פיתוח של CDMA Mobile מכשירים

הסיפור של תקשורת סלולרי הוא אחד מיניאוריטציה ללא רחמים ויעילות כוח.בין הטכנולוגיות שהפכו את השינוי הזה אפשרי, מחלקת קוד מספר גישה (CDMA) בולט כסטנדרט יסוד שאיפשר את יצירת מכשירים ניידים שהיו גם קומפקטיים ויעילים באנרגיה. על ידי מינוף טכנולוגיות ספקטרום מבוזר, CDMA אפשר למשתמשים מרובים לשתף את אותה הלהקה בו זמנית, אשר לא רק להגדיל את יכולת הרשת אלא גם עבור פחות קיבולת רכה, פחות.

לפני אימוץ נרחב של CDMA, מערכות סלולריות אנלוגיות כגון AMPS (מערכת טלפונים סלולרי מתקדם) דרש סוללות גדולות וכבדות יחסית כדי לקיים אפילו זמני דיבור קצרים.השינוי ל- CDMA דיגיטלית בשנות ה-90 ייצג שינוי פרדיגמה: עיבוד אותות דיגיטליים המותר לשימוש יעיל יותר בספקטרום הרדיו, ואת המאפיינים הטבועים של CDMA - כולל לחיצות קלות ושיעורי נתונים משתנים - כלומר מכשירים יכולים לפעול ברמות נמוכות יותר של אנרגיה, ללא השפעה יעילה יותר, ואפקטים ניידים.

רקע היסטורי של CDMA טכנולוגיה

השורשים של CDMA חוזרים לטכנולוגיה של ספקטרום צבאי שפותחה במהלך מלחמת העולם השנייה, אבל היישום המסחרי שלה הופיע בתחילת שנות ה-90 כאשר Qualcomm חלוץ תקן IS-95, הידוע גם בשם cdmaone.בניגוד FDMA מוקדם יותר (FDMA Division Multiple Access) ו-TDMA (Time Division Access Multiple Access) מערכות CDMA אפשרו למשתמשים לשדר בו זמנית על ידי תדר ייחודי של קוד זה או קוד פתוח עם קוד פתוח.

  • (FLT:0) יעילות ספקטרלית של ספקטרום 1 (CDCMA) יכולה לתמוך 10 עד 20 פעמים יותר משתמשים מאשר מערכות אנלוגיות, צמצום הצורך בתחנות בסיס והורדת עלויות תשתיות.
  • (ב) [ה]:0] סופריאור קורא איכות של ההרחבה 1:1 – Digital ⁇ ו-Daily Handoffs הפחיתו את שיחות ההפלה ואת רעש הרקע, אפילו בסביבות מאתגרות.
  • (ב) ,0) ,העברה של ספקטרום (FLT) , אשר הפכה את ההנעה הקשה, תוך התייחסות לדאגה מרכזית עם התא.

תכונות אלה יצרו מחזור רוטט: כשרשתות CDMA הפכו לנפוצות יותר, יצרני מכשירים היו תמריצים חזקים להשקיע ב miniaturization ואופטימיזציה כוחית.רשתות CDMA המסחריות הראשונות שהושקו ב-1995 בהונג קונג ובארה"ב, ובתוך כמה שנים, טלפונים CDMA החלו להתכווץ באופן דרמטי בגודלם תוך מתן זמני עמידה ארוכים יותר ולדבר.

בתחילת שנות ה-2000, CDMA התפתח ל-1xRTT ומאוחר יותר EV-DO (Evolution-Data Optimized) סטנדרטים, תמיכה בשיעורי נתונים עד 3.1 Mbps.אבולוציה זו דרשה עוד ניהול חשמל מתוחכם יותר ועיצוב מעגלים קומפקטי, מה שהופך את הבמה למכשירים הניידים מתקדמים שאנו משתמשים בהם כיום.

קידום עיצוב קומפקטי

טלפונים CDMA מוקדמים, כגון Qualcomm QCP-800 (1997), עדיין גדולים יחסית בסטנדרטים מודרניים - בערך בגודל של סיפון קלפים - אך היוו ירידה משמעותית בהשוואה לבנים אנלוגיות.כוח הנהיגה מאחורי miniaturization המשיך היה שילוב של החידושים המוליכים למחצה, החידושים ושילוב ברמת המערכת.

תפקיד ה- Semiconductor Scaling

המעבר מ אנלוגי לעיבוד דיגיטלי אפשר ליצרנים להחליף מרכיבים דיסקרטיים מרובי מעגלים משולבים (ICs) חוק מור שיחק תפקיד קריטי: כמו גדלים של טרנדים מ-0.5 מיקרומטר באמצע שנות ה-90 עד 0.13 מיקרומטר עד אמצע שנות ה -2000, זה הפך אפשרי לארוז פונקציונליות נוספת - כולל עיבוד בסיס CDMA, המרה אנלוגית-ל-ל-דיגיטלית, וניהול כוח - על שבב בודד, כולל גורמים קלים יותר.

Key Technologies Enabling Compact מכשירים

  • (FLT:0) טכנולוגיה חשובה (SMT)IRLT:1) - SMT אפשרה לרכיבים להימכר ישירות משני הצדדים של ה- PCB, ובכך למנוע את הצורך בהתלקחות דרך התפוצות וצמצום שטח הדירקטוריון עד 60 אחוזים.
  • (FLT:0System-in-package (SiP) ומודולים רב-צ'יפ (MCM) MPEGFLT:1 - Stacking multiple Die - כגון מעבד הבסיס, זיכרון ו- RF transceiver - לתוך חבילה אחת מופחתת באופן דרמטי טביעת הרגל תוך שיפור השלמות האות.
  • (FLT:0) מרכיבים פסיביים משולבים FLT:1 - Resistors, capacitors, ו inducators היו מוטבעים יותר ויותר לתוך המצע של PCB או משולבים לתוך שבבים פעילים, עוד יותר מכווץ שטח לוח.
  • (FLT:0 אנטנות מחוספס 1) - פלאר לא אנטנות מונעות-F (PIFA) ומאוחר יותר אנטנות שבב קרמיקה אפשרו קבלת אות אמינה בשבריר של נפח הנדרש בעבר עבור אנטנות שוטים או helical.
  • (FLT:0) טכנולוגיות סוללות מתקדמות של סוללות סוללות סוללת FLT:1 - סוללות ליתיום-יון-יון החליף את ניקל-קרדיום ותאים ניקל-מטאל, המציע צפיפות אנרגיה גבוהה יותר (Wh / ק"ג) ואת היכולת להיות מעוצב לתוך צורות דקות, מותאם אישית שמתאימות בחוזקה בתוך המכשיר כאסיד.

יחד, חידושים אלה אפשרו לטלפונים CDMA להתכווץ מגורם הצורה "הבר הקנדי" של שנות ה-90 המאוחרות ועד עיצובי ה-Sleek clamshell ו-Sleek של אמצע שנות ה-2000.The Motorola Razr V3c, שיצא בשנת 2005, exeified מגמה זו: ב-13.9 מ"מ בלבד עבה ומשקלו 103 גרם, היא הפכה לאחת מידי ה- CDMA הנמכרים ביותר של עידן זה.

שיפור אנרגיה

ככל שהמכשירים הפכו קטנים יותר, הנפח הזמין לסוללות גם היה מתוח.זה לחץ עצום על מהנדסים להפחית את צריכת החשמל בכל רמה - מחזית RF ועד למעבד היישום לתצוגה.יעילות אנרגיה לא רק הייתה תכונה נוחה; זה היה תנאי מוקדם למתן עמידה מקובלת ולדבר פעמים בחבילה קומפקטית.

חידושים טכנולוגיים בניהול כוח

כמה חידושים מרכזיים הובילו לשיפור דרמטי ביעילות האנרגיה על פני מכשירי CDMA:

Advanced Power Management Integrated Circles (PMICs)

PMICs מיוחד החליף עשרות הרגולטורים מתח דיסקרטי וממירים.הם סיפקו מספר רב של מסילות חשמל מתכוונן דינמיות, המאפשרות לכל תת-מערכת - CPU, RF transceiver, זיכרון, היקפיים - לפעול במתח הנמוך ביותר האפשרי הנדרש למשימה הנוכחית.PMCs גם משולב סוללות מתוחות, דלקות, וניהול תרמי בלוח יחיד, צמצום חלל ודיוק.

אדריכלות: Low-Power Processor Architectures

מעבדי CDMA בסיס התפתחו מ-DSPs פשוטים ועד ארכיטקטורות מרובות-core שיכולים לכבות יחידות עיבוד לא בשימוש.טכניקות כגון מתח דינמי ותדירות (DVFS) ו-Windows גרם למעבד לצרוך רק מיקרו-וואט במהלך תקופות של idle, בעוד עדיין מספק ביצועים שיא עבור שיחות קוליות או הפעלות נתונים. ARM-based Applications, המשמש תקליטורים בסמארטפונים, משולבת עמוק במצב שינה נמוך יותר מאשר מ- 1W היה לעמוד ב- 1W פחות מ- 1W.

המונחים: RF Components

ה- RF Transceiver - האחראי על העברת אותות וקבלה - היה היסטורי אחד צרכני הכוח הגדולים ביותר במכשיר נייד.אופי הספקטרום המפוזר של CDMA נדרש מגברי חשמל ליניאריים (PAs) שהיו יעילים פחות מאשר מתגי הרשאות רוויים המשמשים ב- GSM.עם זאת, חידושים כגון מעקב מעטפה (ET) ועיפיקול חשמל ממוצע (APT) אפשרו לפעול ביעילות על פני טווח רחב של פילטרים, בנוסף לתאים קומפקטיים, המשולבים, כולל של קומפקטיים, ומזהמים, כולל של כוח).

תוכנת Algorithms for Efficient Signal Handling

יעילות כוח לא הייתה רק דאגה חומרה של אלגוריתמי תוכנה מתקדמים מילאה תפקיד מכריע בצמצום צריכת האנרגיה:

  • (FLT:0) שליטה בחשמליות (FLT:1) – רשתות CDMA מתאימות באופן קבוע את כוח השידור של כל מכשיר לרמה המינימלית הנדרשת כדי לשמור על איכות הקישור, צמצום ההתערבות והרחבת חיי הסוללה.
  • (FLT:0) קבלת פנים בלתי פוסקת (DRX)IRLT:1) - במהלך תקופות של idle, המקלט של המכשיר מופסק מעת לעת, מתעורר רק במרווחים שנקבעו כדי לבדוק שיחות או הודעות נכנסות.טכניקה זו לבדה יכולה להפחית את צריכת החשמל על ידי יותר מ -90%.
  • (FLT:0) תזמון יעיל תזמון תזמון 1:1 - העברת נתונים ממוזמנת ומתואמים עם מרווחי תזמון רשת, המאפשרת ללוח השידור להיכנס למצבי שינה עמוקים בין התפרצויות.
  • (FLT:0) דיכוי ותיקון שגיאות תיקון 1(ראה מקור יעיל (vocoders) וערוץ הפחתת כמות הנתונים הדרושים כדי להעביר, באופן עקיף להפחית את העברת השידור בזמן.

ההתקדמות הזו הביאה לתוצאות מוחשיות.טלפון רגיל של CDMA בשנת 1998 הציע כ 3 שעות של זמן דיבור ו 80 שעות של עמידה.ב-2005 מכשירים דומים סיפקו 5-7 שעות של זמן דיבור ו-300-400 שעות של עמידה - שיפור של 2x בזמן דיבור ושיפור של 4x בסטנדבי, כל זאת בעוד יכולת הסוללה למעשה ירד בגודל פיזי.

שילוב מערכת-Level ואופטימיזציה של פלטפורמה

רגע שפיכות מים בפיתוח מכשיר CDMA הגיע עם הצגת פתרונות פלטפורמה משולבים מאוד. במקום לפסול שבבים מ ספקים מרובים, יצרנים החלו להשתמש בעיצובי צ'יפס מלאים מחברות כמו Qualcomm, MediaTek וטקסס מכשירים.פלטפורמות אלה שילבו את מעבד הבסיס, RF transceiver, PMI, ולעתים קרובות את המעבד יישום למערכת מתואמת, prevalid עבור תאימות אלקטרומגנטית (EMC) וביצועים תרמיים (C).

סדרת MSM של Qualcomm (Mobile Station Modem) שפותחה ממעבדי בסיס יחיד שבבים לתוכנות מלאות במערכת-על שבבים (SoCs) שמשלבת ליבות ARM, DSPs, מאיצים גרפיים, וערימות פרוטוקולי CDMA. רמה זו של ספירת רכיב מופחתת מ 50-60 ליטרים בסוף שנות ה -90 ועד ל קונסולת התיאום עם נפח של מערכת הפעלה הדוק יותר מ-2,000, ומאפשרת חומרה.

היבט קריטי נוסף היה אימוץ של ממשקים סטנדרטיים כגון MIPI (ממשק מעבדי תעשייה נייד), אשר החליף אוטובוסים מקבילים עם חיבורים סידוריים, נמוך מתחמיים.זה הפחית את מספר הסיכות על חבילות IC ואת הכוח הדינמי הנצרכים על ידי העברת נתונים בין השבבים.

השפעה על תקשורת ניידת

הפיתוח של מכשירים קומפקטיים ויעילים של CDMA היה השפעה עמוקה על הנוף הנייד העולמי.על ידי כך שאיפשר לחיצות קלות עם חיי סוללה אמינים כל היום, טכנולוגיית CDMA סייעה להניע את אימוץ המוני של תקשורת סלולרית בשווקים מפותחים ומתעוררים.

אימוץ צרכנים ו- Market Dynamics

טלפונים קטנים יותר, יעילים יותר אנרגיה פנו לדמוגרפיים רחבות - מאנשי מקצוע עסקיים שהיו זקוקים למכשיר שיכול להימשך עד יום עבודה מלא לצרכנים באזורים עם רשתות חשמל לא אמינות, שבו זמנים ארוכים היו קריטיים.הצורה החידושים החלוצים על ידי יצרני CDMA השפיעו גם על התעשייה הרחבה יותר: עיצוב clamshell, שקופיות דקות וטלפונים ממותקים שהפכו להיות כלולים ב 2000 תועלת יעילה עבור מעגלים קומפקטיים שפותחו במקור עבור מערכות CDMA יעיל.

שירותי מידע

ככל ש- CDMA התפתח לתמיכה בנתונים מהירים באמצעות 1xRTT ו- EV-DO, רווחי היעילות באנרגיה הפכו חשובים עוד יותר.שירותי נתונים מוקדמים - דואר אלקטרוני, גלישה באינטרנט וסטרימינג אודיו - להציב דרישות קבועות על משדר RF ומעבד.ללא ההתקדמות של ניהול החשמל שנדון לעיל, שירותים אלה היו מרוקנים סוללות בתוך שעה.

הרחבת Network Reach

יכולת ההנעה הרכה של CDMA, בשילוב עם בקרת חשמל יעילה, פירושה שהמכשירים יכולים לשמור על קשרים ברמות כוח נמוכות מאוד.זה לא רק הציל חיי סוללה אלא גם אפשר לרשתות לשרת משתמשים בקצה הכיסוי התא מבלי לדרוש תחנות בסיס נוספות. באזורים כפריים ופרוברים, זה מתורגם לכיסוי טוב יותר ופחות שיחות שנופלות, אימוץ נוסף.

השוואה עם GSM מכשירים

היא הרסנית להשוות את יעילות האנרגיה של מכשירי CDMA עם עמיתיהם GSM במהלך אותו עידן. בעוד GSM נדרש באופן יחסי גבוה יותר לשדר כוח בשל מבנה TDMA שלה (רק שידור במרווחי זמן שהוקצו), השידור המתמשך של CDMA היה כבוי על ידי מספר יתרונות:

  • (FLT:0) ממוצע לשדר כוח כוח 1:1 - בקרת כוח CDMA שמרה על המכשיר במינימום הנדרש כוח, וכתוצאה מכך תפוקת ממוצע נמוכה יותר בהשוואה להתפרצויות הקבועות של GSM.
  • (FLT:0) סובלנות טובה יותר לסיגנלים חלשים (FLT:1) - רווח העיבוד של CDMA אפשר תקשורת אמינה ביחס לאות-אין אשר גרם ל-GS שיחות להורדת.
  • (FLT:0)Simpler Handoff מנגנון 1FLT:1 - תקליטורים קלים של CDMA מבטלים את ההפרעות "Break-לפני-make" של GSM, צמצום הצורך בספיציפי חשמל במהלך מעברי תאים.

כתוצאה מכך, בעוד טלפונים GSM יכולים להשיג מעט יותר זמן דיבור בתנאים אידיאליים, טלפונים CDMA לעתים קרובות סיפקו חיי סוללה בעולם האמיתי עקבי יותר, במיוחד באזורי כיסוי מאתגרים.זה הפך את CDMA לבחירה אטרקטיבית עבור מפעילי עדיפות חוויית המשתמש.

פרספקטיבה עתידית והמורשת

למרות שרשתות CDMA כבר בשלב לטובת LTE ו- 5G, החידושים הנדסיים שפותחו עבור מכשירי CDMA קומפקטיים ויעילים באנרגיה ממשיכים להשפיע על עיצוב סלולרי מודרני.עקרונות של שילוב מערכת-על שבב, ניהול חשמל מתקדם ואלגוריתמי תוכנה הסתגלות הם כעת סטנדרטיים בכל טכנולוגיות התא.

במבט קדימה, כמה מגמות מתעוררות מבטיחות לבנות על המורשת של חדשנות CDMA-era:

  • (FLT:0) אלקטרוניקה אלקטרוניקה אלקטרוניקה אלקטרוניקה אלקטרוניקה 1 (Te-film Transistors) ו substrates שניתן לכופף יכולים לאפשר מכשירים התואמים את הגוף או הבגדים של המשתמש, הדורשים אפילו יותר מתוחכם ניהול חשמל ועיגולים אולטרה-שותפים.
  • (FLT:0) חומרים סוללות מתקדמות של סוללות סוללות סוללת סולידריות ו כימאכלים ליתיום-סולפור מציעים את הפוטנציאל עבור 2-3x גבוה צפיפות אנרגיה בהשוואה לתאי ליתיום הנוכחי, המאפשר אפילו מדלדל יותר גורמים או יותר זמן ריצה.
  • (FLT:05G ו- מעבר ל-FLT:1 - 5G NR (רדיו חדש) משלב רבים מהלקחים של CDMA, כולל נומרולוגיה גמישה, מצבי חיסכון כוח כגון CDRX (הרשמה של ספקטרום של ספקטרום), ושיתוף ספקטרום דינמי.הטכניקות יעילות האנרגיה חלוציות עבור CDMA הן ישירות מילימטר ומערכת MIMO מסיבית.
  • (FLT:0)אנרגיה קצירת ה-CDC:1 – הכוח האולטרה-נמוך שהושג במכשירי CDMA – לעתים קרובות מתחת ל-100 מיקרו-ו-ו- הופך אותו לזמין לתוספת או להחליף סוללות עם קציר אנרגיה מ-RF, שמש או מקורות תרמיים, המאפשרים מכשירים ללא תחזוקה.

המכשיר הקומפקטי, יעיל של CDMA, הוא עדות לכוח של חשיבה ברמה המערכתית.על ידי התייחסות לאתגרים הקשורים בין גודל, כוח וביצועים הוליסטית, מהנדסים יצרו מכשירים שהפכו את האופן שבו אנו מתקשרים. בעוד ממשק האוויר הספציפי של CDMA עשוי להיות מעוות להיסטוריה, משמעת ההנדסה שהוא טיפח - איזון שילוב חומרה, אופטימיזציה תוכנה ועיצוב ממוקד משתמשים - נשאר רלוונטי כמו אי פעם.

כאשר אנו נכנסים לעידן של קישוריות בכל מקום, מכשירים לבישים, ואינטרנט של הדברים, השיעורים של פיתוח התקן CDMA ימשיכו להודיע לדור הבא של הטכנולוגיה הניידת.הכונן למכשור קטן יותר ויעיל באנרגיה אינו רק מרדף טכני; זהו מאפשר בסיסי של העולם המחובר שמיליארדים של אנשים עכשיו מסתמכים על כל יום.