Janji jaringan Internet of Things (IoT) 5G membutuhkan sistem komunikasi yang lebih skalabel dan kuat—sistem yang memberikan kecepatan data yang lebih tinggi secara drastis dan konsumsi daya per perangkat yang lebih rendah.
Radio backscatter—sensor pasif yang memantulkan daripada memancarkan energi—dikenal karena pengoperasiannya yang berbiaya rendah, kompleksitas rendah, dan bebas baterai, menjadikannya sebagai penggerak utama yang potensial di masa depan ini meskipun biasanya menampilkan kecepatan data yang rendah dan kinerjanya yang kuat. tergantung pada lingkungan sekitarnya.
Para peneliti di Institut Georgia Teknologi, Nokia Bell Labs, dan Universitas Heriot-Watt telah menemukan cara berbiaya rendah untuk radio hamburan balik guna mendukung komunikasi throughput tinggi dan transfer data berkecepatan 5G Gb/detik hanya dengan menggunakan satu radio Transistor ketika sebelumnya diperlukan transistor bertumpuk yang mahal dan banyak.
Dengan menggunakan pendekatan modulasi unik dalam bandwidth 5G 24/28 Gigahertz (GHz), para peneliti telah menunjukkan bahwa perangkat pasif ini dapat mentransfer data dengan aman dan kuat dari hampir semua lingkungan.
Secara tradisional, komunikasi mmWave, yang disebut pita frekuensi sangat tinggi, dianggap sebagai "mil terakhir" untuk broadband, dengan tautan nirkabel directive point-to-point dan point-to-multipoint. Pita spektrum ini menawarkan banyak keuntungan, termasuk bandwidth GHz yang tersedia lebar, yang memungkinkan kecepatan komunikasi yang sangat besar, dan kemampuan untuk mengimplementasikan susunan antena besar secara elektrik, memungkinkan kemampuan beamforming sesuai permintaan. Namun, sistem mmWave semacam itu bergantung pada komponen dan sistem berbiaya tinggi.
Perjuangan untuk Kesederhanaan Versus Biaya
Biasanya, itu adalah kesederhanaan terhadap biaya. Anda juga bisa melakukan hal-hal yang sangat sederhana dengan satu Transistor atau Anda memerlukan beberapa transistor untuk fitur yang lebih kompleks, yang membuat sistem ini sangat mahal Sekarang kami telah meningkatkan kerumitannya, menjadikannya sangat kuat tetapi biayanya sangat rendah, jadi kami mendapatkan yang terbaik dari keduanya.
Terobosan kami adalah mampu berkomunikasi melalui frekuensi 5G/gelombang milimeter (mmWave) tanpa benar-benar memiliki pemancar radio mmWave yang lengkap—hanya diperlukan satu transistor mmWave pada perangkat elektronik berfrekuensi jauh lebih rendah, seperti yang terdapat di ponsel atau WiFi perangkat. Frekuensi pengoperasian yang lebih rendah menjaga konsumsi daya elektronik dan biaya silikon tetap rendah. Pekerjaan kami dapat diskalakan untuk semua jenis modulasi digital dan dapat diterapkan pada perangkat tetap atau seluler apa pun.
Para peneliti adalah yang pertama menggunakan radio backscatter untuk komunikasi gigabit-data rate mmWave sambil meminimalkan kompleksitas front-end ke transistor frekuensi tinggi tunggal. Terobosan mereka termasuk modulasi serta menambahkan lebih banyak kecerdasan pada sinyal yang menggerakkan perangkat.
Kami mempertahankan front-end RF yang sama untuk meningkatkan kecepatan data tanpa menambahkan lebih banyak transistor ke modulator kami, yang menjadikannya komunikator yang dapat diskalakan dengan menambahkan bahwa demonstrasi mereka menunjukkan bagaimana satu transistor mmWave dapat mendukung berbagai format modulasi.
Mendukung Host Sensor IoT 'Cerdas'
Teknologi ini membuka sejumlah aplikasi IoT 5G, termasuk pemanenan energi, yang baru-baru ini didemonstrasikan oleh para peneliti Georgia Tech menggunakan lensa Rotman khusus yang mengumpulkan energi elektromagnetik 5G dari segala arah.
Tentzeris mengatakan aplikasi tambahan untuk teknologi backscatter dapat mencakup jaringan area pribadi berkecepatan tinggi yang “kasar” dengan sensor yang dapat dipakai/ditancapkan tanpa daya untuk memantau kadar oksigen atau glukosa dalam darah atau fungsi jantung/EEG; sensor rumah pintar yang memantau suhu, bahan kimia, gas, dan kelembapan; dan aplikasi pertanian cerdas untuk mendeteksi embun beku pada tanaman, menganalisis nutrisi tanah, atau bahkan pelacakan ternak.
Para peneliti mengembangkan bukti awal konsep modulasi hamburan balik ini, yang memenangkan hadiah ketiga di Nokia Bell Labs Prize 2016. Pada saat itu, Kimionis adalah peneliti doktoral Georgia Tech ECE yang bekerja dengan Tentzeris di lab ATHENA, yang memajukan teknologi baru untuk aplikasi elektromagnetik, nirkabel, RF, gelombang milimeter, dan sub-terahertz.
Pengaktif Utama Biaya Rendah: Manufaktur Aditif
Bagi Kimionis, terobosan teknologi backscatter mencerminkan tujuannya untuk “mendemokratisasi komunikasi.”
“Sepanjang karir saya, saya telah mencari cara untuk membuat semua jenis komunikasi lebih hemat biaya dan lebih hemat energi. Sekarang, karena seluruh ujung depan solusi kami dibuat dengan kompleksitas rendah, ini kompatibel dengan elektronik cetak. Kami benar-benar dapat mencetak susunan antena mmWave yang dapat mendukung pemancar berdaya rendah, kompleksitas rendah, dan berbiaya rendah.”
Tentzeri menganggap pencetakan yang terjangkau penting untuk membuat pasar teknologi hamburan balik mereka layak. Georgia Tech adalah pelopor dalam pencetakan inkjet pada hampir semua bahan (kertas, plastik, kaca, substrat fleksibel/organik) dan merupakan salah satu lembaga penelitian pertama yang menggunakan pencetakan 3D hingga rentang frekuensi milimeter pada tahun 2002.