智能射頻技術也許可以降低手機能耗

特約通訊員 周 祺

智能射頻技術也許可以降低手機能耗

特約通訊員 周 祺

電池救星：圖中所示的這款無線射頻芯片能夠隨時調節電壓，由此將所需電力大幅減少。

目前，無線產業仍然面臨著一個根本問題：越來越多的功能和越來越高的數據傳輸速度，正在越來越快地消耗手機的電池。

幸好，手機內的一些部件還有改進的余地，將電能轉換成射頻能量的“功率放大器”就是其中之一。在手機中，功率放大器消耗的電能一般超過其它部件，但是其中的半數電能都是浪費掉的。這一點許多人都有切身體會：當你在手機上播放一個小時的流視頻，電池就會迅速耗盡（手機溫度也會升高）。而無線網絡基站在從用戶的手機那里收發信號的同時，也會被同樣的問題所困擾。

現在，科學家們正在著力研究智能更高的功率放大器，希望籍此降低電能的浪費。埃塔設備（Eta Devices）是一家位于美國麻省劍橋的公司，成員都來自麻省理工學院，目前正在研發一款基站模塊和一款芯片。公司表示，它們不僅能降低電池消耗，而且對4G LTE的各種高速網應用、以及未來的超高速技術，都能提供有力的支持。

眼下的根本問題在于，當一部設備以高速傳輸數據時，射頻輸出所需的電力會發生快速波動。現有的功率放大器始終將電壓維持在較高水平，以應對電力峰值的到來――然而這樣做是相當費電的。比較新的方法是根據實際的射頻信號“包絡”（envelope）隨時調節電壓水平。

這種“包絡跟蹤”技術（envelope tracking，簡稱ET）是手機制造業中最熱門的硬件發明。去年秋天，高通公司（Qualcomm）首先開始供應配備了這項技術的芯片，公司稱，這是第一款在3G和4G LTE移動設備中使用的ET芯片。

高通表示，這種芯片能夠將手機的電力消耗下降20%，而與此相關的另一個問題，即熱量的產生，也將下降30%。公司的高級市場總監彼得·卡森（Peter Carson）指出：“這將有助于終端用戶延長電池壽命，也有助于制造商縮小設備的體積。”

目前，這款包絡跟蹤器已經安裝到了10款手機內部，其中包括三星的Galaxy Note 3和Nexus 5。其他手機零件生產商也急起直追，包括 Mediatek、RF Micro Devices、Skyworks、Texas Instruments、Analog Devices、Nujira和埃塔設備等。

ET技術的缺點在于，它的效率會在數據速率升高時急劇下降。包絡跟蹤器往往需要較大的電容器，以便在儲存和釋放能量脈沖的同時，維持平穩而持續的電壓變化。

埃塔設備采用的是一種截然不同的方法，它用較小的電容器來應對快速突然的電壓變化。使用較小的電容器，優點是效率較高，缺點則是電能的變化會增加無線信號中的噪音。不過據麻省理工學院的電氣工程教授、埃塔的創始人之一喬爾·道森（Joel Dawson）的說法，最先進的數字信號處理技術，已經可以克服這個缺點了。

埃塔的總裁馬提亞斯·阿斯特羅姆（ Mattias ?str?m）試圖用汽車來類比這兩種方法。“包絡跟蹤基本上就是無級變速器，而我們的技術相當于手動變速箱。”他說，“當你有了手動變速箱，油耗總是會減少一些。”

埃塔的研究還未發表，他們的芯片也在制造之中，但是公司已經為基站設計好了方案，或許年內就能投產。埃塔模塊的體積比一只鞋盒略小。道森表示，它是世界上第一臺平均功率大于70%的4G LTE發射機，和現有的技術能夠達到的45%到55%相比，不只是一次飛躍。

目前，專門生產低功耗無線基站的Vanu公司正在測試這項技術，并有望最先成為埃塔的客戶之一。Vanu的平臺工程主任大衛·比瑟（David Bither）表示：“我們認為，這項技術能夠為我們創造‘綠色’效益，在運營成本上也有優勢。”

最終的成果，可能是在發展中國家鋪開網絡，使更多人能夠使用無線網。目前在發展中國家，至少有64萬臺地處偏僻的基站正由昂貴的柴油驅動著，運營成本高達150億美元。

埃塔公司的這項技術是在2012年末作為一項科學實驗對外公布的。Analog Devices的創始人之一雷·斯泰塔（Ray Stata）和他的投資公司斯泰塔投資（Stata Venture Partners）共向埃塔注資了600萬美元。

（來源：MIT Technology Review）