La promesa de las redes 5G de Internet de las cosas (IoT) requiere sistemas de comunicación más escalables y robustos, que ofrezcan velocidades de datos drásticamente más altas y un menor consumo de energía por dispositivo.
Los radios de retrodispersión (sensores pasivos que reflejan en lugar de irradiar energía) son conocidos por su funcionamiento de bajo costo, baja complejidad y sin batería, lo que los convierte en un potencial habilitador clave de este futuro, aunque por lo general presentan velocidades de datos bajas y un gran rendimiento. depende del entorno circundante.
Investigadores del Instituto de Georgia de Tecnología, Nokia Bell Labs y la Universidad Heriot-Watt han encontrado una forma económica de que las radios de retrodispersión admitan comunicaciones de alto rendimiento y transferencias de datos Gb/s a velocidad 5G utilizando un solo Transistor cuando anteriormente requería transistores costosos y múltiples apilados.
Empleando un enfoque de modulación único en el ancho de banda 5G 24/28 Gigahertz (GHz), los investigadores han demostrado que estos dispositivos pasivos pueden transferir datos de forma segura y robusta desde prácticamente cualquier entorno.
Tradicionalmente, las comunicaciones mmWave, denominadas banda de frecuencia extremadamente alta, se consideran "la última milla" para la banda ancha, con enlaces inalámbricos directivos punto a punto y punto a multipunto. Esta banda de espectro ofrece muchas ventajas, incluido un amplio ancho de banda de GHz disponible, que permite velocidades de comunicación muy grandes, y la capacidad de implementar conjuntos de antenas eléctricamente grandes, lo que permite capacidades de formación de haces bajo demanda. Sin embargo, tales sistemas mmWave dependen de componentes y sistemas de alto costo.
La lucha por la simplicidad frente al costo
Por lo general, fue la simplicidad contra el costo. Podrías hacer cosas muy simples con uno Transistor o necesita varios transistores para funciones más complejas, lo que hizo que estos sistemas fueran muy costosos. Ahora hemos mejorado la complejidad, haciéndolo muy poderoso pero de muy bajo costo, por lo que estamos obteniendo lo mejor de ambos mundos.
Nuestro gran avance es poder comunicarnos a través de frecuencias de ondas milimétricas (mmWave) 5G sin tener realmente un transmisor de radio de ondas mm completo; solo se necesita un transistor de ondas milimétricas junto con dispositivos electrónicos de frecuencia mucho más baja, como los que se encuentran en los teléfonos celulares o WiFi dispositivos. Una frecuencia de funcionamiento más baja mantiene bajos el consumo de energía de los componentes electrónicos y el costo del silicio. Nuestro trabajo es escalable para cualquier tipo de modulación digital y se puede aplicar a cualquier dispositivo fijo o móvil.
Los investigadores son los primeros en utilizar una radio de retrodispersión para comunicaciones mmWave de velocidad de datos gigabit mientras minimizan la complejidad del front-end a un solo transistor de alta frecuencia. Su avance incluyó la modulación, además de agregar más inteligencia a la señal que impulsa el dispositivo.
Mantuvimos la misma interfaz de RF para escalar la velocidad de datos sin agregar más transistores a nuestro modulador, lo que lo convierte en un comunicador escalable y agregó que su demostración mostró cómo un solo transistor mmWave puede admitir una amplia gama de formatos de modulación.
Alimentación de una gran cantidad de sensores de IoT 'inteligentes'
La tecnología abre una gran cantidad de aplicaciones de IoT 5G, incluida la recolección de energía, que los investigadores de Georgia Tech demostraron recientemente utilizando una lente Rotman especializada que recolecta energía electromagnética 5G de todas las direcciones.
Tentzeris dijo que las aplicaciones adicionales para la tecnología de retrodispersión podrían incluir redes de área personal de alta velocidad “robustas” con sensores implantables / portátiles de potencia cero para monitorear los niveles de oxígeno o glucosa en la sangre o funciones cardíacas / EEG; sensores domésticos inteligentes que controlan la temperatura, los productos químicos, los gases y la humedad; y aplicaciones agrícolas inteligentes para detectar heladas en los cultivos, analizar los nutrientes del suelo o incluso rastrear el ganado.
Los investigadores desarrollaron una prueba temprana del concepto de esta modulación de retrodispersión, que ganó el tercer premio en el premio Nokia Bell Labs de 2016. En ese momento, Kimionis era un investigador de doctorado de Georgia Tech ECE que trabajaba con Tentzeris en el laboratorio ATHENA, que avanza tecnologías novedosas para aplicaciones electromagnéticas, inalámbricas, de RF, de ondas milimétricas y subterahercios.
Habilitador clave de bajo costo: Fabricación aditiva
Para Kimionis, el avance de la tecnología de retrodispersión refleja su objetivo de "democratizar las comunicaciones".
“A lo largo de mi carrera, he buscado formas de hacer que todos los tipos de comunicación sean más rentables y energéticamente eficientes. Ahora, debido a que toda la interfaz de nuestra solución se creó con una complejidad tan baja, es compatible con la electrónica impresa. Literalmente, podemos imprimir una matriz de antenas mmWave que puede admitir un transmisor de bajo consumo, complejidad y bajo consumo ".
Tentzeris considera que la impresión asequible es crucial para hacer viable su mercado de tecnología de retrodispersión. Georgia Tech es pionera en la impresión de inyección de tinta en prácticamente todos los materiales (papel, plástico, vidrio, sustratos flexibles / orgánicos) y fue uno de los primeros institutos de investigación en utilizar la impresión 3D hasta rangos de frecuencia milimétrica en 2002.