CDMA Mobile Cihazlarının Evrimi

Mobil iletişim hikayesi, sürekli olarak kompakt ve enerji tasarrufu sağlayan cihazlardan biridir.Inlangıç teknolojisi, CDMA aynı frekans grubu arasında birden fazla kullanıcı aynı ağ kapasitesini paylaşmasına izin verdi, ancak aynı zamanda daha küçük, daha az güç-hungry ellerin yaratılmasına olanak sağlayan temel standart olarak ortaya çıktı.

CDMA'nın yaygın benimsenmesinden önce, AMPS (Advanced Mobile Phone System) gibi analog hücresel sistemler nispeten büyük ve ağır bataryalar, uzun konuşma zamanlarını sürdürmeleri için gerekliydi.Bu makale, teknolojik atılımlar, mühendislik zorlukları temsil ediyor: dijital sinyal işleme, daha verimli bir CDMA mobil cihazlarının özellikleri ve değişken verileri de dahil olmak üzere - bu cihazlar kaliteli çağrılardan ödün vermeden daha düşük güç seviyelerinde çalışabilecek şekilde.

CDMA Teknolojisinin Tarihsel Arka Planları

CDMA'nın kökleri, II. Dünya Savaşı sırasında geliştirilen askeri yayılma-spekt teknolojiye geri döndü, ancak ticari uygulaması 1990'ların başlarında, Qualcomm IS-95 standardına öncülük ettiğinde, aynı zamanda cdmaOne olarak da bilinir. daha önce FDMA (Frequency Division Multi Access) ve TDMA (Time Division multiple Access) sistemleri tarafından geliştirilen üç temel avantaja sahiptir, CDMA, her bir çağrıyı eşsiz veyatogonal kodla aynı frekansın aynı frekansına iletmesine izin verdi.

  • [FONT:0) Yüksek performanslı ([Dönetici:0)[Dönetici)[Dönetici verimliliği[Dönetici:0))[Dönetici verimliliği[Dönetici: 0:0))[Dönetici)[Döneticileri analog sistemlerden 10 ila 20 kat daha fazla kullanıcıyı destekleyebilir, temel istasyonlara ve altyapı maliyetlerini azaltır.
  • [FONT:0]Superior kaliteli [Dönder: 1) Dijital kodlama ve yumuşak elofflar, zorlu ortamlarda bile arama ve arka plan gürültüsünü en aza indirmeye ve arka plan gürültüsüne düştü.
  • [FONT:0)Enhanced güvenlik) - yayılma-spectrum iletimi zor hale geldi, analog hücresel ile büyük bir endişe ele geçirdi.

Bu özellikler virtüel bir döngü yarattı: CDMA ağları daha yaygın hale geldi, cihaz üreticileri daha uzun süre ayakta durarak ve konuşma süreleri için güçlü teşvikler vardı. 1995 yılında Hong Kong ve ABD'de başlatılan ilk ticari CDMA ağları ve birkaç yıl içinde CDMA telefonları daha uzun süre içinde hızla küçülmeye ve konuşmaya başladı.

2000'lerin başlarında, CDMA, bugün kullandığımız gelişmiş mobil cihazlar için sahneyi 1xRTT'ye ve daha sonra EV-DO'ya (Evolution-Data Optimized) standartlarda gelişti ve bu evrim, bugün kullandığımız gelişmiş mobil cihazlar için daha sofistike güç yönetimi ve kompakt devre tasarımı gerektiriyordu.

Compact Design'da ilerlemeler

İlk CDMA telefonları, Qualcomm QCP-800 (1997) gibi, modern standartlar tarafından hala oldukça büyükydi - yaklaşık olarak bir kart güvertesinin büyüklüğü - ancak analog tuğlalarla kıyasla önemli bir azalma temsil etti.Rekafasız ilerlemelerin, paketleme yenilikleri ve sistem- bütünleşmenin bir kombinasyonu oldu.

Yarı iletkenliğin Rolü Scaling

Analogdan dijital işleme geçiş, üreticilerin entegre devrelerle (ICs) sabit parçalar değiştirmelerine izin verdi: Eş zamanlı olarak, transistör özelliği olarak, orta-1990'larda 0,5 μm'ye kadar, ince ve hafif telefon form faktörlerine izin veren tek bir çiple.

Anahtar Teknolojileri Enabling Compact Cihazları

  • [FONT:0]Surface-mount teknolojisi (SMT))[T: SMT, PCB'nin her iki tarafında doğrudan satılmalarına izin verdi, montaj alanının yüzde 60'a kadar azaltın ve azaltın.
  • [FONT=0)Sistem-in-package (SiP) ve çok-çipli modüller (MCM)) - Birden çok ölüyü yüklemek - bazband işlemcisi, hafıza ve RF transceiver gibi - sinyal bütünlüğü geliştirmek için dramatik bir şekilde azaltılmış ayak izi.
  • [FONT:0]Integrated pasif bileşenler[DÜT:1) - Direnççiler, kapasitörler ve indüktörler giderek PCB substratına veya aktif çiplere entegre edildi, daha da küçültme kurulu alanına entegre edildi.
  • [FONT:0)Miniaturized antenler[[DÜT:1) - Planar inverted-F antenleri (PIFA) ve daha sonra seramik çip antenleri daha önce viski veya helical antenler için gerekli olan hacmin bir kısmını güvenilir sinyal resepsiyonunu etkinleştirdi.
  • [FONT=0) İleri batarya teknolojisi [DÜDÜT:1] - Lityum-iyon polimer bataryaları daha büyük nikel-cadmium ve nikel-metal hipnoz hücreleri, yüksek enerji yoğunluğu (Wh/kg) ve cihazın içinde sıkı sıkı sıkı sıkı sıkı sıkı sıkı sıkı sıkı sıkı bir şekilde yer alan ince, özel şekillere sahip olma yeteneği.

Birlikte, bu yenilikler, CDMA telefonlarının "candy bar" form faktöründen 1990'ların sonlarında, çağın en iyi CDMA ellerinden biri haline gelmesine izin verdi.

Enerji Verimliliği İyileştirmeleri

Cihazların daha küçük olduğu gibi, bataryalar için mevcut hacim de shrank. Bu, mühendislere her seviyede güç tüketimini azaltmak için muazzam bir baskı koydu - RF ön uçtan görüntü işlemciye. Enerji verimliliği sadece bir rahatlık özelliği değildi; kabul edilebilir bir standby teslim etmek ve kompakt bir pakette konuşmak için bir ön şarttı.

Güç Yönetiminde Teknolojik Yenilik

Çeşitli önemli yenilikler, CDMA cihazlarının enerji verimliliğinde dramatik gelişmeler sürdü:

Gelişmiş Güç Yönetimi Entegre Devreler (PMICs)

Özelleştirilmiş PMICs, mevcut görev için gerekli olan en düşük gerilimin yerini alır.747Cs, tek bir çipde birden çok dinamik olarak ayarlanabilir güç rayları ve her alt sisteme izin verir - CPU, RF transceiver, hafıza, periferiler - mevcut görev için gerekli olan en düşük gerilimde çalışmak için.RoyceCs aynı zamanda entegre batarya şarj devreleri, yakıt gauging ve termal yönetime tek bir çipde, uzayı azaltır ve doğrulama düzenlemeyi geliştirir.

Low-Power Processor Architectures

CDMA bazband işlemcileri, basit DSP'lerden, ses aramaları veya veri seansları için zirve performansı elde etmek için gelişti. CPU tabanlı uygulama işlemcileri, dinamik gerilim ve frekans ölçeklendirme (DVFS) ve saat gating, işlemcinin yalnızca mikrowattları kullanmasına izin verdi, ancak ses aramaları veya veri seansları için zirve performansı teslim ederken. ARM tabanlı uygulama işlemcileri, yaygın olarak kullanılan USB telefonlarında kullanılan derin uyku modları dahil, güç ölçeklendirme işlemine izin verildi.

RF Bileşenlerinin Belirlendi

RF transceiver – sinyal iletme ve alma sorumluydu - tarihsel olarak mobil cihazdaki en büyük güç tüketicilerinden biriydi. CDMA'nın yayılması-spectrum doğası, ek olarak, entegre RF ön uç modüller (FEMs) PA'dan daha az verimliydi, ancak zarf takip (ET) ve ortalama güç takipleri (APT) gibi yenilikler, yüksek oranda verimsiz güç seviyelerinin azaltılmasına izin verdi.

Software Algorithms for effective Signal processing

Güç verimliliği sadece donanım endişesi değildi. Gelişmiş yazılım algoritmaları, enerji tüketiminde önemli bir rol oynamıştır:

  • [[Dönetici güç kontrolü[[[Dönetici:0))[[[Dönetici: 0)))))[[[değiştir | kaynağı değiştir] - CDMA ağları sürekli olarak bağlantı kalitesini korumak için gerekli minimum seviyeye ayarlamaktadır, müdahaleyi azaltmak ve batarya ömrünü uzatmak için gerekli.
  • [FONT:0]Discontinuous Resepsiyon (DRX))[M)[değiştir | kaynağı değiştir] sırasında, cihazın alıcısı periyodik olarak kapatılır, ancak gelen aramalar veya mesajlar için kontrol etmek için planlanır.Bu teknik sadece yüzde 90’dan fazla boş para tüketimi azaltılabilir.
  • [FONT:0]Efficient scheduling[[[Dönetici: 1) Data iletimler ağ zamanlama aralıkları ile eşleştirilir ve RF devrelerine patlamalar arasındaki derin uyku eyaletlerine girmesine izin verir.
  • [[Düzücü ve hata düzeltmesi[Dönetici:0)[Dönetici:0)Compression ve hata düzeltmesi[Dönetici:0)[Döneticiler) ve kanal kodlaması, aktarılması gereken verilerin miktarını azalttı, dolaylı olarak vericiyi zamanında azalttı.

Bu gelişmeler somut sonuçlar getirdi. 1998 yılında tipik bir CDMA telefonu yaklaşık 3 saat konuşma süresi ve 80 saat standby'de azaldı.En 2005 ile karşılaştırılabilir cihazlar 5-7 saat konuşma süresi ve 300-400 saat standby - konuşma zamanında 2x bir gelişme ve her zaman 4x gelişme, batarya kapasitesi aslında fiziksel boyutta azaldı.

Sistem-Level Entegrasyon ve Platform Optimizasyonu

CDMA cihazı geliştirmesinde bir su kaybı, son derece entegre platform çözümlerinin tanıtılmasıyla geldi. Birden çok satıcıdan oluşan bir çip yerine, üreticiler Qualcomm, MediaTek ve Texas Instruments gibi şirketlerden komple çip referans tasarımları kullanmaya başladı. Bu platformlar temel bant işlemcisi, RF transceiver, PMIC ve genellikle uygulama işlemcisini bir sistem için optimize etti, elektromanyetik uyumluluk için ön kayıt dışı hale getirdiler.

Örneğin, API'nin MSM (Mobile Station Modem) serisi, 1990'ların sonlarında 50-60 ayrık IC'den 10'a kadar tüm sistem-kabul cihazı (SoCs) entegre ARM çekirdeği, DSP'ler, grafikler hızlandırıcılar ve CDMA protokolü parçaları arasındaki koordinasyonu sağlayan bu entegrasyon seviyesi, tüm cihazda iyi bir şekilde azaltılabilir.

Bir başka kritik yön, MIPI (Mobile Industry Processor Interface) gibi standart arayüzlerin benimsenmesiydi ve bu da seri, düşük gerilimli interconnects ile paralel otobüsler değiştirdi. Bu, hem IC paketleri hem de veri transferi ile tüketilen dinamik güç.

Mobile Communications üzerinde etkisi

Kompakt ve enerji verimli CDMA cihazlarının gelişimi, küresel mobil manzara üzerinde derin bir etkiye sahipti. Tüm gün pil hayatı ile hafif ellere izin vererek, CDMA teknolojisi hem gelişmiş hem de gelişmekte olan pazarlardaki hücresel iletişimin kitle kabul edilmesine yardımcı oldu.

Tüketici Kabul ve Pazarlama Dinamikleri

Küçük, daha fazla enerji verimliliğine sahip telefonlar geniş bir demografike hitap etti - iş profesyonellerinden, 2000'li yıllardaki tüketicilere tam bir iş gününden beri, uzun süre boyunca önemli olan ve verimli güç sistemleri, başlangıçta CDMA üreticileri tarafından öncülenen form faktörü yenilikleri etkiledi: clam tasarımı, ince kaydırıcılar ve 2000'lerde tüketicilere her türlü fayda sağlayan küçük devreler.

Enabling Data Services

CDMA, yukarıda tartışılan güç yönetimi ilerlemeleri ile yüksek hızlı verileri desteklemek için geliştikçe, bu hizmetler makul tarama süresi (2-4 saat aktif kullanım) kompakt bir batarya üzerinde makul bir tarama yapmak için yetersiz hale getirildi.

Genişleme Ağı Genişleme Ağı

CDMA'nın yumuşak eloff kapasitesi, verimli güç kontrolü ile birlikte, cihazların çok düşük güç seviyelerinde bağlantıları koruyabilmesi anlamına geliyordu. Bu sadece batarya hayatını kurtardı, aynı zamanda kullanıcıların ek taban istasyonları gerektirmeden cep kapsamalarında hizmet etmesine izin verdi.

GSM Cihazları ile Karşılaştırma

Aynı dönemde GSM meslektaşları ile CDMA cihazlarının enerji verimliliğini karşılaştırmak için öğreticidir. GSM nominal olarak TDMA yapısı nedeniyle daha düşük zirveye sahip (yalnızca belirlenen zaman yuvalarında aktarma) CDMA'nın sürekli iletimi birkaç avantaj tarafından dengelendi:

  • [[Düzücü ortalama güçle aktarma - CDMA güç kontrolü, GSM'nin sabit patlamalarına kıyasla daha düşük ortalama bir çıktıya yol açtı.
  • [FONT=0] Zayıf sinyalleri için işaret toleransı[Dönetici: 1) CDMA'nin işleme kazancı, GSM aramalarının düşmesine neden olan sinyal-noise oranlarında güvenilir iletişim sağladı.
  • [FONT=0]Simpler eloff mekanizması[Dönetici: 1) CDMA yumuşak elofflar, GSM'nin "kırıklama" kesintilerini ortadan kaldırdı, hücre geçişleri sırasında güç artışlarını azaltın.

Sonuç olarak, GSM telefonlar ideal koşullarda biraz daha uzun konuşma zamanlarını elde edebilirken, CDMA telefonlar genellikle daha tutarlı gerçek dünya bataryası yaşamı sağladı, özellikle zorlu kapsama alanlarında.Bu CDMA, operatörlerin kullanıcı deneyimine öncelik vermeleri için çekici bir seçim yaptı.

Future Perspectives ve Legacy

CDMA ağları şimdi LTE ve 5G lehine aşamaya devam etse de, kompakt ve enerji verimli CDMA cihazları için geliştirilmiş mühendislik yenilikleri modern mobil tasarımı etkilemeye devam ediyor. Sistem-on-çiz entegrasyon ilkeleri, gelişmiş güç yönetimi ve adaptif yazılım algoritmaları artık tüm hücresel teknolojilerde standarttır.

Önümüzdeki birkaç ortaya çıkan trend, CDMA-era inovasyonunun mirası üzerine inşa etmeye söz veriyor:

  • [FONT=0]Flexible elektronik[[Dönetici:0)[Döneticileri ve bükülebilir substratlar, kullanıcının vücuduna veya kıyafetlerine uygun cihazlara uygun cihazlara olanak sağlayabilir, daha sofistike güç yönetimi ve ultra-kompak devreleri gerektiren.
  • [FONT:0) İleri batarya malzemeleri[[Döneticileri ve lityum-sulfur kimyagerleri, mevcut lityum iyon hücreleri ile kıyaslanabilen 2-3x yüksek enerji yoğunluğuna kıyasla potansiyel sunuyor, daha ince form faktörleri veya daha uzun süre tükenme süresi sağlar.
  • [FONT=0)5G ve ötesinde [Dönetici: 5G NR (Yeni Radyo), CDRX gibi esnek numeroloji, güç tasarrufu modları dahil olmak üzere CDMA'dan öğrenilen birçok ders içerir.
  • [FONT:0) Enerji hasat[[DÜT 1: 1) - CDMA cihazlarda elde edilen ultra sağ taraf gücü - genellikle 100 μW altında - RF, güneş veya termal kaynaklardan elde edilen pilleri takviye etmek veya yerine getirmek mümkün kılar.

Kompakt, enerji verimliliğine sahip CDMA mobil cihazı, sistem seviyesindeki düşünce gücüne bir test olarak duruyor. Boyut, güç ve performansla ilgili zorlukların ele alınca, mühendisler iletişim kurmamızı sağlayan cihazlar yarattılar.Özel CDMA hava arayüzünün tarihe kadar, mühendislik disiplini teşvik ettiği – donanım entegrasyonu, yazılım optimizasyonu ve kullanıcı odaklı tasarım – her zaman olduğu gibi kalır.

Ubiquitous bağlantı, giyilebilir cihazlar ve Nesnelerin İnterneti'ne girerken, CDMA cihazı geliştirmeden öğrenilen dersler, bir sonraki mobil teknoloji nesli bilgilendirmeye devam edecektir. Daha küçük, daha enerji verimliliğine giden cihazlar sadece teknik bir arayış değildir; bu, milyarlarca insanın her gün güvendiği temel bir yoldur.