エンベロープトラッキング（ET ）は、無線周波数（RF）増幅器の設計手法の一種であり、 RF電力増幅器に印加される電源電圧を連続的に調整することで、増幅器が送信の各瞬間に必要な電力に対してピーク効率で動作することを保証する。[1]
固定電源電圧で設計された従来の RF アンプは、圧縮状態で動作する場合にのみ最も効率的に動作します。
一定の電源電圧で動作するアンプは、信号の波高率が増加するにつれて効率が低下します。これは、アンプがピーク電力以下の動作に費やす時間が長くなり、その結果、最大効率以下の動作に費やす時間が長くなるためです。
背景
特に変調方式が複雑化し、ピーク対平均電力比が増加するにつれて、より高い効率性の必要性が高まります。信号に振幅情報が含まれない位相変調または周波数変調に基づく旧来の変調方式では、圧縮駆動可能な増幅器を使用することで高い効率を実現できます。2014年時点で、モバイル通信基地局は世界の電力の約1%を消費していました。[2]
対照的に、WiMAXからLTE に至るまで、多くの新しい通信システムは振幅情報を利用しています。振幅情報が歪んでしまうため、増幅器を圧縮状態にまで動作させることはできません。これらの増幅器は、振幅のピーク時にのみ最大効率を達成できます。残りの時間は、不必要に電力が消費されています。[3]
したがって、ピーク対平均電力比の高い信号は効率レベルが低くなり、余分なエネルギーが無駄になり、最終的には熱になります。
可変電圧
エンベロープ トラッキングは、RF パワー アンプに適用される電圧を調整して、その瞬間に必要な電力を供給します。エンベロープ情報は IQ モデムから生成され、エンベロープ トラッキング電源に渡されて必要な電圧が供給されます。[4]エンベロープ トラッキング電源は、連続トラッカーと離散トラッカーの 2 つの主なカテゴリに分けられます。[5]連続トラッカーは、信号エンベロープが変化するときに連続的に圧縮状態を維持することで RF パワー アンプのパフォーマンスを最大限に高めますが、線形で非効率的な部品を犠牲にします。Power-DAC [5]などの離散トラッカーは、エンベロープを離散電圧ステップで量子化します。これはスイッチング コンバータで効率的に生成できますが、特にレベル数が少ない場合は、パワー アンプの効率が低下します。
2013年、クアルコムは業界初となる3Gおよび4G LTEモバイルデバイス向けチップを出荷した最初の企業となった。[6] R2セミコンダクターは、サムスンギャラクシーS5ミニにETを搭載した携帯電話を出荷し、業界初のET企業となった。[7]
2014年9月現在、少なくとも16機種の携帯電話がETを採用しており、その中にはSamsung Galaxy Note 3、Galaxy S5 Mini、[7] Nexus 5、iPhone 6などがある。[8]この技術を評価している他の部品メーカーとしては、R2 Semiconductor、 Mediatek、RF Micro Devices、Skyworks、Texas Instruments、Analog Devices、Nujira、Eta Devicesなどがある。[2]
マサチューセッツ州ケンブリッジに拠点を置くMIT（マサチューセッツ工科大学）のスピンオフ企業であるEta Devicesは、バッテリーの消耗を抑え、高帯域幅アプリケーションで優れた性能を発揮する基地局モジュールとチップを開発中である。同社によると、このチップは電力消費を20%削減し、発熱を最大30%削減する。Etaのアプローチは、信号ノイズの増加を犠牲にして効率を向上させる。同社はこの問題に対処するため、高度なデジタル信号処理技術を駆使している。Etaの基地局は靴箱より少し小さく、平均効率が一般的な45～55%から70%以上向上した初の4G LTE送信機となっている。[2]
参考文献
- ^ Wimpenny, Gerard. 「エンベロープトラッキングを用いたマルチキャリアPA効率の向上」EE Times . 2011年10月25日閲覧。
- ^ abc Talbot, David (2014年1月7日). 「CESで展示されていない注目の技術：スマート無線チップ | MIT Technology Review」. Technologyreview.com . 2014年1月11日閲覧。
国際コンシューマー・エレクトロニクス・ショー（CES）の華やかさの裏側で、ワイヤレス業界は根本的な問題に直面している。それは、機能の増加とデータ通信の高速化により、携帯電話のバッテリーがかつてないほど速く消耗しているということだ。
- ^ Radio-Electronics.com エンベロープトラッキングチュートリアル
- ^ Radio-Electronics.com 封筒追跡システム
- ^ ab Cappello, Tommaso (2017年5月28日). 「電源変調ベースの送信機アーキテクチャ向け電力コンバータおよびアンプの設計と特性評価」(PDF) . AMSDottorato .
- ^ ケビン・フィッチャード「新型チップのおかげで、Galaxy Note 3の巨大スクリーンでもバッテリーを消耗しない」Gigaom. 2014年3月13日閲覧。
- ^ ab 「Samsung Galaxy S5 Mini 分解（手順15参照）」iFixit. 2014年9月4日閲覧
- ^ 「iPhone 6とiPhone 6 Plusの内部」Chipworks Blog . 2014年9月24日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2014年9月25日閲覧。
外部リンク
- エンベロープトラッキングチュートリアルにはビデオとエンベロープトラッキングのすべての側面が含まれています
- Zhancang Wang、「無線通信用エンベロープトラッキングパワーアンプ」、Artech House、MA：ボストン、2014 年。
- R2 Semiconductorのスタートアップ企業、エンベロープトラッキング技術を開発中
