Перспективы сетей Интернета вещей 5G (IoT) требуют более масштабируемых и надежных систем связи - таких, которые обеспечивают значительно более высокую скорость передачи данных и более низкое энергопотребление на одно устройство.
Радиостанции обратного рассеяния - пассивные датчики, которые отражают, а не излучают энергию, - известны своей низкой стоимостью, низкой сложностью и работой без батарей, что делает их потенциальным ключевым фактором этого будущего, хотя они, как правило, обладают низкой скоростью передачи данных и высокой производительностью. зависит от окружающей среды.
Исследователи из Института Джорджии Технологии, Nokia Bell Labs и Университет Хериот-Ватт нашли недорогой способ с помощью радиоприемников обратного рассеяния поддерживать высокопроизводительную связь и передачу данных на скорости 5G (Гбит/с), используя только один Транзистор когда раньше требовались дорогие и многоуровневые транзисторы.
Используя уникальный подход к модуляции в полосе пропускания 5G 24/28 гигагерц (ГГц), исследователи показали, что эти пассивные устройства могут безопасно и надежно передавать данные практически из любой среды.
Традиционно связь mmWave, называемая чрезвычайно высокочастотным диапазоном, считается «последней милей» для широкополосной связи с директивными беспроводными линиями точка-точка и точка-многоточка. Эта полоса спектра предлагает множество преимуществ, в том числе широкую доступную полосу частот в ГГц, которая обеспечивает очень большую скорость передачи данных, и возможность реализации электрически больших антенных решеток, обеспечивающих возможности формирования диаграммы направленности по запросу. Однако такие системы mmWave зависят от дорогостоящих компонентов и систем.
Борьба за простоту против стоимости
Обычно простота противопоставлялась стоимости. Вы можете делать очень простые вещи с одним Транзистор или вам нужно несколько транзисторов для более сложных функций, что сделало эти системы очень дорогими. Теперь мы увеличили сложность, сделав ее очень мощной, но очень низкой стоимостью, поэтому мы получаем лучшее из обоих миров.
Наш прорыв заключается в том, что мы можем передавать данные на частотах 5G/миллиметровых волн (миллиметровых волн), не имея при этом полноценного радиопередатчика миллиметровых волн: для работы с гораздо более низкочастотной электроникой, такой как те, что используются в сотовых телефонах или Wi-Fi устройства. Более низкая рабочая частота позволяет снизить энергопотребление электроники и стоимость кремния. Наша работа масштабируема для любого типа цифровой модуляции и может быть применена к любому стационарному или мобильному устройству.
Исследователи первыми использовали радио с обратным рассеянием для передачи данных в миллиметровом диапазоне с гигабитной скоростью передачи данных, минимизируя при этом сложность внешнего интерфейса для одного высокочастотного транзистора. Их прорыв включал модуляцию, а также добавление большего интеллекта к сигналу, управляющему устройством.
Мы сохранили тот же интерфейс RF для увеличения скорости передачи данных без добавления дополнительных транзисторов в наш модулятор, что делает его масштабируемым коммуникатором, добавляя, что их демонстрация показала, как один транзистор mmWave может поддерживать широкий диапазон форматов модуляции.
Питание множества `` умных '' датчиков Интернета вещей
Эта технология открывает множество приложений IoT 5G, включая сбор энергии, который исследователи Технологического института Джорджии недавно продемонстрировали с помощью специальной линзы Ротмана, которая собирает электромагнитную энергию 5G со всех сторон.
Тенцерис сказал, что дополнительные приложения для технологии обратного рассеяния могут включать «прочные» высокоскоростные персональные сети с носимыми / имплантируемыми датчиками нулевого энергопотребления для мониторинга уровней кислорода или глюкозы в крови или функций сердца / ЭЭГ; датчики умного дома, контролирующие температуру, химические вещества, газы и влажность; и интеллектуальные сельскохозяйственные приложения для обнаружения заморозков на посевах, анализа питательных веществ в почве или даже отслеживания домашнего скота.
Исследователи разработали раннее доказательство концепции этой модуляции обратного рассеяния, получившее третье место на конкурсе Nokia Bell Labs Prize в 2016 году. В то время Кимионис был докторантом в области технологий ECE штата Джорджия и работал с Тенцерисом в лаборатории ATHENA, которая разрабатывает новые технологии для электромагнитных, беспроводных, радиочастотных, миллиметровых и суб-терагерцовых диапазонов.
Ключевой фактор низкой стоимости: Производство добавок
Для Кимиониса прорыв в технологии обратного рассеяния отражает его цель «демократизировать коммуникации».
«На протяжении всей своей карьеры я искал способы сделать все виды связи более рентабельными и более энергоэффективными. Теперь, поскольку весь интерфейс нашего решения был создан с такой низкой сложностью, оно совместимо с печатной электроникой. Мы можем буквально напечатать антенную решетку миллиметрового диапазона, которая может поддерживать маломощный, простой и недорогой передатчик ».
Tentzeris считает, что доступная печать имеет решающее значение для обеспечения жизнеспособности своего рынка технологий обратного рассеяния. Технологический институт Джорджии является пионером в области струйной печати практически на всех материалах (бумаге, пластике, стекле, гибких / органических подложках) и был одним из первых исследовательских институтов, использовавших 3D-печать в миллиметровом диапазоне частот еще в 2002 году.