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エンベロープトラッキング（ET ）は、無線周波数（RF）アンプの設計手法の一つで、RFパワーアンプに印加される電源電圧を連続的に調整することで、送信の各瞬間に必要な電力に対してアンプが最大効率で動作するようにするものです。[ 1 ]
固定電源電圧で設計された従来のRFアンプは、圧縮動作時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増幅器は、信号のクレストファクターが増加するにつれて効率が低下します。これは、増幅器がピーク電力以下の状態で動作する時間が長くなり、したがって、最大効率以下の状態で動作する時間が長くなるためです。
変調方式が複雑化し、ピーク電力と平均電力の比率が増加するにつれて、より高い効率の必要性が生じます。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古い変調方式では、圧縮駆動されるアンプを使用して高いレベルの効率を実現できます。2014年時点で、移動体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 までの多くの新しい通信システムは振幅情報を使用します。振幅情報が歪むため、アンプを圧縮状態で動作させることはできません。これらのアンプは、振幅のピークでのみ最高の効率を達成できます。残りの時間は、電力が不必要に消費されます。[ 3 ]
したがって、ピーク電力と平均電力の比率が高い信号は、効率レベルが低くなり、余剰エネルギーが最終的に熱として無駄になることを意味する。
エンベロープトラッキングは、その瞬間に必要な電力を供給するために、RF パワーアンプに印加される電圧を調整します。エンベロープ情報は IQ モデムから取得され、必要な電圧を供給するためにエンベロープトラッキング電源に渡されます。[ 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 つの主要なカテゴリに分類できます。[ 5 ]連続トラッカーは、信号エンベロープが変化するにつれて圧縮状態を継続的に維持することで、RF パワーアンプで最大のパフォーマンスを実現しますが、線形で非効率な部品を犠牲にします。Power-DAC などの離散トラッカー[ 5 ]は、スイッチングコンバータで効率的に生成できる離散電圧ステップでエンベロープを量子化しますが、特にレベル数が少ない場合、パワーアンプの効率が低下します。
2013年、クアルコムは、 3Gおよび4G LTEモバイルデバイス向けとしては業界初となる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 Galaxy S5 MiniにETを搭載した携帯電話を出荷した業界初のET企業となった。[ 7 ]
2014年9月現在、少なくとも16機種のスマートフォンがETを採用しており、Samsung Galaxy Note 3、Galaxy S5 Mini、[ 7 ] Nexus 5、iPhone 6などが含まれる。[ 8 ]この技術を評価している他の部品メーカーには、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のスピンオフ企業であるEta Devicesは、バッテリー消費を削減し、高帯域幅アプリケーションでうまく機能すると主張する基地局モジュールとチップを準備している。同社によれば、このチップは電力消費を20%削減し、発熱を最大30%削減するのに役立つという。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高める。同社は高度なデジタル信号処理を使用してこの問題に対処している。Etaの基地局は靴箱より少し小さく、一般的な45～55%から70%を超える平均効率を達成した最初の4G LTE送信機である。[ 2 ]
国際家電ショーの華やかさの裏で、ワイヤレス業界は根本的な問題に直面している。機能の増加とデータ伝送の高速化により、携帯電話のバッテリーがこれまで以上に早く消耗しているのだ。