Uniwersalny chip do telefonów komórkowych

Badania przeprowadzone na Uniwersytecie Kalifornijskim w Los Angeles (UCLA) wykazały, że w ciągu zaledwie trzech lat pojedynczy chip bezprzewodowy – nazwijmy go chipem uniwersalnym – może znaleźć się w telefonach komórkowych, a także w innych gadżetach bezprzewodowych, wydłużając ich żywotność życia, pozwalając na bardziej eleganckie projekty i umożliwiając im dostęp do funkcji innych niż Wi-Fi, GPS, globalna usługa telefoniczna i Bluetooth.

Prototyp części odbiorczej uniwersalnego chipa bezprzewodowego, który może odbierać częstotliwości radiowe w zakresie od 800 megaherców do 6 gigaherców – co może wyeliminować potrzebę stosowania wielu chipów w urządzeniach mobilnych, wydłużyć ich żywotność baterii i zmniejszyć je. (Zdjęcie dzięki uprzejmości Asada Abidi, UCLA.)

Dzisiejsze telefony komórkowe mogą zawierać do sześciu bezprzewodowe chipy radiowe, które wysyłają i odbierają informacje w postaci fal elektromagnetycznych. Każdy chip ma określoną funkcję: jeden jest przeznaczony do pracy z częstotliwością sygnału operatora komórkowego, a inne dla częstotliwości Wi-Fi, GPS i Bluetooth.

Historycznie Inżynierowie zaprojektowali te chipy do pracy tylko w niewielkim zakresie częstotliwości w widmie radiowym. Na przykład, aby komunikować się z wieżą telefonii komórkowej, chip może być zoptymalizowany do wysyłania i odbierania informacji z częstotliwością 900 megaherców (lub inną częstotliwością, w zależności od dostawcy usług). Aby uzyskać dostęp do sygnału Wi-Fi, należy dodać oddzielny chip, aby komunikować się w paśmie 2,4 gigaherca.

Chociaż niektórzy producenci chipów (np. Texas Instruments) zbudowali i wdrożyli trójpasmowe i czteropasmowe chipy, które mogą dostroić się do trzech lub czterech różnych pasm, zaprojektowanie prawdziwie uniwersalnego chipa, który może uzyskać dostęp do wszystkich częstotliwości, pozostaje wyzwaniem. Ale zachęta jest tam: telefon z uniwersalnym chipem może uzyskać dostęp do dowolnej usługi w spektrum – od lokalnej telewizji i radia, po Wi-Fi i WiMax – oprócz oszczędzania energii i cennego miejsca w kurczących się gadżetach.

Świat bezprzewodowy nie potrzebuje bardziej spersonalizowanych radiotelefonów, które wkładasz do słuchawki, mówi Asad Abidi , profesor układów scalonych i systemów na UCLA i główny badacz projektu uniwersalnego układu scalonego. Zamiast tego potrzebuje jednego uniwersalnego radia, które jest tak ogólne i tak elastyczne, że może odbierać telewizję, połączenia Bluetooth i bezprzewodowy Internet.

Ten uniwersalny układ zapewniłby elastyczność podobną do tunera radia samochodowego, pozwalając na ignorowanie większości stacji i ustawianie na tylko jednej częstotliwości. Projekt chipa zespołu, zaprezentowany w lutym na Międzynarodowej Konferencji Solid-State Circuits w San Francisco, to praca, która zmierza w kierunku stworzenia prawdziwie przestrajalnego radia, mówi Bill Krenik, menedżer ds. zaawansowanych architektur bezprzewodowych w Texas Instruments. Abidi zaprojektował chip, który jest w stanie uzyskać dostęp do wszystkich przychodzących sygnałów radiowych, jak mówi, w spektrum od 800 megaherców do 5 gigaherców.

Praca zespołu UCLA opiera się na koncepcji technologicznej zwanej radiem definiowanym programowo lub SDR. Po raz pierwszy zaproponowany na początku lat 90. przez Joe Mitolę z Miter Corporation, SDR opiera się na koncepcji konwersji wszystkich przychodzących sygnałów radiowych (które są falami elektromagnetycznymi, a zatem analogowymi) na cyfrowe. jeden s i 0 s. Umożliwiłoby to oprogramowaniu obwodu sortowanie różnych pasm częstotliwości i wybieranie tego, które jest interesujące. Korzystanie z oprogramowania omija potrzebę projektowania i dodawania konkretnego radia dla każdego pasma.

Uniwersalna antena radiowa odbiera wszelkiego rodzaju sygnały rozchodzące się w powietrzu – niektóre silne, inne słabe – a wszystkie na różnych częstotliwościach. Aby przekonwertować każdy sygnał analogowy na postać cyfrową, chip wymagałby przetwornika analogowo-cyfrowego, który spala kilkaset watów mocy, mówi Abidi – zdecydowanie za dużo jak na urządzenie przenośne.

Dlatego jego zespół wykorzystał zmodyfikowaną wersję SDR, która wykorzystuje fakt, że nie wszystkie przychodzące sygnały muszą być konwertowane jednocześnie. Mówi, że ludzie są zwykle zainteresowani tylko jednym kanałem na raz, na przykład korzystaniem z Wi-Fi lub rozmawianiem przez określoną częstotliwość w sieci komórkowej. Dlatego naukowcy włączyli do swojego obwodu rodzaj urządzenia – wcześniej używanego tylko w niejasnych zastosowaniach – które jest w stanie zbadać szeroki zakres częstotliwości radiowych, wybrać interesujące pasmo i uwydatnić je, jednocześnie pomniejszając inne. Zasadniczo to narzędzie – to, co inżynierowie nazywają szerokopasmowym urządzeniem antyaliasingowym – jest w stanie uzyskać dostęp do widma i skupić się na jednym paśmie, dzięki czemu tylko niewielkie ilości informacji analogowych muszą zostać przekonwertowane na sygnał cyfrowy. Abidi mówi, że dzięki wbudowaniu wyboru pasma w obwód, konwersja analogowo-cyfrowa zajmuje tylko dziesiątki miliwatów mocy.

Zauważa, że ​​ich postęp polegał na rozpoznaniu potencjału tego wcześniej niewykorzystanego szerokopasmowego antyaliasingu i zintegrowaniu go z innymi komponentami obwodów szerokopasmowych w celu zbudowania kompletnego odbiornika. Jak wyjaśnia, koncepcja ta istniała już od jakiegoś czasu, ale nikt nie widział, jak potężna byłaby w przypadku aplikacji radiowych definiowanych programowo.

Bruce Fette, główny naukowiec ds. sieci komunikacyjnych w General Dynamics C4 Systems, firmie budującej duże oprogramowanie sprzęt radiowy do użytku wojskowego. A idea SDR staje się coraz bardziej atrakcyjna dla branży urządzeń mobilnych, mówi, ponieważ zapewnia o wiele większą elastyczność w zakresie funkcji pojedynczego urządzenia, od korzystania z tego samego telefonu komórkowego na całym świecie po odblokowanie PDA. drzwi samochodu.

Abidi mówi, że trzeba jeszcze przeprowadzić więcej badań, zanim chip będzie gotowy do zastosowań komercyjnych. Po pierwsze, jego zespół rozwiązał tylko problem konwersji przychodzące sygnały analogowe na cyfrowe w tak szerokim zakresie częstotliwości. Urządzenia bezprzewodowe muszą również transmitować towarzyski sygnał analogowy. Naprawdę uniwersalny chip będzie musiał konwertować sygnały wychodzące z postaci cyfrowej na analogową w podobnie szerokim zakresie częstotliwości.

Mimo to jego zespół rozwiązał najtrudniejszą część problemu, zwracając się do odbiorcy, mówi Abidi. Przychodzące sygnały są znacznie bardziej skomplikowane, ponieważ z odbiornikiem słuchasz całego świata, mówi, podczas gdy z nadajnikami nie walczysz z niechcianymi sygnałami.

Krenik dodaje, że chociaż postęp Adibi nie rozwiązuje każdego problemu, z jakim boryka się branża, stanowi mocny fundament pod dalszą pracę na rzecz SRD.

Abidi i jego zespół mają nadzieję, że do późnego lata rozwiążą pozostałe problemy techniczne z ich uniwersalnym chipem. Od tego momentu w grę wejdą prace innych badaczy, którzy projektują procesor cyfrowy i oprogramowanie dla SDR, mówi. Abidi szacuje, że wszystkie te elementy połączą się w prototyp w przyszłym roku. Mówi, że uniwersalny chip może znaleźć się w przenośnych gadżetach bezprzewodowych w ciągu trzech do pięciu lat.

Zdjęcie na stronie głównej dzięki uprzejmości Asada Abidi, UCLA. Podpis: Prototyp części odbiorczej uniwersalnego układu bezprzewodowego, który może odbierać częstotliwości radiowe w zakresie od 800 megaherców do 6 gigaherców – co może wyeliminować potrzebę stosowania wielu chipów w urządzeniach mobilnych, wydłużyć ich żywotność baterii i zmniejszyć je.

ukryć