Untersuchung des Leistungseinsparungspotentials von mobilen Kommunikationsendgeräten durch betriebsabhängige Steuerung

Investigation of the Potential Power Saving in Mobile Communication Devices by Operation Dependent Control

  • Mobile, elektronische Endgeräte wie Mobiltelefone, PDAs, Laptops oder Datenerfassungsgeräte enthalten zur Deckung ihres Energiebedarfs meist einen Energiespeicher in Form einer Batterie. Die immer weiter steigende Funktionalität dieser Geräte steht auf Grund des damit verbundenen zunehmenden Energiebedarfs im Widerspruch zur Forderung nach Miniaturisierung, Betriebszeitverlängerung und Kostensenkung. Es besteht daher ein erhöhter Bedarf, die nötige Verlustleistung von mobilen Endgeräten durch ein geeignetes Power-Management deutlich zu verringern um so den Energiespeicher und damit Gewicht, Volumen und Preis zu reduzieren, die Betriebszeit zu verlängern, neue Anwendungen möglich zu machen unMobile, elektronische Endgeräte wie Mobiltelefone, PDAs, Laptops oder Datenerfassungsgeräte enthalten zur Deckung ihres Energiebedarfs meist einen Energiespeicher in Form einer Batterie. Die immer weiter steigende Funktionalität dieser Geräte steht auf Grund des damit verbundenen zunehmenden Energiebedarfs im Widerspruch zur Forderung nach Miniaturisierung, Betriebszeitverlängerung und Kostensenkung. Es besteht daher ein erhöhter Bedarf, die nötige Verlustleistung von mobilen Endgeräten durch ein geeignetes Power-Management deutlich zu verringern um so den Energiespeicher und damit Gewicht, Volumen und Preis zu reduzieren, die Betriebszeit zu verlängern, neue Anwendungen möglich zu machen und zusätzliche Einsatzgebiete zu erschließen. In dieser Arbeit wird eine kontinuierliche, betriebsparameterabhängige Regelung der Verstärkung des Empfängers zur Reduzierung der Verlustleistung entwickelt und untersucht. Mit Hilfe von zwei Hardware-Demonstratoren in Form von Empfängerketten für mobile, drahtlose Sendeempfänger sowie durch Modellierung und Simulation dieser Demonstratoren wird das mögliche Einsparpotential dieser Regelung bestimmt. Anschließend werden die Eigenschaften des Übertragungskanals in der Bestimmung des Einsparpotentials einer solchen Steuerung berücksichtigt. Es kann dadurch das maximale und das wahrscheinlichste Einsparpotential berechnet werden. Letztlich wird in dieser Arbeit der Einfluss der Weiterentwicklung von Halbleitertechnologien auf die Verlustleistung untersucht und quantifiziert. Dazu wird der Begriff der Technologieskalierung herangezogen und die skalierten Transistorparameter in der Simulation verwendet. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass durch die vorgeschlagene Regelung ein Einsparpotential von über 30 % möglich ist. Weiterhin wird bewiesen, dass durch die Weiterentwicklung der Halbleitertechnologien das Einsparpotential dieser Regelung erhalten bleibt. Es erscheint daher sinnvoll, das entwickelte und untersuchte Konzept auch auf andere Sendeempfängerkomponenten anzuwenden.show moreshow less
  • Mobile electronic devices like mobile phones, PDAs, laptops or data loggers mostly exhibit an energy storage element like a battery to cover their energy demand. The increasing functionality of these devices and the related rise of power consumption are in conflict to the user requirement of miniaturization, prolonged operation time and low price. Therefore, a growing demand to minimize the energy consumption with an appropriate power management exists. This should achieve a shrinking of the energy storage and thus reduce weight, volume and price. Moreover, it will enhance the operation times and realize of new applications. In this work, a continuous control of the amplifier gain depending Mobile electronic devices like mobile phones, PDAs, laptops or data loggers mostly exhibit an energy storage element like a battery to cover their energy demand. The increasing functionality of these devices and the related rise of power consumption are in conflict to the user requirement of miniaturization, prolonged operation time and low price. Therefore, a growing demand to minimize the energy consumption with an appropriate power management exists. This should achieve a shrinking of the energy storage and thus reduce weight, volume and price. Moreover, it will enhance the operation times and realize of new applications. In this work, a continuous control of the amplifier gain depending on the operation parameters to reduce the power consumption is developed and investigated. With two hardware demonstrators in form of receiver chains for mobile, wireless transceivers and by modelling and simulation of these demonstrators, the possible energy savings of this control are determined. Afterwards, the properties of the transmission channel are considered in the estimation of the possible savings of such a control. In this way, the maximum and the most probable savings are calculated. Finally, the influence of the development of the semiconductor technologies is investigated and quantified. Here, the subject of technology scaling is introduced and the scaled transistor parameters are used in the simulation. The results of this work show possible savings of more than 30 % with this control. Moreover, it is proofed that the semiconductor technology development does not cancel out the savings of the control. Thus, it is reasonable to extend this control concept to other components of the transceiver.show moreshow less

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Metadaten
Author:Peter Spies
URN:urn:nbn:de:bvb:29-opus-20084
ISBN:978-3-8396-0130-3
Series (Volume number):Forschungsberichte aus dem Lehrstuhl für Informationstechnik mit dem Schwerpunkt Kommunikationselektronik (5)
Advisor:Heinz Gerhäuser
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Date of Publication (online):2010/10/18
Publishing Institution:Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU)
Granting Institution:Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), Technische Fakultät
Date of final exam:2010/07/15
Release Date:2010/10/18
Tag:Funkkanal; Halbleiter-Technologie; Kaskode-Verstärker; Skalierung
Cascode-Amplifier; Radio Channel; Scaling; Semiconductor-Technology
SWD-Keyword:Elektrische Steuerung; Funkempfänger; GSM-Standard; Halbleiter; Mobilfunk; Verlustleistung; Verstärker
Original publication:Stuttgart : Fraunhofer-Verl., 2010
Institutes:Technische Fakultät -ohne weitere Spezifikation-
Dewey Decimal Classification:600 Technik, Technologie

$Rev: 12793 $