A promessa de redes 5G de Internet das Coisas (IoT) requer sistemas de comunicação mais escaláveis e robustos - aqueles que oferecem taxas de dados drasticamente mais altas e menor consumo de energia por dispositivo.
Rádios retroespalhados - sensores passivos que refletem em vez de irradiar energia - são conhecidos por seu baixo custo, baixa complexidade e operação sem bateria, tornando-os um potencial ativador principal deste futuro, embora normalmente apresentem baixas taxas de dados e forte desempenho depende do ambiente circundante.
Pesquisadores do Instituto de Geórgia de Equipar, Nokia Bell Labs e Heriot-Watt University encontraram uma maneira de baixo custo para rádios de retroespalhamento suportarem comunicação de alto rendimento e transferência de dados Gb/s com velocidade de 5G usando apenas um único Transistor quando antes exigia transistores caros e múltiplos empilhados.
Empregando uma abordagem de modulação exclusiva na largura de banda 5G 24/28 Gigahertz (GHz), os pesquisadores mostraram que esses dispositivos passivos podem transferir dados com segurança e robustez de praticamente qualquer ambiente.
Tradicionalmente, as comunicações mmWave, chamadas de banda de frequência extremamente alta, são consideradas “a última milha” para banda larga, com links sem fio diretores ponto a ponto e ponto a multiponto. Essa banda de espectro oferece muitas vantagens, incluindo largura de banda GHz ampla disponível, que permite taxas de comunicação muito grandes e a capacidade de implementar matrizes de antenas eletricamente grandes, permitindo recursos de formação de feixes sob demanda. No entanto, esses sistemas mmWave dependem de componentes e sistemas de alto custo.
A luta pela simplicidade versus custo
Normalmente, era a simplicidade contra o custo. Você pode fazer coisas muito simples com um Transistor ou você precisa de vários transistores para recursos mais complexos, o que tornou esses sistemas muito caros. Agora aumentamos a complexidade, tornando-o muito poderoso, mas de custo muito baixo, portanto, estamos obtendo o melhor dos dois mundos.
Nossa inovação é ser capaz de se comunicar em frequências de 5G/ondas milimétricas (mmWave) sem realmente ter um transmissor de rádio mmWave completo - apenas um único transistor mmWave é necessário em componentes eletrônicos de frequência muito mais baixa, como os encontrados em telefones celulares ou Wi-fi dispositivos. A frequência operacional mais baixa mantém baixo o consumo de energia dos componentes eletrônicos e o custo do silício. Nosso trabalho é escalável para qualquer tipo de modulação digital e pode ser aplicado a qualquer dispositivo fixo ou móvel.
Os pesquisadores são os primeiros a usar um rádio de retroespalhamento para comunicações de gigabit-taxa de dados mmWave, minimizando a complexidade do front-end para um único transistor de alta frequência. Sua descoberta incluiu a modulação, bem como adicionar mais inteligência ao sinal que está conduzindo o dispositivo.
Mantivemos o mesmo front-end de RF para aumentar a taxa de dados sem adicionar mais transistores ao nosso modulador, o que o torna um comunicador escalável, acrescentando que sua demonstração mostrou como um único transistor mmWave pode suportar uma ampla gama de formatos de modulação.
Alimentando um host de sensores IoT 'inteligentes'
A tecnologia abre uma série de aplicações IoT 5G, incluindo coleta de energia, que os pesquisadores da Georgia Tech demonstraram recentemente usando uma lente Rotman especializada que coleta energia eletromagnética 5G de todas as direções.
Tentzeris disse que aplicações adicionais para a tecnologia de retroespalhamento podem incluir redes de área pessoal "robustas" de alta velocidade com sensores vestíveis / implantáveis de potência zero para monitorar os níveis de oxigênio ou glicose no sangue ou funções cardíacas / EEG; sensores domésticos inteligentes que monitoram temperatura, produtos químicos, gases e umidade; e aplicativos agrícolas inteligentes para detectar geadas em plantações, analisar nutrientes do solo ou até mesmo rastrear animais.
Os pesquisadores desenvolveram uma primeira prova de conceito dessa modulação de retroespalhamento, que ganhou o terceiro prêmio no Prêmio Nokia Bell Labs 2016. Na época, Kimionis era um pesquisador de doutorado da Georgia Tech ECE trabalhando com Tentzeris no laboratório ATHENA, que avança novas tecnologias para aplicações eletromagnéticas, sem fio, RF, ondas milimétricas e subterahertz.
Principal capacitador de baixo custo: De produção de aditivos
Para Kimionis, o avanço da tecnologia de retroespalhamento reflete seu objetivo de “democratizar as comunicações”.
“Ao longo da minha carreira, procurei maneiras de tornar todos os tipos de comunicação mais eficientes em termos de custos e energia. Agora, como todo o front-end de nossa solução foi criado com essa baixa complexidade, ele é compatível com a eletrônica impressa. Podemos imprimir literalmente uma matriz de antena mmWave que pode suportar um transmissor de baixa potência, baixa complexidade e baixo custo. ”
A Tentzeris considera a impressão acessível crucial para viabilizar seu mercado de tecnologia de retroespalhamento. Georgia Tech é pioneira na impressão a jato de tinta em praticamente todos os materiais (papel, plástico, vidro, substratos flexíveis / orgânicos) e foi um dos primeiros institutos de pesquisa a usar a impressão 3D em faixas de frequência milimétricas em 2002.