สัญญาของเครือข่าย 5G Internet of Things (IoT) นั้นต้องการระบบการสื่อสารที่ปรับขนาดได้และแข็งแกร่งมากขึ้น ซึ่งให้อัตราข้อมูลที่สูงขึ้นอย่างมากและการใช้พลังงานต่ออุปกรณ์ลดลงอย่างมาก
วิทยุสะท้อนกลับ—เซ็นเซอร์แบบพาสซีฟที่สะท้อนมากกว่าการแผ่รังสี—เป็นที่รู้จักจากการทำงานที่มีต้นทุนต่ำ ความซับซ้อนต่ำ และไม่ต้องใช้แบตเตอรี่ ทำให้เป็นกุญแจสำคัญที่มีศักยภาพสำหรับอนาคตนี้ แม้ว่าโดยทั่วไปแล้วจะมีอัตราข้อมูลต่ำและประสิทธิภาพการทำงานที่แข็งแกร่ง ขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อมโดยรอบ
นักวิจัยจากสถาบันจอร์เจียแห่ง เทคโนโลยี, Nokia Bell Labs และ Heriot-Watt University ได้ค้นพบวิธีที่ประหยัดสำหรับวิทยุกระจายกลับเพื่อรองรับการสื่อสารที่มีปริมาณงานสูงและการถ่ายโอนข้อมูลความเร็ว 5G Gb/วินาทีโดยใช้เพียงเครื่องเดียว ทรานซิสเตอร์ เมื่อก่อนหน้านี้มันต้องการทรานซิสเตอร์ที่มีราคาแพงและซ้อนกันหลายตัว
นักวิจัยได้แสดงให้เห็นว่าอุปกรณ์แบบพาสซีฟเหล่านี้สามารถถ่ายโอนข้อมูลได้อย่างปลอดภัยและมีประสิทธิภาพโดยใช้วิธีการมอดูเลตที่ไม่เหมือนใครในแบนด์วิดท์ 5G 24/28 กิกะเฮิรตซ์ (GHz)
ตามเนื้อผ้า การสื่อสาร mmWave เรียกว่าย่านความถี่สูงมาก ถือเป็น "ไมล์สุดท้าย" สำหรับบรอดแบนด์ โดยมีลิงก์ไร้สายแบบจุดต่อจุดและจุดต่อหลายจุด คลื่นความถี่นี้มีข้อดีหลายประการ รวมถึงแบนด์วิดท์ GHz ที่กว้าง ซึ่งช่วยให้มีอัตราการสื่อสารที่สูงมาก และความสามารถในการใช้อาร์เรย์เสาอากาศขนาดใหญ่ทางไฟฟ้า ทำให้สามารถบีมฟอร์มมิ่งได้ตามต้องการ อย่างไรก็ตาม ระบบ mmWave ดังกล่าวขึ้นอยู่กับส่วนประกอบและระบบที่มีต้นทุนสูง
การต่อสู้เพื่อความเรียบง่ายกับต้นทุน
โดยปกติแล้ว จะเป็นความเรียบง่ายเมื่อเทียบกับต้นทุน คุณสามารถทำสิ่งง่ายๆ ได้ด้วยสิ่งเดียว ทรานซิสเตอร์ หรือคุณต้องการทรานซิสเตอร์หลายตัวสำหรับคุณสมบัติที่ซับซ้อนมากขึ้น ซึ่งทำให้ระบบเหล่านี้มีราคาแพงมาก ตอนนี้เราได้ปรับปรุงความซับซ้อน ทำให้มีประสิทธิภาพมากแต่มีต้นทุนต่ำมาก ดังนั้นเราจึงได้รับสิ่งที่ดีที่สุดจากทั้งสองโลก
ความก้าวหน้าของเราคือสามารถสื่อสารผ่านความถี่ 5G/มิลลิเมตรคลื่น (mmWave) โดยไม่ต้องมีเครื่องส่งสัญญาณวิทยุ mmWave เต็มรูปแบบจริงๆ มีเพียงทรานซิสเตอร์ mmWave ตัวเดียวเท่านั้นที่จำเป็นพร้อมกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ความถี่ต่ำกว่ามาก เช่น อุปกรณ์ที่พบในโทรศัพท์มือถือหรือ อินเตอร์เน็ตไร้สาย อุปกรณ์ ความถี่ในการทำงานที่ต่ำกว่าทำให้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์มีการใช้พลังงานและต้นทุนซิลิคอนต่ำ งานของเราสามารถปรับขนาดได้สำหรับการมอดูเลตดิจิทัลทุกประเภท และสามารถนำไปใช้กับอุปกรณ์พื้นฐานหรืออุปกรณ์เคลื่อนที่ได้
นักวิจัยเป็นคนแรกที่ใช้วิทยุสะท้อนกลับสำหรับการสื่อสารด้วยอัตราข้อมูลกิกะบิต mmWave ขณะที่ลดความซับซ้อนของ front-end ให้เหลือทรานซิสเตอร์ความถี่สูงเพียงตัวเดียว ความก้าวหน้าของพวกเขารวมถึงการมอดูเลตและการเพิ่มความฉลาดให้กับสัญญาณที่ขับเคลื่อนอุปกรณ์
เราเก็บ RF front-end แบบเดียวกันเพื่อขยายอัตราข้อมูลโดยไม่ต้องเพิ่มทรานซิสเตอร์ลงในโมดูเลเตอร์ของเรา ซึ่งทำให้เป็นเครื่องสื่อสารที่ปรับขนาดได้ โดยเสริมว่าการสาธิตแสดงให้เห็นว่าทรานซิสเตอร์ mmWave ตัวเดียวสามารถรองรับรูปแบบการมอดูเลตได้หลากหลายได้อย่างไร
ขับเคลื่อนโฮสต์ของ 'สมาร์ท' IoT Sensors
เทคโนโลยีนี้เปิดโฮสต์ของแอปพลิเคชัน IoT 5G รวมถึงการเก็บเกี่ยวพลังงาน ซึ่งนักวิจัยของ Georgia Tech เพิ่งสาธิตการใช้เลนส์ Rotman เฉพาะที่รวบรวมพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้า 5G จากทุกทิศทาง
Tentzeris กล่าวว่าแอปพลิเคชันเพิ่มเติมสำหรับเทคโนโลยี backscatter อาจรวมถึงเครือข่ายพื้นที่ส่วนบุคคลความเร็วสูงที่ "แข็งแกร่ง" พร้อมเซ็นเซอร์ที่สวมใส่ได้ / ฝังได้เป็นศูนย์สำหรับการตรวจสอบระดับออกซิเจนหรือกลูโคสในเลือดหรือการทำงานของหัวใจ / EEG เซ็นเซอร์บ้านอัจฉริยะที่ตรวจสอบอุณหภูมิ สารเคมี ก๊าซ และความชื้น และการประยุกต์ใช้ทางการเกษตรอย่างชาญฉลาดสำหรับการตรวจจับน้ำค้างแข็งบนพืชผล การวิเคราะห์สารอาหารในดิน หรือแม้แต่การติดตามปศุสัตว์
นักวิจัยได้พัฒนาหลักฐานเบื้องต้นเกี่ยวกับแนวคิดของการมอดูเลตแบบกระจายย้อนกลับ ซึ่งได้รับรางวัลที่สามจากรางวัล Nokia Bell Labs Prize ประจำปี 2016 ในขณะนั้น Kimionis เป็นนักวิจัยระดับปริญญาเอกของ Georgia Tech ECE ที่ทำงานร่วมกับ Tentzeris ในห้องปฏิบัติการ ATHENA ซึ่งพัฒนาเทคโนโลยีใหม่สำหรับการใช้งานด้านแม่เหล็กไฟฟ้า ไร้สาย RF คลื่นมิลลิเมตร และคลื่นย่อยเทราเฮิร์ตซ์
ตัวเปิดใช้งานหลักของต้นทุนต่ำ: การผลิตแบบเติม
สำหรับ Kimionis ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยี backscatter สะท้อนถึงเป้าหมายของเขาในการ "ทำให้การสื่อสารเป็นประชาธิปไตย"
“ตลอดอาชีพการงานของฉัน ฉันได้มองหาวิธีที่จะทำให้การสื่อสารทุกประเภทประหยัดค่าใช้จ่ายและประหยัดพลังงานมากขึ้น ตอนนี้ เนื่องจากส่วนหน้าทั้งหมดของโซลูชันของเราถูกสร้างขึ้นที่ความซับซ้อนต่ำ จึงสามารถใช้งานร่วมกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่พิมพ์ออกมาได้ เราสามารถพิมพ์อาร์เรย์เสาอากาศ mmWave ที่สามารถรองรับเครื่องส่งสัญญาณที่ใช้พลังงานต่ำ ความซับซ้อนต่ำ และต้นทุนต่ำได้”
Tentzeris ถือว่าการพิมพ์ราคาไม่แพงเป็นสิ่งสำคัญในการทำให้ตลาดเทคโนโลยีการกระเจิงกลับกลายเป็นจริง Georgia Tech เป็นผู้บุกเบิกการพิมพ์อิงค์เจ็ทบนแทบทุกวัสดุ (กระดาษ พลาสติก แก้ว พื้นผิวที่ยืดหยุ่น/อินทรีย์) และเป็นหนึ่งในสถาบันวิจัยแห่งแรกที่ใช้การพิมพ์ 3 มิติที่มีช่วงความถี่สูงสุดมิลลิเมตรในปี 2002