ó laethanta tosaigh na teileafónaíochta sreanglíne17. I gcóras teileafóin, ní mór an micreafón agus an cluasán a nascadh leis an líne teileafóin, ach iad a bheith scoite óna chéile ionas nach ndéanann guth an úsáideora féin an comhartha fuaime atá ag teacht isteach a bhodhradh. Baineadh é seo amach trí chlaochladáin hibrideacha a úsáid roimh theacht na bhfóin leictreonacha.
Úsáideann an ciorcad déphléacsacha a thaispeántar san fhíor thíos friotóir den luach céanna chun impedance na líne tarchuir a mheaitseáil ionas go scoilteann an sruth ón micreafón agus é ag dul isteach sa chlaochladán agus ag sreabhadh i dtreonna contrártha tríd an gcorna príomhúil. Déantar na sreabha maighnéadacha a chealú go héifeachtach agus níl aon sruth ionduchtaithe sa chorna tánaisteach, agus mar sin tá an corna tánaisteach scoite amach ón micreafón.
Mar sin féin, téann an comhartha ón micreafón go dtí an líne teileafóin fós (cé go bhfuil roinnt caillteanas), agus téann an comhartha ag teacht isteach ar an líne teileafóin fós chuig an gcainteoir (chomh maith le roinnt caillteanas), rud a ligeann cumarsáid dhá bhealach ar an líne teileafóin chéanna. . . Sreang mhiotail.
Tá déphléacsóir raidió-chothromaithe cosúil le déphléacsóir teileafóin, ach in ionad micreafón, gléas láimhe, agus sreang teileafóin, úsáidtear tarchuradóir, glacadóir agus antenna, faoi seach, mar a thaispeántar i bhFíor B.
Tríú bealach chun an tarchuradóir a leithlisiú ón nglacadóir ná deireadh a chur le féin-chur isteach (IR), agus ar an gcaoi sin an comhartha tarchurtha a dhealú ón gcomhartha faighte. Baineadh úsáid as teicníochtaí jamming i radair agus i gcraoltóireacht le blianta fada anuas.
Mar shampla, go luath sna 1980idí, d’fhorbair agus mhargaigh Plessy táirge cúitimh SI ar a dtugtar “Groundsat” chun raon líonraí cumarsáide míleata analógacha FM leathdhéphléacsacha4-5 a leathnú.
Feidhmíonn an córas mar athsheoltóir aon-chainéil déphléacsacha iomlán, ag leathnú raon éifeachtach na raidiónna leathdhéphléacsacha a úsáidtear ar fud an limistéir oibre.
Tá spéis le déanaí i gcur isteach féin faoi chois, go príomha mar gheall ar an treocht i dtreo cumarsáide gearr-raoin (ceallach agus Wi-Fi), rud a fhágann go bhfuil an fhadhb a bhaineann le cosc SI níos soláimhsithe mar gheall ar chumhacht tarchurtha níos ísle agus fáiltiú cumhachta níos airde le haghaidh úsáide tomhaltóirí. . Feidhmchláir Rochtain gan Sreang agus Aisiompar 6-8.
D’fhéadfaí a mhaíomh go bhfuil na cumais gan sreang agus LTE is fearr ar domhan ag iPhone Apple (le cabhair ó Qualcomm), ag tacú le 16 banna LTE ar shlis amháin. Ciallaíonn sé seo nach gá ach dhá SKU a tháirgeadh chun margaí GSM agus CDMA a chlúdach.
In iarratais déphléacsacha gan comhroinnt trasnaíochta, is féidir le cosc féin-chur isteach éifeachtúlacht speictrim a fheabhsú trí ligean don uplink agus downlink na hacmhainní speictrim céanna a roinnt9,10. Is féidir teicníochtaí faoi chois féin-chur isteach a úsáid freisin chun déphléacsálaithe saincheaptha a chruthú do FDD.
Is gnách go mbíonn roinnt céimeanna sa chealú féin. Soláthraíonn an líonra treorach idir an antenna agus an transceiver an chéad leibhéal deighilte idir na comharthaí tarchurtha agus faighte. Ar an dara dul síos, úsáidtear próiseáil comhartha analógach agus digiteach breise chun deireadh a chur le haon torann intreach atá fágtha sa chomhartha faighte. Féadfaidh an chéad chéim aeróg ar leith a úsáid (mar atá i SAFE), claochladán hibrideach (a gcuirtear síos air thíos);
Tá cur síos déanta cheana féin ar fhadhb na n-antennas scoite. Go hiondúil bíonn ciorclóirí caolbhanda toisc go n-úsáideann siad athshondas ferromagnetic sa chriostail. Is teicneolaíocht í an teicneolaíocht hibrideach seo, nó Leithlisiú Cothromaithe Leictrí (EBI), ar féidir a bheith leathanbhanda agus a d’fhéadfadh a bheith comhtháite ar shlis.
Mar a léirítear san fhigiúr thíos, úsáideann an dearadh deiridh antenna cliste dhá antennas intiúntha caolbhanda, ceann le haghaidh tarchurtha agus ceann le haghaidh glactha, agus péire scagairí déphléacsacha le feidhmíocht níos ísle ach intiúnta. Ní hamháin go soláthraíonn antennas aonair roinnt leithlisiú éighníomhach ar chostas an chaillteanais iomadúcháin eatarthu, ach tá bandaleithead mheandarach teoranta (ach intunable) acu freisin.
Ní oibríonn an t-antenna tarchuir go héifeachtach ach amháin sa bhanna minicíochta tarchurtha, agus ní oibríonn an t-antenna glactha go héifeachtach ach amháin sa bhanna minicíochta glactha. Sa chás seo, feidhmíonn an t-aeróg féin mar scagaire freisin: maolaítear astaíochtaí Tx lasmuigh den bhanna ag an antenna tarchurtha, agus maolaítear féin-chur isteach sa bhanna Tx ag an antenna glactha.
Dá bhrí sin, éilíonn an ailtireacht an t-antenna a bheith tunable, a bhaintear amach trí úsáid a bhaint as líonra tiúnadh antenna. Tá roinnt caillteanas isteach dosheachanta i líonra tiúnála aeróige. Mar sin féin, tá feabhas suntasach tagtha ar cháilíocht na bhfeistí seo mar gheall ar dhul chun cinn le déanaí i dtoilleoirí tunable MEMS18, rud a laghdaigh caillteanais. Tá an caillteanas isteach Rx thart ar 3 dB, atá inchomparáide le caillteanais iomlána an duplexer SAW agus lasc.
Comhlánaítear an leithlisiú antenna-bhunaithe ansin le scagaire tunable, atá bunaithe freisin ar toilleoirí tunable MEM3, chun leithlisiú 25 dB ón aeróg agus 25 dB a leithlisiú ón scagaire a bhaint amach. Tá sé léirithe ag fréamhshamhlacha gur féidir é seo a bhaint amach.
Tá go leor grúpaí taighde sa saol acadúil agus sa tionscal ag fiosrú úsáid hibridí le haghaidh priontála déphléacsacha11–16. Cuireann na scéimeanna seo deireadh le IR go héighníomhach trí tharchur agus fáiltiú comhuaineach ó aeróg amháin a cheadú, ach an tarchuradóir agus an glacadóir a aonrú. Is leathanbhanda iad agus is féidir iad a chur i bhfeidhm ar an tslis, rud a fhágann gur rogha tarraingteach iad le haghaidh déphléacsú minicíochta i ngléasanna soghluaiste.
Léiríodh le dul chun cinn le déanaí gur féidir trasghlacadóirí FDD a úsáideann EBI a mhonarú ó CMOS (Leathsheoltóir Comhlántach Ocsaíd Miotail) le caillteanas ionsáite, figiúr torainn, líneacht an ghlacadóra, agus saintréithe bacála faoi chois atá oiriúnach d’fheidhmchláir cheallacha11,12,13. Mar sin féin, mar a léiríonn samplaí iomadúla sa litríocht acadúil agus eolaíoch, tá teorannú bunúsach ann a théann i bhfeidhm ar leithlisiú déphléacsach.
Níl impedance antenna raidió socraithe, ach athraíonn sé de réir minicíocht oibriúcháin (mar gheall ar athshondas antenna) agus am (mar gheall ar idirghníomhaíocht le timpeallacht athraitheach). Ciallaíonn sé seo go gcaithfidh an impedance cothromaíochta oiriúnú d'athruithe impedance riain, agus tá bandaleithead an díchúplála teoranta mar gheall ar athruithe san fhearann minicíochta13 (féach Fíor 1).
Tá ár gcuid oibre ag Ollscoil Bhriostó dírithe ar na teorainneacha feidhmíochta seo a fhiosrú agus aghaidh a thabhairt orthu chun a léiriú gur féidir an leithlisiú agus an tréchur seolta/fála riachtanach a bhaint amach i gcásanna úsáide sa saol fíor.
Chun luaineachtaí impedance aeróige a shárú (a mbíonn tionchar mór acu ar leithlisiú), rianaíonn ár n-algartam oiriúnaitheach bacainní antenna i bhfíor-am, agus léirigh tástáil gur féidir feidhmíocht a choinneáil i dtimpeallachtaí dinimiciúla éagsúla, lena n-áirítear idirghníomhaíocht láimhe úsáideora agus bóithre agus iarnróid ardluais. taisteal.
Ina theannta sin, chun an meaitseáil teoranta antenna sa réimse minicíochta a shárú, rud a mhéadaíonn bandaleithead agus leithlisiú foriomlán, comhcheanglaímid déphléacsóir cothrom leictrim le cosc SI gníomhach breise, ag baint úsáide as an dara tarchuradóir chun comhartha faoi chois a ghiniúint chun féin-chur isteach a chosc tuilleadh. (féach Fíor 2).
Is ábhar misnigh iad na torthaí ónár leaba tástála: nuair a dhéantar é a chomhcheangal le EBD, féadann teicneolaíocht ghníomhach feabhas suntasach a chur ar leithlisiú tarchur agus fháil, mar a léirítear i bhFíor 3.
Úsáideann ár socrú saotharlainne deiridh comhpháirteanna gléasanna soghluaiste ar chostas íseal (aimplitheoirí cumhachta fón póca agus antennas), rud a fhágann go bhfuil sé ionadaíoch ar fheidhmiú fón póca. Thairis sin, léiríonn ár dtomhais gur féidir leis an gcineál seo diúltaithe féin-chur isteach dhá chéim an t-aonrú déphléacsach riachtanach a sholáthar sna bannaí minicíochta uplink agus downlink, fiú nuair a úsáidtear trealamh ísealchostas, de ghrád tráchtála.
Caithfidh an neart comhartha a fhaigheann gléas ceallach ag a raon uasta a bheith 12 ordú méide níos ísle ná an neart comhartha a tharchuireann sé. In Time Division Duplex (TDD), níl sa chiorcad déphléacsacha ach lasc a nascann an t-antenna leis an tarchuradóir nó leis an nglacadóir, agus mar sin is lasc simplí é an déphléacsóir i TDD. I FDD, oibríonn an tarchuradóir agus an glacadóir ag an am céanna, agus úsáideann an déphléacsóir scagairí chun an glacadóir a leithlisiú ó chomhartha láidir an tarchuradóra.
Soláthraíonn an déphléacsóir sa cheann tosaigh FDD cheallacha leithlisiú>~50 dB sa bhanna uplink chun ró-ualú an ghlacadóra le comharthaí Tx a chosc, agus >~50 dB aonrú sa bhanna downlink chun tarchur lasmuigh den bhanna a chosc. Íogaireacht glacadóir laghdaithe. Sa bhanna Rx, is beag an méid a chailltear sna cosáin tarchurtha agus glactha.
Teastaíonn scagadh ard-Q ar na riachtanais ísealchaillteanais, ard-aonraithe seo, áit a bhfuil minicíochtaí scartha le cúpla faoin gcéad, rud nach féidir a bhaint amach go dtí seo ach trí úsáid a bhaint as feistí tonn fuaimiúla dromchla (SAW) nó tonn fuaimiúil coirp (BAW).
Cé go leanann an teicneolaíocht ag forbairt, le dul chun cinn den chuid is mó mar gheall ar an líon mór feistí atá ag teastáil, ciallaíonn oibríocht il-bhanna scagaire déphléacsacha lasmuigh den sliseanna do gach banna, mar a thaispeántar i bhFíor A. Cuireann gach lasc agus ródaire feidhmiúlacht bhreise leis freisin. pionóis feidhmíochta agus comhbhabhtálacha.
Tá fóin dhomhanda inacmhainne atá bunaithe ar theicneolaíocht reatha ró-deacair a mhonarú. Beidh an ailtireacht raidió a bheidh mar thoradh air an-mhór, caillte agus costasach. Ní mór do mhonaróirí ilchineálacha táirgí a chruthú do chomhcheangail éagsúla de bhannaí a theastaíonn i réigiúin éagsúla, rud a fhágann go bhfuil fánaíocht LTE domhanda gan teorainn deacair. Tá sé ag éirí níos deacra na barainneachtaí scála ba chúis le ceannas GSM a bhaint amach.
Mar thoradh ar an éileamh méadaithe ar sheirbhísí soghluaiste ardluais sonraí tá imscaradh líonraí soghluaiste 4G thar 50 banda minicíochta, agus tá níos mó bannaí fós le teacht mar go bhfuil 5G sainmhínithe go hiomlán agus á úsáid go forleathan. Mar gheall ar chastacht an chomhéadain RF, ní féidir é seo go léir a chlúdach in aon fheiste amháin ag baint úsáide as teicneolaíochtaí atá ann faoi láthair atá bunaithe ar scagaire, agus mar sin tá gá le ciorcaid RF in-saincheaptha agus in-athchumraithe.
Go hidéalach, tá gá le cur chuige nua chun an fhadhb déphléacsacha a réiteach, b'fhéidir bunaithe ar scagairí intiúnacha nó ar shochtadh féin-chur isteach, nó ar theaglaim éigin den dá cheann.
Cé nach bhfuil cur chuige amháin againn go fóill a shásaíonn na héilimh iomadúla ó thaobh costais, méid, feidhmíochta agus éifeachtúlachta, b'fhéidir go dtiocfaidh na píosaí bhfreagra le chéile agus go mbeidh siad i do phóca i gceann cúpla bliain.
Is féidir le teicneolaíochtaí mar EBD le cosc SI an fhéidearthacht a oscailt an mhinicíocht chéanna a úsáid sa dá threo ag an am céanna, rud a d'fhéadfadh feabhas suntasach a chur ar éifeachtúlacht speictreach.
Am postála: Meán Fómhair-24-2024