智能射频技术也许可以降低手机能耗

特约通讯员 周 祺

智能射频技术也许可以降低手机能耗

特约通讯员 周 祺

电池救星：图中所示的这款无线射频芯片能够随时调节电压，由此将所需电力大幅减少。

目前，无线产业仍然面临着一个根本问题：越来越多的功能和越来越高的数据传输速度，正在越来越快地消耗手机的电池。

幸好，手机内的一些部件还有改进的余地，将电能转换成射频能量的“功率放大器”就是其中之一。在手机中，功率放大器消耗的电能一般超过其它部件，但是其中的半数电能都是浪费掉的。这一点许多人都有切身体会：当你在手机上播放一个小时的流视频，电池就会迅速耗尽（手机温度也会升高）。而无线网络基站在从用户的手机那里收发信号的同时，也会被同样的问题所困扰。

现在，科学家们正在着力研究智能更高的功率放大器，希望籍此降低电能的浪费。埃塔设备（Eta Devices）是一家位于美国麻省剑桥的公司，成员都来自麻省理工学院，目前正在研发一款基站模块和一款芯片。公司表示，它们不仅能降低电池消耗，而且对4G LTE的各种高速网应用、以及未来的超高速技术，都能提供有力的支持。

眼下的根本问题在于，当一部设备以高速传输数据时，射频输出所需的电力会发生快速波动。现有的功率放大器始终将电压维持在较高水平，以应对电力峰值的到来――然而这样做是相当费电的。比较新的方法是根据实际的射频信号“包络”（envelope）随时调节电压水平。

这种“包络跟踪”技术（envelope tracking，简称ET）是手机制造业中最热门的硬件发明。去年秋天，高通公司（Qualcomm）首先开始供应配备了这项技术的芯片，公司称，这是第一款在3G和4G LTE移动设备中使用的ET芯片。

高通表示，这种芯片能够将手机的电力消耗下降20%，而与此相关的另一个问题，即热量的产生，也将下降30%。公司的高级市场总监彼得·卡森（Peter Carson）指出：“这将有助于终端用户延长电池寿命，也有助于制造商缩小设备的体积。”

目前，这款包络跟踪器已经安装到了10款手机内部，其中包括三星的Galaxy Note 3和Nexus 5。其他手机零件生产商也急起直追，包括 Mediatek、RF Micro Devices、Skyworks、Texas Instruments、Analog Devices、Nujira和埃塔设备等。

ET技术的缺点在于，它的效率会在数据速率升高时急剧下降。包络跟踪器往往需要较大的电容器，以便在储存和释放能量脉冲的同时，维持平稳而持续的电压变化。

埃塔设备采用的是一种截然不同的方法，它用较小的电容器来应对快速突然的电压变化。使用较小的电容器，优点是效率较高，缺点则是电能的变化会增加无线信号中的噪音。不过据麻省理工学院的电气工程教授、埃塔的创始人之一乔尔·道森（Joel Dawson）的说法，最先进的数字信号处理技术，已经可以克服这个缺点了。

埃塔的总裁马提亚斯·阿斯特罗姆（ Mattias Åström）试图用汽车来类比这两种方法。“包络跟踪基本上就是无级变速器，而我们的技术相当于手动变速箱。”他说，“当你有了手动变速箱，油耗总是会减少一些。”

埃塔的研究还未发表，他们的芯片也在制造之中，但是公司已经为基站设计好了方案，或许年内就能投产。埃塔模块的体积比一只鞋盒略小。道森表示，它是世界上第一台平均功率大于70%的4G LTE发射机，和现有的技术能够达到的45%到55%相比，不只是一次飞跃。

目前，专门生产低功耗无线基站的Vanu公司正在测试这项技术，并有望最先成为埃塔的客户之一。Vanu的平台工程主任大卫·比瑟（David Bither）表示：“我们认为，这项技术能够为我们创造‘绿色’效益，在运营成本上也有优势。”

最终的成果，可能是在发展中国家铺开网络，使更多人能够使用无线网。目前在发展中国家，至少有64万台地处偏僻的基站正由昂贵的柴油驱动着，运营成本高达150亿美元。

埃塔公司的这项技术是在2012年末作为一项科学实验对外公布的。Analog Devices的创始人之一雷·斯泰塔（Ray Stata）和他的投资公司斯泰塔投资（Stata Venture Partners）共向埃塔注资了600万美元。

（来源：MIT Technology Review）