JavaScript is currently disabled.Please enable it for a better experience of Jumi.
Guidelines for contributing Technical Papers: download PDF
Att maximera verkningsgraden i effektförstärkaren är en av de viktigaste utmaningarna för Ericsson och andra tillverkare av radiobasstationer. Nu hävdar brittiska Nujira att man löst ett över 70 år gammalt problem, och därmed kan halvera effektförbrukningen i basstationerna. Samma teknik kan användas för tv-sändare och i mobiltelefoner.
Att öka verkningsgraden i effektförstärkaren är nyckelproblemet för att minska effektförbrukningen i basstationer. För GSM är verkningsgraden inget större problem eftersom effektförstärkaren då alltid arbetar på maximal förstärkning. Men med WCDMA är medeleffekten bara en fjärdedel av maxeffekten, och då blir verkningsgraden betydligt lägre. Och med framtida modulationsteknik, OFDM som används i både Wimax och LTE, riskerar verkningsgraden att bli bara hälften så stor som i WCDMA - här är medeleffekten bara tiondelen av maxeffekten.

Grundproblemet är att effektförstärkaren måste designas för maximal uteffekt, men hittills har det varit svårt att då få bra verkningsgrad vid lägre effektuttag. Den energi som matas in blir värme, som måste ledas bort med fläktar eller annan kylning.

Lösningen på problemet, enligt Nujira, heter enveloppstyrning (envelope tracking) en teknik som går ut på att styra spänningsmatningen till effektförstärkaren utifrån enveloppen på den modulerade signal som ska förstärkas.

- Enveloppstyrning uppfanns 1937 i teorin, men ingen har lyckats bygga något som fungerar i praktiken förrän nu. Det tog oss fyra år, berättar Tim Haynes, Nujiras grundare och vd.

Det Nujira tagit fram är en modulator som ersätter den dc-dc-omvandlare som normalt matar effektförstärkaren. Till skillnad från i dc-dc-omvandlaren har modulatorn ytterligare ett gränssnitt, mot basbandskretsen, som ger information om signalens envelopp. Enveloppen är den kurva som bildas då alla toppar och dalar i den modulerade signalen förbinds med varandra, se figuren. Genom att styra effektförstärkarens matningsspänning baserat på enveloppen minimeras den överskottsenergi som övergår i värme. Tekniken kallas HAT, High Accuracy Tracking.

Med Nujiras modulator får själva effektförstärkaren en verkningsgrad kring 80 procent. Men den intressanta siffran är förhållandet mellan inmatad elenergi och utskickad energi i radiosignalen. Tidiga 3G-basstationer låg här kring 15 procent, och har idag kommit upp till omkring 25 procent.

- Vi når 45 procents verkningsgrad idag, och har produkter i labbet som når nästan 50 procent. Vi siktar på 60 procent inom ett par år med förbättrade krafttransistorer, säger Tim Haynes.

Konsekvensen blir en dubbel besparing. Dels kan basstationerna byggas enklare och kompaktare då mindre värme behöver ledas bort. Och dels minskas såväl elnotan som koldioxidutsläppen - viktigt i tider då miljöfrågorna blir allt viktigare och många telekomtillverkare och operatörer vill profilera sig som "gröna". Elförbrukningen hör till operatörernas största driftskostnader - elnotan under nätets livslängd är ofta högre än hela investeringen.

- Ett 3G-nät med dagens bästa teknik drar el för ungefär 30 miljoner dollar om året. Med vår teknik kan vi få ner den kostnaden till 17 miljoner dollar, vilket motsvarar en minskning av koldioxidutsläppen med 40 000 ton, säger Nujiras marknadschef Julian Hildersley.

Företaget påpekar att samma teknik kan användas även för tv-utsändningar, där problemet är snudd på identiskt, och även i mobiltelefoner där dock problemställningen är lite annorlunda. I mobilerna är det bandbredden i Nujiras produkter som ger möjligheter att ersätta fem eller sex av dagens smalbandiga effektförstärkare med en eller två bredbandiga.

Den produkt Nujira har framme idag är en modul på 70 x 70 mm, byggd med diskreta komponenter på ett vanligt mönsterkort, i produktion hos Sanmina-SCI i finska Uleåborg. Nästa generation ska dock i stället bestå av två asicar, en digital och en analog, båda i CMOS, plus ett antal diskreta komponenter. Den versionen ska börja volymproduceras under hösten.

- Vår lösning blir inte dyrare än dagens. Vår modul ska inte kosta mer än de dc-dc-omvandlare som används idag, säger Julian Hildersley.

För mobiltelefonerna siktar företaget på en enchipslösning i 0,18 µm CMOS som ska finnas i en första version i slutet av året.

Redan har 10 av de 14 största bolagen inom mobil infrastruktur börjat utvärdera Nujiras teknik, och avtal har skrivits med två kunder, Sumitomo och en icke namngiven Wimaxaktör. Men ska man tro Tim Haynes är det bara början.

- Vi pratar med alla aktörer, och räknar med att få utvärderingsavtal med de 4 vi inte har idag innan året är slut. Jag har alltid velat ha ett företag med stor marknadsandel. Vårt mål är att sitta i varenda mobiltelefon från 2011, säger han.

Nujiras teknik är helt egenutvecklad, av Tim Haynes och hans medgrundare Martin Wilson som idag är företagets teknikchef. Det finns ingen universitetsforskning i bakgrunden, och inte heller något EU-projekt. Tim Haynes har visserligen en bakgrund som konstruktör av effektförstärkare, men det var 20 år sedan och på senare tid har han mer jobbat med försäljning i telekomvärlden.

- Vi såg problemet och tänkte att det måste gå att lösa. Och när man ser lösningen är den faktiskt väldigt enkel. Den hänger nästan enbart på arkitekturen - tekniskt skulle det vi gjort nu kunnat göras för tio år sedan, säger Tim Haynes.

Företaget har dragit in 19 miljoner dollar i riskkapital och har idag 47 anställda, de flesta i Storbritannien men också försäljningskontor i Japan och USA. Tim Haynes räknar med att behöva rekrytera en handfull personer till när marknadsföringen gentemot mobiltillverkarna ska komma igång på allvar.

- Vi räknar med att börja gå med vinst 2010. Vi jobbar just nu med ytterligare en finansieringsrunda, och siktar på att ha den klar i juni, säger han.

 

Problemet med verkningsgrad i basstationer är förstås superviktigt för Ericsson. I januari i fjol Elektroniktidningen publicerade Elektroniktidningen en intervju med Ericssons effektivitetsspecialist Thomas Edler, se länk.

MER LÄSNING:
 
SENASTE KOMMENTARER
Kommentarer via Disqus