|
В последние годы мобильная связь является стремительно развивающимся сектором телекоммуникационного рынка. Основной задачей, поставленной перед мобильными системами третьего поколения 3G, стало обеспечение массового потребителя средствами и услугами персональной связи во всех областях бизнеса, образования, развлечений, домашней жизни, и так далее. Анализ тенденций развития подвижной связи позволяет прогнозировать существенное увеличение числа пользователей мультимедийных услуг связи. Отличительной особенностью мобильных систем следующего поколения будет возможность передачи на абонентские устройства мультимедийной информации с высоким качеством. Мобильный телефон сегодня, кроме выполнения функций обмена информацией по радиоканалу, должен обеспечивать возможности высококачественного отображения видеоинформации, ввода и хранения достаточного объема данных и определенной вычислительной мощности, хотя бы для решения задачи доступа в Internet. Разработчики абонентских устройств (АУ) ССПО стремятся к созданию многорежимных (многомодовых), т.е. многодиапазонных и многостандартных устройств, работоспособных в любой точке земного шара, вне зависимости от стандарта и диапазона частот, используемого в конкретном регионе. Такие абонентские устройства должны быть компактными и дешевыми, обладать наименьшей стоимостью, аппаратурными затратами, уменьшенными массогабаритными показателями, лучшими традиционными РЧ параметрами трактов приема и передачи. Разработка современных многодиапазонных и многорежимных устройств мобильной связи требует грамотного анализа происходящих в них процессов и выбора архитектуры. Это необходимо для выполнения требований, предъявляемых к стоимости, мощности, размеру и к рабочим характеристикам носимых устройств. Такие многофункциональные устройства могут осуществлять поддержку целого ряда стандартов и технологий: GSM, GPRS, EDGE, WCDMA, Bluetooth, локальных сетей WLAN, систем позиционирования GPS, возможности радио и ТВ приема. Прежде всего, такое устройство должно иметь малые вес, объем, энергопотребление и цену. Для достижения этих результатов необходимо максимальное объединение функциональных узлов, используемых в различных диапазонах и стандартах, использование комбинированных архитектур РЧ блоков, оригинальных частотных планов.
Универсальное абонентское устройство будущего Анализ тенденций развития подвижной связи позволяет прогнозировать существенное увеличение числа пользователей мультимедийных услуг связи. Отличительной особенностью мобильных систем следующего поколения будет возможность передачи на абонентские устройства мультимедийной информации с высоким качеством. Абонентское устройство сегодня, кроме выполнения собственно функций обмена информацией по радиоканалу, должно обеспечивать возможности высококачественного отображения видеоинформации, ввода и хранения большого объема различного рода данных и обладать определенной вычислительной мощностью для их обработки. Стремление разработчиков создать универсальное абонентское устройство (АУ), позволяющее оказывать мобильному абоненту самый широкий спектр услуг с высоким качеством приводит к необходимости разработки многодиапазонных (MultiBand) и многостандартных (многомодовых, многорежимных, MultiMode) АУ. Такое устройство должно работать практически в любой точке Земли (глобально), в сетях различного типа, с использованием различных технологий. Причем, концепция сетей четвертого поколения 4G предполагает, что абонент сможет производить “бесшовный”, незаметный для него переход между сетями с использованием единственного АУ. При этом должны использоваться сеть и технология, наиболее подходящие в конкретной ситуации, позволяющие производить обслуживание абонента с наилучшим качеством. В частности, в таких ситуациях должна обеспечиваться наибольшая скорость передачи данных при наименьшей стоимости услуги. Такое универсальное АУ может использовать различные диапазоны частот, выделенные для функционирования систем мобильной связи. Последние модели телефонов GSM являются уже четырехдиапазонными (800, 900, 1800 и 1900 МГц), что дает пользователям возможность их глобального использования. В настоящее время происходит введение в эти телефоны диапазонов и технологий стандартов третьего поколения. При введении других "наступающих" технологий мобильной связи типовые абонентские устройства должны получить возможность функционирования в полосе частот почти 6 ГГц и более (рис. 1).
Рис. 1. Диапазоны функционирования систем подвижной связи Разработка современных многодиапазонных и многорежимных устройств мобильной связи требует грамотного анализа происходящих в них процессов и выбора наиболее подходящей архитектуры РЧ блока [1]. Прежде всего, такое устройство должно иметь малые вес, объем, энергопотребление и цену. Для достижения этого необходимо максимальное объединение функциональных узлов, используемых в различных диапазонах и стандартах, использование комбинированных архитектур РЧ блоков, оригинальных частотных планов. Создание универсального многодиапазонного или многомодового РЧ блока и устройства в целом не является тривиальной задачей простого наращивания дополнительных трактов приема и передачи с размещением их в одном общем корпусе интегральной схемы. Основные специфические задачи, которые необходимо решить при проектировании таких РЧ блоков:
Вновь разрабатываемые абонентские одномодовые устройства должны поддерживать (производить прием/передачу и мониторинг) по крайней мере, один дополнительный диапазон Диапазоны частот GSM [3GPP TS 45.005, V6.5.0 (2004-04)]
Диапазоны частот UMTS [3GPP TS 25.101, V6.4.0 (2004-03)]
Одномодовые АУ стандарта GSM/EDGE
Одномодовые АУ стандарта UMTS
Двумодовые АУ стандарта UMTS/GSM
Архитектура и частотный план РЧ блоков Анализ значительного числа технических описаний многодиапазонных абонентских устройств стандарта GSM позволил выявить ряд наиболее часто используемых архитектур и структур РЧ блоков, перспективных с точки зрения наращивания диапазонов и технологий, используемых в устройстве. Архитектура трактов приема
Архитектура трактов передачи
В последнем релизе стандартов GSM для функционирования радиооборудования выделено уже 13 диапазонов. Это не влечет за собой необходимость немедленной разработки универсального общего РЧ блока для работы во всех этих диапазонах. Однако, учитывая дефицит рабочих частот GSM у операторов, в конкретных РЧ блоках возможны сочетания различных рабочих диапазонов с последующим освоением всех диапазонов, выделенных для конкретных регионов. Многодиапазонные РЧ блоки систем с частотным дуплексированием При построении многодиапазонных устройств стандарта GSM и многостандартных РЧ блоков следует учитывать, что величина дуплексного сдвига FDD при переключении частотных диапазонов должна быть изменена, причем в широких пределах - от 10 до 95 МГц. Для выделенных диапазонов Европейского стандарта третьего поколения UMTS эта величина меняется еще сильнее - от 45 до 400 МГц. Одной из основных проблем, возникающих при проектировании РЧ блока, является выбор оптимального частотного плана для устранения интермодуляционных продуктов. Причем оптимизированный для какого-либо диапазона частотный план при переходе на другой диапазон может стать абсолютно неприемлемым. Очевидно, что для компенсации различий в величине дуплексного сдвига при переключении рабочих диапазонов частотный план РЧ блока должен быть изменен. Чаще всего для этого производят изменение значения ПЧ в тракте передачи. Менять значение промежуточной частоты в тракте приема нежелательно, так как при этом необходимо производить коммутацию нескольких фильтров ПЧ, имеющих, к тому же, значительные размеры. В петле же трансляции, обычно используемой в тракте передачи, изменение значения промежуточной частоты ПЧ Тх зачастую может быть произведено без коммутации элементов.
Рис. 2. Использование архитектуры прямого преобразования в трехдиапазонном РЧ блоке GSM с единственным ГУН На рис. 2 приведена укрупненная архитектура трехдиапазонного РЧ блока GSM, в котором используется единственный ГУН. Реально в РЧ блоке используется три входных РЧ узла тракта приема и два отдельных выходных узла тракта передачи, содержащих усилители мощности. Путем добавления дополнительного делителя частоты на два и незначительного расширения диапазона перестройки ГУН можно реализовать РЧ блок для использования во всех диапазонах частот, выделенных для функционирования устройств GSM. Эволюция интегральных схем для РЧ блоков Следует отметить, что, как правило, при возникновении спроса на определенную комбинацию диапазонов и технологий сначала разрабатываются АУ с использованием уже имеющихся подходящих комплектов ИС и только позже появляется специализированные многостандартные и многодиапазонные РЧ ИС с этими комбинациями. Причем, о выпуске первой в мире модели АУ с теми или иными впервые введенными диапазонами и технологиями иногда заявляют сразу несколько компаний, в каждом случае имея в виду разработку, производство или начало продаж АУ. Некоторые этапы развития мобильных телефонных аппаратов (МТА) отражены на рис. 7а. Цифрами на рисунке указано количество поддерживаемых диапазонов для различных стандартов и технологий. Как правило, взяв за основу удачную разработку (платформу) РЧ ИС, компании производят поэтапное развитие изделия, расширяя многодиапазонные возможности и вводя дополнительные технологии (GPRS, EDGE, WiFi и т.д.), т.е. переходя в многомодовый класс. При этом на различных этапах развития ИС происходит серийный выпуск усовершенствованных разработок. Так, компания Analog Device развивает платформу Othello, Infineon – Smart, Sereno – Quorum, SiLabs – Aero. Весьма важным показателем при этом является количество внешних компонентов, которые необходимо использовать совместно с ИС. Внутри РЧ блока находятся несколько высокоинтегрированных интегральных схем. Но, как правило, намного больше места занимают навесные пассивные компоненты: конденсаторы, резисторы, катушки, переключатели и т.д., препятствующие уменьшению размеров АУ в целом.
Многодиапазонные устройства GSM Самое простое однодиапозонное абонентское устройство, работающее с одной антенной в единственном диапазоне, содержит во входном РЧ блоке только однополюсный ключ на два положения для поочередной коммутации антенны на прием и передачу. РЧ блоки, используемые в современных устройствах стандарта GSM, должны поддерживать работу как минимум в четырех диапазонах для работы по всему миру, используя до четырех передающих и четырех приемных трактов. Так количество каждого из узлов, используемых в четырехдиапазонном блоке, может меняться от одного до четырех. Например, может быть использован входной РЧ модуль, содержащий четыре дуплексера и предназначенный для работы с четырьмя раздельными антеннами. Основными функциональными узлами, применяемыми в ВРЧМ, являются антенны, РЧ ключи и дуплексеры. Могут быть предложены различные конфигурации входных РЧ модулей, содержащие разное число основных узлов. Так количество каждого из узлов, используемых в четырехдиапазонном блоке, может меняться от одного до четырех. Например, может быть использован входной РЧ модуль, содержащий четыре дуплексера и предназначенный для работы с четырьмя раздельными антеннами. Каждый тракт приема требует использования на входе индивидуального диапазонного полосового РЧ фильтра, обычно ПАВ фильтра. В тракте приема входного РЧ блока необходимо использовать четыре раздельных входных каскада (МШУ и, возможно, смесителей) с соответствующими устройствами согласования и фильтрации, что в итоге приводит к общему количеству РЧ трактов приема, равному шести. В тракте передачи могут быть использованы только два усилителя мощности – на НЧ и ВЧ диапазоны GSM. Учитывая близость по частоте соседних диапазонов, один усилитель мощности тракта передачи может охватывать диапазоны GSM850 и GSM900, в то время как второй - GSM1800(DCS) и GSM1900(PCS) диапазоны. Как показано на рисунке, реализация данной конфигурации в самом простом варианте требует использования однополюсного ключа на шесть положений, чтобы осуществить подключение одного антенного входа к шести РЧ трактам. Однако техническая реализация таких многопозиционных РЧ ключей с приемлемыми характеристиками в настоящее время затруднена.
Рис. 3. Варианты реализации четырехдиапазонного ВРЧМ для устройств GSM Для реализации четырехдиапазонного устройства могут быть предложены различные структуры ВРЧМ, сочетающие разнообразные комбинации функциональных узлов. Для обозначения варианта РЧ модуля можно использовать сочетание условных обозначений функциональных узлов, последовательно включенных в основном тракте приема, что проиллюстрировано примерами, приведенными на рис. 3.
Рис. 4. Трехдиапазонный GSM входной модуль РЧ тракта В качестве примера на рис. 4 приведен вариант FEM GSM с одной антенной, двумя дуплексерами и двумя ключами на три направления (1A-1D-2S(3/3)). Данный вариант достаточно распространен и, по сути дела, представляет собой классическую структуру трехдиапазонного входного модуля РЧ тракта (Tri-Band GSM Front End Module), производимого различными компаниями. Для работы в четвертом диапазоне GSM850 необходимо использовать в соответствующем (верхнем по схеме) канале ключ на три положения.
Итак, в различных географических зонах используются различные сочетания современных стандартов и технологий, принятые большими группами пользователей. При перемещении абонентов от сетей одного типа к другому они не могут использовать одно и то же самое абонентское устройство без существенной его модернизации и перестройки, чтобы получить доступ к несовместимым системам. Стремление разработчиков создать универсальное абонентское устройство, позволяющее оказывать мобильному абоненту самый широкий спектр услуг с высоким качеством, приводит к необходимости разработки многодиапазонных и многомодовых АУ. Такое устройство должно работать глобально в любой точке Земли, в сетях различного типа, с использованием различных технологий, оно должно быть компактным и дешевым. Проектирование многодиапазонного и многомодового РЧ блока не может быть оптимальным образом решена простым наращиванием дополнительных трактов приема и передачи. Прежде всего, такое устройство должно иметь малые вес, объем, энергопотребление и цену. Для достижения этих результатов необходимо максимальное функциональное и конструктивное объединение узлов, используемых в различных диапазонах и стандартах, применение комбинированных архитектур РЧ блоков, оригинальных частотных планов.
Last update on 03/17/2007
Сайт находится в стадии оформления, информационного наполнения и тестирования. Приносим извинения за возможные неточноcти и некорректную работу. Рады
конструктивным замечаниям, предложениям и вопросам, которые можно записать в гостевую
книгу или отправить по е-почте.
 |||| Гостевая книга |||| |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
