211service.com
En universel chip til mobiltelefoner
Forskning fra University of California, Los Angeles (UCLA) har vist, at en enkelt trådløs chip - kald det den universelle chip - kunne være i mobiltelefoner såvel som andre trådløse gadgets på så få som tre år, hvilket forlænger deres batteri liv, hvilket giver mulighed for slankere design og giver dem adgang til funktioner ud over Wi-Fi, GPS, global telefontjeneste og Bluetooth.
En prototype til modtagerdelen af en universel trådløs chip, der kan modtage radiofrekvenser fra 800 megahertz til 6 gigahertz – hvilket kunne eliminere behovet for flere chips i mobile enheder, forlænge deres batterilevetid og gøre dem mindre. (Foto udlånt af Asad Abidi, UCLA.)
Nutidens mobiltelefoner kan indeholde op til seks trådløse radiochips, som sender og modtager information i form af elektromagnetiske bølger. Hver chip har en specifik funktion: Der er en, der er designet til at arbejde med frekvensen af mobiloperatørens signal og andre til Wi-Fi, GPS og Bluetooth-frekvenser.
Historisk set, ingeniører har designet disse chips til kun at fungere inden for et lille frekvensområde i radiospektret. For at kommunikere med et mobiltelefontårn kan en chip f.eks. være optimeret til at sende og modtage information ved 900 megahertz (eller en anden frekvens afhængigt af tjenesteudbyderen). For at få adgang til et Wi-Fi-signal skal der tilføjes en separat chip for at kommunikere i 2,4 gigahertz-båndet.
Selvom nogle chipproducenter (såsom Texas Instruments) har bygget og implementeret triband- og quadband-chips, der kan tune ind på tre eller fire forskellige bånd, er det fortsat en udfordring at designe en virkelig universel chip, der kan få adgang til alle frekvenser. Men incitamentet er der: En telefon med en universel chip kan få adgang til enhver tjeneste på spektret – fra lokalt tv og radio til Wi-Fi og WiMax – foruden at spare strøm og værdifuld plads inden for krympende gadgets.
Den trådløse verden har ikke brug for flere tilpassede radioer, som du propper i et håndsæt, siger Asad Abidi , professor i integrerede kredsløb og systemer ved UCLA og ledende forsker på det universelle chipprojekt. I stedet har den brug for en alsidig radio, der er så generel og så fleksibel, at [den] kan modtage tv, Bluetooth-forbindelser og trådløst internet.
Denne universelle chip ville give fleksibilitet svarende til en bilradiotuner, hvilket tillader de fleste stationer at blive ignoreret og nulstille på kun én frekvens. Holdets chipdesign, der blev præsenteret i februar på International Solid-State Circuits Conference i San Francisco, er arbejde, der bevæger sig i retning af at lave en rigtig tunbar radio, siger Bill Krenik, trådløs avanceret arkitekturchef hos Texas Instruments. Abidi har designet en chip, der er i stand til at få adgang til alle de indgående radiosignaler, siger han, over et spektrum fra 800 megahertz til 5 gigahertz.
UCLA-teamets arbejde bygger på et teknologisk koncept kaldet softwaredefineret radio eller SDR. Først foreslået i begyndelsen af 1990'erne af Joe Mitola fra Mitre Corporation, SDR er baseret på konceptet om at konvertere alle indkommende radiosignaler (som er elektromagnetiske bølger og derfor analoge) til digitale en s og 0 s. Dette ville gøre det muligt for et kredsløbs software at sortere gennem forskellige frekvensbånd og vælge det af interesse. Brug af software omgår behovet for at designe og tilføje en specifik radio til hvert bånd.
En universel radioantenne modtager alle slags signaler, der rejser gennem luften - nogle stærke, nogle svage - og alle på forskellige frekvenser. For at konvertere hvert analogt signal til digital form ville en chip kræve en analog-til-digital-konverter, der forbrænder flere hundrede watt strøm, siger Abidi - alt for meget til en bærbar enhed.
Derfor brugte hans team en modificeret version af SDR, der udnytter det faktum, at ikke alle indkommende signaler skal konverteres på én gang. Folk er normalt kun interesserede i én kanal ad gangen, siger han, såsom at bruge Wi-Fi eller tale via en bestemt frekvens på et mobilnetværk. Så forskerne inkorporerede en type enhed - som tidligere kun blev brugt i obskure applikationer - i deres kredsløb, der er i stand til at undersøge det store udvalg af radiofrekvenser, udvælge interessebåndet og understrege det, mens de understreger de andre. I bund og grund er dette værktøj - hvad ingeniører kalder en bredbånds anti-aliasing-enhed - i stand til at få adgang til spektret og fokusere på et enkelt bånd, så kun små mængder analog information skal konverteres til et digitalt signal. Ved at indbygge båndvalg i kredsløbet tager analog-til-digital-konverteringen kun titusvis af milliwatt strøm, siger Abidi.
Deres fremskridt, bemærker han, var at erkende potentialet for denne tidligere underudnyttede bredbånds anti-aliasing-enhed og integrere den med andre bredbåndskredsløbskomponenter for at bygge en komplet modtager. Konceptet havde eksisteret i et stykke tid, forklarer han, men ingen så, hvor kraftfuldt det ville være for softwaredefinerede radioapplikationer.
En chip, der sorterer det indkommende signal fra, såsom Abidis, er den type teknologi, der kan hjælpe SDR med at blive en realitet i mobiltelefoner, siger Bruce Fette, chefforsker for kommunikationsnetværk hos General Dynamics C4 Systems, et firma, der bygger store softwaredefinerede radioudstyr til militært brug. Og ideen om SDR bliver mere attraktiv for mobilenhedsindustrien, siger han, fordi det giver så meget mere fleksibilitet i funktionerne på en enkelt enhed, lige fra at bruge den samme mobiltelefon over hele verden til at have en PDA oplåst din bildør.
Abidi siger, at der stadig er mere forskning, der skal laves, før chippen er klar til kommerciel anvendelse. For det første har hans team kun løst problemet med at konvertere indgående analoge til digitale signaler over et så bredt frekvensområde. Trådløse enheder skal også sende en udgående analogt signal. En virkelig universel chip skal konvertere udgående signaler fra digital til analog form over et tilsvarende bredt frekvensområde.
Alligevel har hans team løst den sværeste del af problemet ved at henvende sig til modtageren, siger Abidi. Indgående signaler er meget mere komplicerede, fordi du med en modtager lytter til hele verden, siger han, hvorimod du med sendere ikke kæmper med uønskede signaler.
Krenik tilføjer, at selvom Adibis fremskridt ikke løser alle de problemer, industrien står over for, lægger det et stærkt fundament for det videre arbejde hen imod SRD.
Abidi og hans team håber på at udjævne de resterende tekniske problemer med deres universelle chip inden sensommeren. Derfra kommer arbejdet fra andre forskere, der designer den digitale processor og software til SDR, i spil, siger han. Abidi vurderer, at alle disse stykker vil komme sammen til en prototype engang næste år. Og, siger han, en universel chip kunne være i håndholdte trådløse gadgets inden for tre til fem år.
Hjemmesidefoto udlånt af Asad Abidi, UCLA. Billedtekst: En prototype til modtagerdelen af en universel trådløs chip, der kan modtage radiofrekvenser fra 800 megahertz til 6 gigahertz – hvilket kunne eliminere behovet for flere chips i mobile enheder, forlænge deres batterilevetid og gøre dem mindre.