Miaka kumi iliyopita, simu mahiri kwa kawaida zilitumia viwango vichache vinavyofanya kazi katika bendi nne za masafa ya GSM, na labda viwango vichache vya WCDMA au CDMA2000. Kwa kutumia bendi chache sana za masafa za kuchagua, kiwango fulani cha usawaziko wa kimataifa kimefikiwa na simu za GSM za "quad-band", ambazo hutumia bendi za 850/900/1800/1900 MHz na zinaweza kutumika popote duniani (vizuri, sana).
Hii ni faida kubwa kwa wasafiri na huunda uchumi mkubwa wa kiwango kwa watengenezaji wa vifaa, ambao wanahitaji tu kutoa mifano michache (au labda moja tu) kwa soko zima la kimataifa. Kwa haraka sana hadi leo, GSM inasalia kuwa teknolojia pekee ya ufikiaji isiyo na waya ambayo hutoa uzururaji wa kimataifa. Kwa njia, ikiwa hukujua, GSM inaondolewa hatua kwa hatua.
Simu yoyote mahiri inayostahili jina lazima iauni ufikiaji wa 4G, 3G na 2G na mahitaji tofauti ya kiolesura cha RF kulingana na kipimo data, nguvu ya kusambaza, usikivu wa kipokezi na vigezo vingine vingi.
Zaidi ya hayo, kutokana na upatikanaji uliogawanyika wa wigo wa kimataifa, viwango vya 4G vinashughulikia idadi kubwa ya bendi za masafa, hivyo waendeshaji wanaweza kuzitumia kwenye masafa yoyote yanayopatikana katika eneo lolote - kwa sasa bendi 50 kwa jumla, kama ilivyo kwa viwango vya LTE1. "Simu ya ulimwengu" ya kweli lazima ifanye kazi katika mazingira haya yote.
Shida kuu ambayo redio yoyote ya rununu inapaswa kutatua ni "mawasiliano ya duplex". Tunapozungumza, tunasikiliza kwa wakati mmoja. Mifumo ya awali ya redio ilitumia push-to-talk (baadhi bado wanafanya hivyo), lakini tunapozungumza kwenye simu, tunatarajia mtu mwingine atatukatiza. Vifaa vya rununu vya kizazi cha kwanza (analogi) vilitumia "vichujio vya duplex" (au duplexers) kupokea kiunganishi bila "kushtushwa" kwa kusambaza kiunga cha juu kwenye masafa tofauti.
Kufanya vichujio hivi kuwa vidogo na vya bei nafuu ilikuwa changamoto kubwa kwa watengenezaji wa simu za mapema. Wakati GSM ilianzishwa, itifaki iliundwa ili transceivers inaweza kufanya kazi katika "mode ya nusu duplex".
Hii ilikuwa njia ya busara sana ya kuondoa duplexers, na ilikuwa sababu kuu katika kusaidia GSM kuwa teknolojia ya gharama nafuu, ya kawaida yenye uwezo wa kutawala sekta (na kubadilisha njia ya watu kuwasiliana katika mchakato).
Simu ya Essential kutoka kwa Andy Rubin, mvumbuzi wa mfumo wa uendeshaji wa Android, ina vipengele vya hivi punde vya muunganisho ikiwa ni pamoja na Bluetooth 5.0LE, GSM/LTE mbalimbali na antena ya Wi-Fi iliyofichwa kwenye fremu ya titanium.
Kwa bahati mbaya, mafunzo yaliyopatikana kutokana na kutatua matatizo ya kiufundi yalisahauliwa haraka katika vita vya teknolojia na kisiasa vya siku za mwanzo za 3G, na aina kuu ya sasa ya ugawaji wa marudio ya mzunguko (FDD) inahitaji duplexer kwa kila bendi ya FDD ambayo inafanya kazi . Hakuna shaka kuwa ongezeko la LTE linakuja na sababu za kupanda kwa gharama.
Ingawa baadhi ya bendi zinaweza kutumia Time Division Duplex, au TDD (ambapo redio hubadilika haraka kati ya kutuma na kupokea), ni bendi chache kati ya hizi. Waendeshaji wengi (isipokuwa haswa wa Asia) wanapendelea anuwai ya FDD, ambayo kuna zaidi ya 30.
Urithi wa wigo wa TDD na FDD, ugumu wa kufungia bendi za kimataifa, na ujio wa 5G na bendi nyingi hufanya tatizo la duplex kuwa ngumu zaidi. Mbinu za kuahidi zinazochunguzwa ni pamoja na miundo mipya inayotegemea kichujio na uwezo wa kuondoa kujiingilia.
Mwisho pia huleta uwezekano wa kuahidi wa "fragmentless" duplex (au "duplex kamili ya ndani"). Katika siku zijazo za mawasiliano ya rununu ya 5G, tunaweza kulazimika kuzingatia sio FDD na TDD tu, lakini pia uduplex rahisi kulingana na teknolojia hizi mpya.
Watafiti katika Chuo Kikuu cha Aalborg nchini Denmaki wametengeneza usanifu wa “Smart Antena Front End” (SAFE)2-3 unaotumia (ona mchoro kwenye ukurasa wa 18) antena tofauti za upokezaji na upokezi na kuchanganya antena hizi na (utendaji wa chini) pamoja na unaoweza kugeuzwa kukufaa. kuchuja ili kufikia uhamisho unaohitajika na kutengwa kwa mapokezi.
Wakati utendaji ni wa kuvutia, haja ya antena mbili ni drawback kubwa. Kadiri simu zinavyopungua na nyembamba, nafasi inayopatikana ya antena inazidi kuwa ndogo.
Vifaa vya rununu pia vinahitaji antena nyingi za kuzidisha anga (MIMO). Simu za rununu zilizo na usanifu SALAMA na usaidizi wa 2×2 MIMO zinahitaji antena nne pekee. Kwa kuongeza, anuwai ya urekebishaji wa vichungi na antena hizi ni mdogo.
Kwa hivyo simu za rununu za kimataifa pia zitahitaji kuiga usanifu huu wa kiolesura ili kufidia bendi zote za masafa ya LTE (450 MHz hadi 3600 MHz), ambayo itahitaji antena zaidi, vichungi zaidi vya antena na vichungi zaidi, jambo ambalo huturudisha kwenye maswali yanayoulizwa mara kwa mara kuhusu. uendeshaji wa bendi nyingi kutokana na kurudiwa kwa vipengele.
Ingawa antena zaidi zinaweza kusakinishwa kwenye kompyuta ya mkononi au kompyuta ya mkononi, maendeleo zaidi katika ubinafsishaji na/au uboreshaji kidogo unahitajika ili kufanya teknolojia hii ifae simu mahiri.
Duplex iliyosawazishwa ya umeme imetumika tangu siku za kwanza za simu ya waya17. Katika mfumo wa simu, kipaza sauti na kipaza sauti lazima ziunganishwe kwenye mstari wa simu, lakini pekee kutoka kwa kila mmoja ili sauti ya mtumiaji mwenyewe isizibe ishara dhaifu ya sauti inayoingia. Hili lilipatikana kwa kutumia transfoma mseto kabla ya ujio wa simu za kielektroniki.
Mzunguko wa duplex ulioonyeshwa kwenye takwimu hapa chini hutumia kupinga kwa thamani sawa ili kufanana na impedance ya mstari wa maambukizi ili sasa kutoka kwa kipaza sauti kugawanyika inapoingia ndani ya transformer na inapita kwa njia tofauti kupitia coil ya msingi. Fluji za sumaku zimefutwa kwa ufanisi na hakuna sasa inayoingizwa kwenye coil ya sekondari, hivyo coil ya sekondari imetengwa na kipaza sauti.
Walakini, ishara kutoka kwa kipaza sauti bado inakwenda kwenye laini ya simu (pamoja na upotezaji fulani), na ishara inayoingia kwenye laini ya simu bado inakwenda kwa msemaji (pia kwa hasara fulani), ikiruhusu mawasiliano ya njia mbili kwenye laini moja ya simu. . . Waya ya chuma.
Duplexer ya usawa wa redio ni sawa na duplexer ya simu, lakini badala ya kipaza sauti, simu, na waya wa simu, transmita, kipokezi na antena hutumiwa, kwa mtiririko huo, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro B.
Njia ya tatu ya kutenganisha transmitter kutoka kwa mpokeaji ni kuondokana na kujitegemea (SI), na hivyo kuondoa ishara iliyopitishwa kutoka kwa ishara iliyopokea. Mbinu za Jamming zimetumika katika rada na utangazaji kwa miongo kadhaa.
Kwa mfano, mwanzoni mwa miaka ya 1980, Plessy alitengeneza na kuuza bidhaa yenye msingi wa fidia ya SI inayoitwa "Groundsat" ili kupanua anuwai ya mitandao ya mawasiliano ya kijeshi ya analogi ya FM ya nusu-duplex4-5.
Mfumo huu hufanya kazi kama kirudia cha njia moja-duplex kamili, kupanua wigo bora wa redio nusu-duplex zinazotumiwa katika eneo lote la kazi.
Hivi majuzi kumekuwa na nia ya ukandamizaji wa kuingilia kibinafsi, haswa kutokana na mwelekeo wa mawasiliano ya masafa mafupi (ya rununu na Wi-Fi), ambayo hufanya shida ya ukandamizaji wa SI kudhibitiwa zaidi kwa sababu ya nguvu ya chini ya upitishaji na mapokezi ya juu ya nguvu kwa matumizi ya watumiaji. . Ufikiaji wa Waya na Maombi ya Kurudisha Nyuma 6-8.
IPhone ya Apple (kwa usaidizi kutoka kwa Qualcomm) bila shaka ina uwezo bora zaidi ulimwenguni wa wireless na LTE, ikisaidia bendi 16 za LTE kwenye chip moja. Hii ina maana kwamba ni SKU mbili pekee zinazohitajika kuzalishwa ili kugharamia masoko ya GSM na CDMA.
Katika programu-tumizi mbili bila ushiriki wa mwingiliano, ukandamizaji wa uingiliaji wa kibinafsi unaweza kuboresha ufanisi wa wigo kwa kuruhusu kiunganishi cha juu na chini kushiriki rasilimali za wigo sawa9,10. Mbinu za kukandamiza uingiliaji wa kibinafsi pia zinaweza kutumika kuunda nakala maalum za FDD.
Kughairi yenyewe kawaida huwa na hatua kadhaa. Mtandao wa mwelekeo kati ya antenna na transceiver hutoa ngazi ya kwanza ya kujitenga kati ya ishara zinazopitishwa na kupokea. Pili, usindikaji wa ziada wa ishara za analogi na dijiti hutumiwa kuondoa kelele yoyote ya ndani iliyobaki kwenye ishara iliyopokelewa. Hatua ya kwanza inaweza kutumia antenna tofauti (kama katika SAFE), transformer ya mseto (ilivyoelezwa hapa chini);
Tatizo la antena zilizojitenga tayari limeelezwa. Viduara kwa kawaida ni ukanda mwembamba kwa sababu hutumia mwangwi wa ferromagnetic katika fuwele. Teknolojia hii ya mseto, au Kutenganisha Mizani kwa Umeme (EBI), ni teknolojia ya kuahidi ambayo inaweza kuwa mtandao mpana na inayoweza kuunganishwa kwenye chipu.
Kama inavyoonyeshwa kwenye mchoro ulio hapa chini, muundo mahiri wa mwisho wa mbele wa antena hutumia antena mbili zinazoweza kusomeka kwa ukanda mwembamba, moja ya kusambaza na moja ya kupokea, na jozi ya vichujio viwili vya utendaji wa chini lakini vinavyoweza kutumika. Antena za kibinafsi hazitoi tu utengano fulani kwa gharama ya upotezaji wa uenezi kati yao, lakini pia zina kipimo kikomo cha papo hapo (lakini kinachoweza kusongeshwa).
Antenna ya kusambaza inafanya kazi kwa ufanisi tu katika bendi ya mzunguko wa kusambaza, na antenna inayopokea inafanya kazi kwa ufanisi tu katika bendi ya kupokea masafa. Katika kesi hii, antena yenyewe pia hufanya kama kichujio: uzalishaji wa nje wa bendi wa Tx hupunguzwa na antena ya kusambaza, na kuingilia kwa kibinafsi katika bendi ya Tx kunapunguzwa na antena inayopokea.
Kwa hiyo, usanifu unahitaji antenna kuwa tunable, ambayo ni mafanikio kwa kutumia antenna tuning mtandao. Kuna upotezaji fulani wa uwekaji usioepukika katika mtandao wa kurekebisha antena. Hata hivyo, maendeleo ya hivi majuzi katika vidhibiti vinavyoweza kusomeka vya MEMS18 yameboresha kwa kiasi kikubwa ubora wa vifaa hivi, na hivyo kupunguza hasara. Hasara ya kuingizwa kwa Rx ni takriban 3 dB, ambayo inalinganishwa na hasara ya jumla ya duplexer ya SAW na kubadili.
Utengaji unaotegemea antena kisha unakamilishwa na kichujio kinachoweza kusomeka, pia kulingana na vidhibiti vinavyoweza kusomeka vya MEM3, ili kufikia kutengwa kwa dB 25 kutoka kwa antena na kutengwa kwa dB 25 kutoka kwa kichungi. Prototypes zimeonyesha kuwa hii inaweza kupatikana.
Vikundi kadhaa vya utafiti katika taaluma na tasnia vinachunguza matumizi ya mahuluti kwa uchapishaji wa duplex11–16. Mipango hii huondoa SI kwa urahisi kwa kuruhusu upitishaji na upokezi kwa wakati mmoja kutoka kwa antena moja, lakini kutenganisha kisambazaji na kipokezi. Wao ni broadband kwa asili na inaweza kutekelezwa kwenye-chip, na kuwafanya chaguo la kuvutia kwa kurudia mara kwa mara kwenye vifaa vya rununu.
Maendeleo ya hivi majuzi yameonyesha kuwa vipitishio vya FDD vinavyotumia EBI vinaweza kutengenezwa kutoka kwa CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) kwa kupoteza uwekaji, kielelezo cha kelele, mstari wa mpokeaji, na sifa za kuzuia ukandamizaji zinazofaa kwa programu za rununu11,12,13. Walakini, kama mifano mingi katika fasihi ya kitaaluma na kisayansi inavyoonyesha, kuna kizuizi cha kimsingi kinachoathiri kutengwa kwa pande mbili.
Uzuiaji wa antenna ya redio haujawekwa, lakini inatofautiana na mzunguko wa uendeshaji (kutokana na resonance ya antenna) na wakati (kutokana na kuingiliana na mazingira yanayobadilika). Hii ina maana kwamba impedance ya kusawazisha inapaswa kukabiliana na kufuatilia mabadiliko ya impedance, na bandwidth ya kuunganishwa ni mdogo kutokana na mabadiliko katika kikoa cha mzunguko13 (ona Mchoro 1).
Kazi yetu katika Chuo Kikuu cha Bristol inalenga kuchunguza na kushughulikia mapungufu haya ya utendakazi ili kuonyesha kwamba utengaji unaohitajika wa kutuma/kupokea na utendakazi unaweza kuafikiwa katika hali halisi za utumiaji.
Ili kuondokana na mabadiliko ya hali ya hewa ya antena (ambayo huathiri sana kutengwa), kanuni zetu zinazobadilika hufuatilia kizuizi cha antena kwa wakati halisi, na majaribio yameonyesha kuwa utendakazi unaweza kudumishwa katika mazingira mbalimbali yanayobadilika, ikiwa ni pamoja na mwingiliano wa mkono wa mtumiaji na barabara na reli ya kasi ya juu. kusafiri.
Zaidi ya hayo, ili kuondokana na ulinganifu mdogo wa antenna katika kikoa cha mzunguko, na hivyo kuongeza bandwidth na kutengwa kwa ujumla, tunachanganya duplexer yenye usawa wa umeme na ukandamizaji wa ziada wa SI, kwa kutumia transmita ya pili ili kuzalisha ishara ya kukandamiza ili kukandamiza zaidi kujiingilia. (tazama Mchoro 2).
Matokeo kutoka kwa kitengo chetu cha majaribio yanatia moyo: inapojumuishwa na EBD, teknolojia inayotumika inaweza kuboresha kwa kiasi kikubwa uwasilishaji na kupokea kutengwa, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 3.
Usanidi wetu wa mwisho wa maabara hutumia vifaa vya bei ya chini vya vifaa vya rununu (vikuza nguvu vya simu ya rununu na antena), na kuifanya kuwa kiwakilishi cha utekelezaji wa simu ya rununu. Zaidi ya hayo, vipimo vyetu vinaonyesha kuwa aina hii ya kukataliwa kwa uingiliaji wa hatua mbili inaweza kutoa utengano wa duplex unaohitajika katika bendi za mzunguko wa uplink na downlink, hata wakati wa kutumia vifaa vya gharama nafuu, vya kibiashara.
Nguvu ya mawimbi ambayo kifaa cha mkononi hupokea katika masafa yake ya juu lazima iwe oda 12 za ukubwa wa chini kuliko nguvu ya mawimbi inayosambaza. Katika Mgawanyiko wa Muda wa Duplex (TDD), mzunguko wa duplex ni swichi tu inayounganisha antenna kwa transmita au mpokeaji, kwa hivyo duplexer katika TDD ni swichi rahisi. Katika FDD, kisambazaji na kipokeaji hufanya kazi kwa wakati mmoja, na duplexer hutumia vichungi kutenganisha kipokeaji kutoka kwa ishara kali ya kisambazaji.
Duplexer katika ncha ya mbele ya simu ya mkononi ya FDD hutoa >~50 dB kutenganishwa katika ukanda wa uplink ili kuzuia upakiaji kupita kiasi wa kipokeaji kwa mawimbi ya Tx, na >~50 dB kutenganisha kwenye ukanda wa chini ili kuzuia utumaji wa nje ya bendi. Kupunguza unyeti wa mpokeaji. Katika bendi ya Rx, hasara katika njia za kupitisha na kupokea ni ndogo.
Mahitaji haya ya hasara ya chini, ya kutengwa kwa juu, ambapo masafa yametenganishwa kwa asilimia chache tu, yanahitaji uchujaji wa juu wa Q, ambao hadi sasa unaweza kupatikana tu kwa kutumia mawimbi ya uso wa akustisk (SAW) au vifaa vya mawimbi ya akustisk ya mwili (BAW).
Ingawa teknolojia inaendelea kubadilika, huku kukiwa na maendeleo kwa kiasi kikubwa kutokana na idadi kubwa ya vifaa vinavyohitajika, uendeshaji wa bendi nyingi unamaanisha kichujio tofauti cha duplex cha off-chip kwa kila bendi, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro A. Swichi zote na vipanga njia pia huongeza utendakazi zaidi na adhabu za utendaji kazi na biashara.
Simu za bei nafuu za kimataifa kulingana na teknolojia ya sasa ni ngumu sana kutengeneza. Usanifu wa redio unaosababishwa utakuwa mkubwa sana, wenye hasara na wa gharama kubwa. Watengenezaji wanapaswa kuunda lahaja nyingi za bidhaa kwa michanganyiko tofauti ya bendi zinazohitajika katika maeneo tofauti, hivyo kufanya uzururaji usio na kikomo wa LTE wa kimataifa kuwa mgumu. Uchumi wa kiwango uliosababisha kutawala kwa GSM unazidi kuwa mgumu kupatikana.
Kuongezeka kwa mahitaji ya huduma za simu za kasi ya juu kumesababisha kutumwa kwa mitandao ya simu ya 4G kwenye bendi 50 za masafa, kukiwa na bendi nyingi zaidi kuja huku 5G ikifafanuliwa kikamilifu na kutumwa kwa wingi. Kwa sababu ya ugumu wa kiolesura cha RF, haiwezekani kufunika yote haya katika kifaa kimoja kwa kutumia teknolojia za sasa za kichujio, kwa hivyo nyaya za RF zinazoweza kubinafsishwa na zinazoweza kurekebishwa zinahitajika.
Kwa hakika, mbinu mpya ya kutatua tatizo la duplex inahitajika, labda kulingana na vichujio vinavyotumika au ukandamizaji wa kujiingilia, au mchanganyiko wa zote mbili.
Ingawa bado hatuna mbinu moja inayokidhi mahitaji mengi ya gharama, saizi, utendakazi na ufanisi, labda vipande vya mafumbo vitakusanyika na kuwa mfukoni mwako baada ya miaka michache.
Teknolojia kama vile EBD iliyo na ukandamizaji wa SI inaweza kufungua uwezekano wa kutumia masafa sawa katika pande zote mbili kwa wakati mmoja, ambayo inaweza kuboresha ufanisi wa taswira.
Muda wa kutuma: Sep-24-2024