後方散乱のブレークスルーは、あらゆる場所で5Gの速度でほぼゼロパワーのIoTコミュニケーターを実行します

後方散乱無線（エネルギーを放射するのではなく反射するパッシブセンサー）は、低コスト、低複雑さ、バッテリー不要の動作で知られており、通常は低データレートと強力なパフォーマンスを備えていますが、将来の主要な実現要因となる可能性があります。周囲の環境に依存します。

ジョージア研究所の研究者 テクノロジー、Nokia Bell Labs、およびヘリオットワット大学は、単一の無線機のみを使用して高スループット通信と 5G 速度 Gb/秒のデータ転送をサポートする後方散乱無線機の低コストの方法を発見しました。 トランジスタ 以前は、高価で複数のスタックトランジスタが必要でした。

研究者は、5G 24/28ギガヘルツ（GHz）帯域幅で独自の変調アプローチを採用し、これらのパッシブデバイスが事実上すべての環境から安全かつ堅牢にデータを転送できることを示しました。

従来、超高周波帯域と呼ばれるミリ波通信は、ポイントツーポイントおよびポイントツーマルチポイントの無線リンクを使用するブロードバンドの「ラストマイル」と見なされていました。 このスペクトル帯域には、非常に大きな通信速度を可能にする広い利用可能なGHz帯域幅や、オンデマンドのビームフォーミング機能を可能にする電気的に大きなアンテナアレイを実装する機能など、多くの利点があります。 ただし、このようなミリ波システムは、高コストのコンポーネントとシステムに依存しています。

シンプルさとコストの争い

通常、それはコストに対する単純さでした。 あなたはどちらかで非常に簡単なことをすることができます トランジスタ または、より複雑な機能のために複数のトランジスタが必要なため、これらのシステムは非常に高価になりました。複雑さが強化され、非常に強力ですが非常に低コストになっているため、両方の長所を活用できます。

当社の画期的な点は、実際に完全なミリ波無線送信機を持たなくても、5G/ミリ波 (mmWave) 周波数で通信できることです。携帯電話や携帯電話に搭載されているものなど、はるかに低い周波数の電子機器に必要なミリ波トランジスタは XNUMX つだけです。 無線LAN デバイス。動作周波数が低いため、電子機器の消費電力とシリコンのコストが低く抑えられます。私たちの取り組みは、あらゆる種類のデジタル変調に拡張可能であり、あらゆる固定デバイスまたはモバイル デバイスに適用できます。

研究者は、単一の高周波トランジスタに対するフロントエンドの複雑さを最小限に抑えながら、ギガビットデータレートのミリ波通信に後方散乱無線を使用した最初の企業です。 彼らのブレークスルーには、変調だけでなく、デバイスを駆動している信号にインテリジェンスを追加することが含まれていました。

変調器にトランジスタを追加せずにデータレートをスケールアップするために同じRFフロントエンドを維持しました。これにより、スケーラブルなコミュニケータになり、単一のミリ波トランジスタがさまざまな変調フォーマットをサポートする方法が示されました。

「スマート」IoTセンサーのホストに電力を供給する

このテクノロジーは、エネルギーハーベスティングを含む多数のIoT 5Gアプリケーションを開きます。これは、ジョージア工科大学の研究者が最近、あらゆる方向から5G電磁エネルギーを収集する特殊なRotmanレンズを使用して実証しました。

テンツェリス氏によると、後方散乱技術の追加アプリケーションには、血液または心臓/ EEG機能の酸素またはグルコースレベルを監視するためのゼロパワーウェアラブル/埋め込み型センサーを備えた「頑丈な」高速パーソナルエリアネットワークが含まれる可能性があります。 温度、化学物質、ガス、湿度を監視するスマートホームセンサー。 作物の霜を検出したり、土壌の栄養素を分析したり、家畜を追跡したりするためのスマートな農業アプリケーション。

研究者たちは、この後方散乱変調の概念実証を早期に開発し、2016年のノキアベル研究所賞でXNUMX位を獲得しました。 当時、キミオニスは、電磁、無線、RF、ミリ波、およびテラヘルツ未満のアプリケーション向けの新しい技術を進歩させるATHENAラボでTentzerisと協力しているGeorgia TechECE博士研究者でした。

低コストの主要な実現要因： 積層造形

キミオニスにとって、後方散乱技術の飛躍的進歩は、「通信の民主化」という彼の目標を反映しています。

「私のキャリアを通して、私はあらゆるタイプのコミュニケーションをよりコスト効率が高く、よりエネルギー効率の良いものにする方法を探してきました。 現在、ソリューションのフロントエンド全体が非常に低い複雑さで作成されているため、プリンテッドエレクトロニクスと互換性があります。 低電力、低複雑、低コストの送信機をサポートできるミリ波アンテナアレイを文字通り印刷できます。」

Tentzerisは、後方散乱技術市場を実行可能にするために、手頃な価格の印刷が重要であると考えています。 ジョージア工科大学は、事実上すべての材料（紙、プラスチック、ガラス、フレキシブル/有機基板）へのインクジェット印刷のパイオニアであり、3年にミリメートル周波数範囲までの2002D印刷を使用した最初の研究機関のXNUMXつでした。