Ein ganz konkretes Beispiel ist die Anwendung von Software Radio (Software Radio).Gegenwärtig bestehen auf dem Gebiet der drahtlosen Kommunikation die folgenden Hauptwidersprüche: Erstens werden ständig neue Kommunikationssysteme und Standards vorgeschlagen, der Lebenszyklus von Kommunikationsprodukten wird verkürzt und die Entwicklungskosten steigen;Die Anforderungen an die Zusammenschaltung werden immer stärker;Drittens ist das Frequenzband überfüllter, was eine höhere Nutzung des Frequenzbands und eine Anti-Interferenz-Fähigkeit erfordert.Softwarefunk realisiert drahtlose und persönliche Kommunikationsfunktionen so weit wie möglich mit Software und ersetzt anwendungsspezifische integrierte Schaltungen durch programmierbare Allzweck-DSP-Chips und programmierbare Logikbausteine, so dass der Inhalt spezieller Hardware im System und die Flexibilität reduziert werden und Kompatibilität des Systemdesigns werden verbessert.Flexibilität und Aufrüstbarkeit.Beispielsweise wird die rasante Entwicklung des Städtebaus zu einer Verschlechterung der Eigenschaften von drahtlosen Netzwerken führen.Obwohl traditionelle Netzwerkoptimierungsmethoden die Netzwerkleistung verbessern können, ist es schwierig, zufriedenstellende Ergebnisse zu erzielen, obwohl viel Personal und finanzielle Ressourcen aufgewendet werden.Mithilfe der Software-Funktechnologie kann die Leistung des drahtlosen Netzwerks jederzeit überwacht und das Netzwerk zeitnah aktualisiert werden, um die optimale Leistung des Netzwerks sicherzustellen.Offensichtlich benötigt die Software-Funktechnologie die Unterstützung einer Hardware-DSP-Chip-Plattform mit leistungsstarken Fähigkeiten zur digitalen Signalverarbeitung.Indem unterschiedliche Software auf dem DSP-Chip ausgeführt wird, unterstützt er eine Vielzahl von Kommunikationssystemen und verbessert die Kompatibilität und Aufrüstbarkeit des Systems.Es ist absehbar, dass DSP-Chips mit parallelen Gleitkomma-Rechenfähigkeiten Festkomma-DSP-Chips ersetzen werden, um die Anforderungen an hohe Genauigkeit, großen Dynamikbereich, große Rechenlast und zunehmend komplexe Datenverarbeitung im Bereich der Kommunikation zu erfüllen.
Darüber hinaus gibt es andere drahtlose Kommunikationsprotokolle wie IEEE802.11, SWAP, IrDA, "Bluetooth" und andere Technologien, die drahtlose Kommunikation für verschiedene Geräte wie Mobiltelefone, Notebook-Computer, tragbare Informationsterminals, tragbare und digitale Spielgeräte bereitstellen Kameras.Möglichkeit, die Schnittstelle zu verbinden.
Eine weitere bemerkenswerte Klasse drahtloser Zugangstechnologien ist WLAN.Diese Technologie verbindet Mobiltelefone, PDAs und Notebook-Computer und nutzt das vorhandene GSM-Netz oder CDMA-Netz mit ausgezeichneter Abdeckung, um sie mit dem Internet zu verbinden, wodurch Benutzer jederzeit und überall Schmalband-Datendienste wie E-Mail und Web-Browsing erhalten.Auch eine Vielzahl digitaler Haushaltsgeräte (zB MP3, Netzwerk-Audio-On-Demand-Gerät etc.) können auf diese Weise Informationen herunterladen oder eine Fernsteuerung realisieren.Die Hauptschwierigkeit solcher Produkte liegt immer noch in der Leistung und den Kosten des Chips.Wenn der kostengünstige integrierte Schaltungschip nicht gelöst werden kann, wird die groß angelegte Förderung des Produkts auf große Schwierigkeiten stoßen.
Integrierte Schaltungen sind die frühesten und am weitesten verbreiteten in drahtgebundenen Kommunikationsgeräten, wie z. B. digitalen programmgesteuerten Schaltern, Übertragungsgeräten für optische synchrone digitale Netze (SDH), Routern, Konferenzfernsehen und sicherer Kommunikation.Die meisten der frühen kommunikationsanwendungsspezifischen integrierten Schaltungen wurden entsprechend den Anforderungen des Systems angepasst.Nach Jahren der Entwicklung haben die heutigen Kommunikations-ASIC-Chips begonnen, die Entwicklung von Kommunikationsgeräten anzuführen.
Im Hinblick auf Hochgeschwindigkeitsschnittstellen von Kommunikationsgeräten wurden Rahmensynchronisation, Fehlerkorrektur, Rahmenbildung, Übertragungsinformationsverarbeitung usw. in einen integrierten Schaltungschip integriert.Beispielsweise hat sich die E1-Informationsverarbeitung auf SDH-Geräten von einem frühen Chip, der 2 Kanäle von E1 unterstützt, zu einem aktuellen Chip entwickelt, der 21 Kanäle von E1 unterstützt.Der selbstentwickelte SDH-Chipsatz von Datang Telecom benötigt nur 5 VLSIs, um ein vollständiges STM-1-System zu bilden, das das Multiplexen/Desynchronisieren von 63 Kanälen von E1, POH-Overhead-Verarbeitung, Cross-Connection, SOH-Overhead-Verarbeitung usw. erledigen kann, und Bieten Sie gleichzeitig 2 Sätze STM-1-Uplink und -Downlink.Ein komplexes Rack, das ursprünglich Dutzende von Leiterplatten benötigte, wird zu einer einzigen Festplatte vereinfacht, was die Zuverlässigkeit des Systems erheblich verbessert und die Kosten senkt.
Auf dem Gebiet der Datenkommunikation nutzten die frühen Geräte eher den Entwicklungsmodus anwendungsspezifischer integrierter Schaltungen, wie z. B. SAR-Schaltungen, die zum Aufteilen und Kombinieren von ATM-Zellen verwendet werden, und Netzwerkprozessoren, die für die Verarbeitung von IP-Protokollpaketen bestimmt sind.Heutzutage werden immer mehr Hochgeschwindigkeits-CPUs und dedizierte Schnittstellenchips verwendet, um sie zu bilden, unabhängig davon, ob es sich um Asynchronous Transfer Mode (ATM) oder Ethernet-basierte Geräte handelt.32-Bit-RISC ist die Mainstream-Hochleistungs-CPU, die nicht nur für die Protokollverarbeitung, Signalumwandlung und Verarbeitung verschiedener Nutzdaten verwendet wird, sondern auch immer mehr für die Verarbeitung von Schnittstelleninformationen verwendet wird, wobei die Rolle der Chipplattform zunehmend zum Tragen kommt.Tatsächlich hat in der heutigen Entwicklung von Kommunikationsgeräten Software die Hardware als den wichtigsten und kritischsten Inhalt in der Systementwicklung ersetzt.Die Software-Arbeitslast ist von trivial auf heute über 70 % angewachsen.Eine flexible, hochperformante und rekonfigurierbare SoC-Plattform ist ein Thema, das im Kommunikationsbereich mit Spannung erwartet und beachtet wird.
Fortschritte bei integrierten Schaltungen haben einen äußerst wichtigen Beitrag zur Lösung des Bandbreiten-"Engpasses" des Internets geleistet.Heutzutage haben sich Router von traditionellem Bus-(Backplane)-basiertem Switching, Softwarepaketweiterleitung und zentralisierten Verarbeitungsarchitekturen zu Switching-Fabric-basierten Hardwarepaketweiterleitungs- und verteilten Verarbeitungsarchitekturen entwickelt.Die Core-Router haben in der Vergangenheit begonnen, sich an den Rand des Netzwerks zu bewegen, und die Core-Router entwickeln sich hin zu höherer Geschwindigkeit und größerem Durchsatz.Mit dieser Änderung wird sich der Beitrag integrierter Schaltkreise zum Datennetz allmählich an den Rand des Netzes und zum Zugang verlagern.Die Geschwindigkeitsverbesserung des Backbone-Übertragungsnetzes hängt stärker von der optischen Technologie ab, insbesondere von der Einführung integrierter optischer Schaltungen.
Die Rolle integrierter Schaltungen in Kommunikationsendgeräten ist offensichtlich.Mehrere Funktionen, geringe Größe und Leichtigkeit, einfache Bedienung und stilvolles Erscheinungsbild sind das ewige Streben der Menschen nach mobilen Kommunikationsterminals.Die einfache und lebendige Mensch-Maschine-Schnittstelle, die satte Farbbildschirmanzeige, die reichhaltige Audioquelle, die gleichzeitige Erfassung verschiedener Informationen und der extrem niedrige Stromverbrauch sind die Grundlagen für den Erfolg und Wettbewerbsvorteil mobiler Internet-Handys.Um sich an die Koexistenz mehrerer Generationen anzupassen, müssen tragbare Kommunikationsendgeräte und Basisstationen "Multi-Mode" und "Multi-Band" entsprechen, nämlich dem sogenannten "Multi-Mode" und "Multi-Frequenz".Offensichtlich wird dies zu einem immer komplexeren Design von Mobiltelefonchips führen.Ein Basisband-Chip eines Multimode-Mobiltelefons, das in GSM-, CDMA- und 3G-Netzen verwendet werden kann, muss in der Lage sein, verschiedene Signalisierungen und Protokolle, einschließlich GSM, CDMA und 3G, zu handhaben.Da GSM, CDMA und 3G jeweils unterschiedliche Frequenzressourcen verwenden, benötigen Multimode-Mobiltelefone auch 2 oder 3 HF-Schaltungen, um unterschiedlichen Frequenzbändern zu entsprechen.Sprach- und Datenschnittstellen wie Infrarot (Ir) und USB sind ebenfalls notwendige Optionen geworden.Bis heute ist die zweite Generation von kommerziellen Dual-Mode-Endgeräten für mobile Kommunikation, die sowohl mit GSM- als auch mit CDMA-Systemen kompatibel sind, noch nicht herausgekommen.Einer der Hauptgründe ist, dass die für solche Multimode-Handys verwendeten Chips noch nicht ausgereift sind.Neben den technischen Schwierigkeiten sind auch die hohen Kosten für Schaltungschips aufgrund der exponentiell steigenden Komplexität der Informationsverarbeitung ein Grund.
Der Preis der Hochfrequenzschaltung und der Basisband-Signalverarbeitungsschaltung macht etwa 50 bis 60 % der Kosten eines mobilen Kommunikationsendgeräts aus.Dies liegt daran, dass Hochfrequenzschaltungen über dem 2-GHz-Band im Allgemeinen unter Verwendung der Galliumarsenid-(GaAs)-Technologie implementiert werden.GaAs-Vorrichtungen sind mit hoher Dichte schwierig zu integrieren, und es gibt nur begrenzten Raum für eine signifikante Kostenreduzierung.Die Menschen hoffen, die CMOS-Technologie zur Herstellung von HF-Schaltungen zu verwenden, um niedrige Kosten und Miniaturisierung zu erreichen, während HF- und Basisband-Signalprozessoren zusammen integriert werden können, um eine Ein-Chip-Lösung zu erreichen.Die Implementierung von HF-Schaltungen in CMOS-Technologie ist für Gerätehersteller sehr attraktiv.In den vergangenen zwei Jahren lieferten sich große internationale Halbleiterhersteller in diesem Bereich einen harten Wettbewerb.
Es gibt viele Möglichkeiten, HF-Schaltungen unter Verwendung der CMOS-Technologie herzustellen, unter denen die Siliziumgermanium-(SiGe)-Technologie große Aufmerksamkeit auf sich gezogen hat.Die SiGe-Technologie ist eine Fertigungstechnologie, die mehrere Prozesse auf der Basis der CMOS-Technologie hinzufügt, dh eine SiGe-Schicht wird auf einem Siliziummaterial gebildet, um die Grenzfrequenz von Transistoren zu erhöhen.Transistoren mit hoher Grenzfrequenz und geringem Stromverbrauch können auf der Basis kompatibler CMOS-Prozesse ohne große Investitionen realisiert werden.Viele Halbleiterunternehmen weltweit, vertreten durch IBM, haben sukzessive Produkte auf den Markt gebracht, die die SiGe-Technologie verwenden.Die Grenzfrequenz der massenproduzierten SiGe-Geräte von IBM hat 47 GHz erreicht und wird voraussichtlich bald 100 GHz erreichen.
Auch bei Kommunikationsendgeräten werden Kunststoffchips wie OLEDs eine neue Revolution bringen.Fortschrittliche OLED-Kunststoff-Farbdisplays werden traditionelle LCD-Displays in Mobiltelefonen, PDAs und Notebook-Computern ersetzen und zum Standarddisplay für Multimedia-Terminals werden.
Mit der Verringerung der Merkmalsgröße integrierter Schaltungen und der Verbesserung des Integrationsniveaus, insbesondere dem Aufkommen des Internets und den Bandbreitenanforderungen verschiedener neuer Dienste, sind viele neue und schwierige Probleme aufgetaucht.Das Bandbreitenproblem, das bei TV-Übertragungen entsteht, lässt sich mit Strom keinesfalls lösen.Als weiteres Beispiel verwendet das auf elektrischer Signalverarbeitung basierende SDH-System nur 1 % der Glasfaserbandbreite, während die optische Add-Drop-Multiplexing-(OADM)-Ausrüstung und die optische Cross-Connect-(OXC)-Ausrüstung, die das rein optische Netzwerkkonzept verwenden, dies können Kapazität in vollen Zügen.Infolgedessen begannen Wissenschaftler, sich auf die Erforschung der Photoniktechnologie zu konzentrieren, in der Hoffnung, Elektronen durch Photonen zu ersetzen, um die Speicherung, Verarbeitung und Übertragung von Informationen zu realisieren.
Licht hat gegenüber Strom viele Vorteile.Beispielsweise sind die Übertragungsgeschwindigkeit und die Bandbreite von Licht in optischen Fasern und anderen dielektrischen Materialien viel größer als die Übertragungsgeschwindigkeit und Bandbreite von Elektronen in Metallen, und der Übertragungsverlust von Licht in optischen Fasern ist viel kleiner als der von Elektrizität in Metallen.Verlust usw. Die Kontrolle von Photonen ist jedoch ziemlich schwierig.Dies führt dazu, dass die Forschung und Anwendung optischer Geräte stagniert und es schwierig ist, signifikante Fortschritte zu erzielen.1987 wurde das Konzept des photonischen Kristalls vorgeschlagen, das den Menschen einen neuen Mechanismus zur Kontrolle von Photonen zeigte, der sich völlig vom vorherigen Mechanismus der Nutzung der Totalreflexion zur Führung der Lichtübertragung unterschied und der Entwicklung und Anwendung der optischen Kommunikation neue Vitalität verlieh Technologie.Vitalität, die eine glänzende Zukunft zeigt.
Es ist nicht schwer zu verstehen, dass, wenn erwartet wird, dass Photonen im Bereich der Kommunikation weit verbreitet sind, ein Verfahren und Ansatz wie die Realisierung mikroelektronischer Chips gefunden werden muss, um integrierte mikrophotonische Chips herzustellen.Die ideale Lösung wäre, etwas zu verwenden, das gleichzeitig als Spiegel, Schalter und Wellenleiter auf einer winzigen Plattform fungieren kann.
Die Anwendungsgebiete integrierter optischer Schaltungen sind vielfältig.Neben der optischen Faserkommunikation, optischen Fasersensoren, optischer Informationsverarbeitung und optischen Computern werden das Prinzip der geführten Wellenoptik, optische Dünnfilm-Wellenleitergeräte und -schaltkreise auch in anderen Bereichen verwendet, wie z. B. materialwissenschaftliche Forschung, optische Instrumente, Spektroskopie.Durchdringung der Forschung.