Janji rangkaian Internet of Things (IoT) 5G memerlukan sistem komunikasi yang lebih berskala dan mantap — sistem yang memberikan kadar data yang jauh lebih tinggi dan penggunaan kuasa yang lebih rendah bagi setiap peranti.
Radio backscatter - sensor pasif yang memantulkan dan bukan memancarkan tenaga - terkenal dengan operasi kos rendah, kerumitan rendah, dan bebas bateri, menjadikannya kunci utama yang berpotensi untuk masa depan ini walaupun mereka biasanya mempunyai kadar data rendah dan prestasinya sangat kuat bergantung kepada persekitaran di sekitarnya.
Penyelidik di Institut Georgia Teknologi, Nokia Bell Labs dan Universiti Heriot-Watt telah menemui cara kos rendah untuk radio penyebar belakang untuk menyokong komunikasi pemprosesan tinggi dan pemindahan data Gb/saat berkelajuan 5G menggunakan hanya satu Transistor semasa sebelum ini ia memerlukan transistor bertumpuk mahal dan berganda.
Dengan menggunakan pendekatan modulasi yang unik dalam lebar jalur 5G 24/28 Gigahertz (GHz), para penyelidik telah menunjukkan bahawa peranti pasif ini dapat memindahkan data dengan selamat dan kuat dari hampir semua persekitaran.
Secara tradisional, komunikasi mmWave, yang disebut jalur frekuensi sangat tinggi, dianggap sebagai “batu terakhir” untuk jalur lebar, dengan pautan wayarles point-to-point dan point-to-multipoint arahan. Jalur spektrum ini menawarkan banyak kelebihan, termasuk lebar jalur GHz yang tersedia luas, yang memungkinkan kadar komunikasi yang sangat besar, dan kemampuan untuk melaksanakan susunan antena elektrik secara besar-besaran, yang memungkinkan keupayaan pemformatan sinar atas permintaan. Walau bagaimanapun, sistem mmWave seperti itu bergantung pada komponen dan sistem kos tinggi.
Perjuangan untuk Kesederhanaan Berbanding Kos
Biasanya, kesederhanaan berbanding kos. Anda boleh melakukan perkara yang sangat sederhana dengan satu Transistor atau anda memerlukan banyak transistor untuk ciri yang lebih kompleks, yang menjadikan sistem ini sangat mahal. Sekarang kami telah meningkatkan kerumitan, menjadikannya sangat kuat tetapi kos yang sangat rendah, jadi kami mendapat yang terbaik dari kedua-dua dunia.
Kejayaan kami ialah dapat berkomunikasi melalui frekuensi 5G/gelombang milimeter (mmWave) tanpa benar-benar mempunyai pemancar radio mmWave penuh—hanya satu transistor mmWave diperlukan bersama elektronik frekuensi yang jauh lebih rendah, seperti yang terdapat dalam telefon bimbit atau WiFi peranti. Kekerapan operasi yang lebih rendah memastikan penggunaan kuasa elektronik dan kos silikon rendah. Kerja kami boleh berskala untuk sebarang jenis modulasi digital dan boleh digunakan pada mana-mana peranti tetap atau mudah alih.
Para penyelidik adalah yang pertama menggunakan radio backscatter untuk komunikasi kadar gigabit-data mmWave sambil meminimumkan kerumitan front-end ke satu transistor frekuensi tinggi. Terobosan mereka merangkumi modulasi serta menambahkan lebih banyak kecerdasan pada isyarat yang menggerakkan peranti.
Kami mengekalkan front-RF yang sama untuk meningkatkan kadar data tanpa menambahkan lebih banyak transistor ke modulator kami, yang menjadikannya komunikator berskala menambahkan bahawa demonstrasi mereka menunjukkan bagaimana transistor mmWave tunggal dapat menyokong pelbagai format modulasi.
Menghidupkan Host Sensor IoT 'Smart'
Teknologi ini membuka banyak aplikasi IoT 5G, termasuk pengambilan tenaga, yang ditunjukkan oleh penyelidik Georgia Tech baru-baru ini menggunakan lensa Rotman khusus yang mengumpulkan tenaga elektromagnetik 5G dari semua arah.
Tentzeris berkata, aplikasi tambahan untuk teknologi backscatter boleh merangkumi rangkaian kawasan peribadi berkelajuan tinggi yang "lasak" dengan sensor sifar yang boleh dipakai / dipasang untuk daya pemantauan untuk tahap oksigen atau glukosa dalam darah atau fungsi jantung / EEG; sensor rumah pintar yang memantau suhu, bahan kimia, gas, dan kelembapan; dan aplikasi pertanian pintar untuk mengesan fros pada tanaman, menganalisis nutrien tanah, atau bahkan pengesanan ternakan.
Para penyelidik mengembangkan bukti awal mengenai konsep modulasi backscatter ini, yang memenangi hadiah ketiga pada Nokia Bell Labs Prize 2016. Pada masa itu, Kimionis adalah penyelidik doktoral Georgia Tech ECE yang bekerja dengan Tentzeris di makmal ATHENA, yang memajukan teknologi baru untuk aplikasi elektromagnetik, tanpa wayar, RF, gelombang milimeter, dan sub-terahertz.
Pemboleh Utama Kos Rendah: Pengilangan tambahan
Bagi Kimionis, terobosan teknologi backscatter mencerminkan matlamatnya untuk "mendemokrasikan komunikasi."
"Sepanjang karier saya, saya telah mencari cara untuk menjadikan semua jenis komunikasi lebih menjimatkan dan lebih cekap tenaga. Sekarang, kerana bahagian depan penyelesaian kami dibuat dengan kerumitan rendah, ia sesuai dengan elektronik bercetak. Kami secara harfiah dapat mencetak array antena mmWave yang dapat menyokong pemancar berkuasa rendah, kerumitan rendah, dan kos rendah. "
Tentzeris menganggap percetakan yang berpatutan sangat penting untuk menjadikan pasaran teknologi backscattering mereka layak. Georgia Tech adalah pelopor pencetakan inkjet pada hampir setiap bahan (kertas, plastik, kaca, substrat fleksibel / organik) dan merupakan salah satu institusi penyelidikan pertama yang menggunakan percetakan 3D hingga jarak frekuensi milimeter pada tahun 2002.