Радиоприемники обратного рассеяния покоряют 5G.

Перспективы сетей Интернета вещей (IoT) 5G требуют более масштабируемых и надежных систем связи — таких, которые обеспечат значительно более высокую скорость передачи данных и меньшее энергопотребление на устройство.

Радиоприемники обратного рассеяния — пассивные датчики, которые отражают, а не излучают энергию — известны своей дешевизной, простотой и возможностью работы без батарей. Последнее, собственно, является ключевым для них свойством. Обычно такие датчики имеют низкую скорость передачи данных, а их производительность сильно зависит от окружающей среды.

Исследователи из Технологического института Джорджии, Nokia Bell Labs и Университета Гериот-Ватта нашли недорогой способ для радиостанций обратного рассеяния поддерживать высокопроизводительную связь и передачу данных со скоростью 5 Гбит/с, используя всего один транзистор. Раньше для этого требовались дорогостоящие многослойные транзисторы .

Используя уникальный подход к модуляции в диапазоне частот 5G 24/28 гигагерц (ГГц), исследователи показали, что эти пассивные устройства могут безопасно и надежно передавать данные практически из любой среды. О результатах исследования было сообщено в начале этого месяца в журнале Nature Electronics.

Традиционно связь в диапазоне миллиметровых волн, называемом диапазоном крайне высоких частот, считается последним этапом для широкополосной связи с прямыми беспроводными линиями «точка-точка» и «точка-многоточка». Этот диапазон спектра обладает многими преимуществами, включая широкую доступную полосу пропускания в ГГц, что позволяет обеспечить очень большие скорости связи, и возможность реализации больших антенных решеток, обеспечивающих возможности формирования луча по требованию. Однако такие системы зависят от дорогостоящих компонентов и систем.

Борьба за простоту против стоимости

«Как правило, это была борьба между простотой и стоимостью. Вы могли либо делать очень простые вещи с помощью одного транзистора, либо вам требовалось несколько транзисторов для более сложных функций, что делало эти системы очень дорогими», — говорит Эммануил (Манос) Тенцерис, профессор Кен Байерс в области гибкой электроники в Школе электротехники и вычислительной техники (ECE) Georgia Tech. «Теперь мы повысили сложность системы, сделав ее очень мощной, но при этом очень дешевой «.

«Наш прорыв заключается в том, что мы можем осуществлять связь на частотах 5G/миллиметровых волн (ммВолны), не имея на самом деле полностью ммВолнового радиопередатчика — необходим только один ммВолновый транзистор, а также электроника с гораздо более низкой частотой, такая как в сотовых телефонах или устройствах WiFi. Более низкая рабочая частота позволяет снизить энергопотребление электроники и стоимость кремния», — добавил ведущий автор работы Иоаннис (Джон) Кимионис, ныне работающий техническим сотрудником в Nokia Bell Labs. «Наша работа масштабируема для любого типа цифровой модуляции и может быть применена в любом стационарном или мобильном устройстве».

Исследователи стали первыми, кто использовал радиостанцию обратного рассеяния для гигабитной скорости передачи данных в ммВолнах, при этом минимизировав сложность передней панели до одного высокочастотного транзистора. Их прорыв включал в себя модуляцию, а также добавление большего интеллекта в сигнал, который управляет устройством.

«Мы сохранили тот же радиочастотный фронт для увеличения скорости передачи данных без добавления новых транзисторов в наш модулятор, что делает его масштабируемым коммуникатором», — сказал Кимионис, добавив, что их демонстрация показала, как один транзистор ммВолны может поддерживать широкий спектр форматов модуляции.

Питание множества «умных» датчиков IoT

Технология открывает множество приложений для IoT 5G, включая сбор энергии, что недавно продемонстрировали исследователи из Georgia Tech, используя специализированную линзу Ротмана, которая собирает электромагнитную энергию 5G со всех направлений.

Тентцерис сказал, что дополнительные приложения для технологии обратного рассеяния могут включать «прочные» высокоскоростные персональные сети с носимыми/имплантируемыми датчиками с нулевым энергопотреблением для мониторинга уровня кислорода или глюкозы в крови или функций сердца/ЭЭГ; датчики «умного дома» для мониторинга температуры, химических веществ, газов и влажности; и «умные» сельскохозяйственные приложения для обнаружения заморозков на посевах, анализа питательных веществ в почве или даже отслеживания скота.

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 экономичными и более энергоэффективными. Теперь, поскольку вся ключевая часть нашего проекта была создана на таком низком уровне сложности, она совместима с печатной электроникой. Мы можем буквально напечатать антенную решетку для ммВолны, которая может поддерживать передатчик с низким энергопотреблением, низкой сложностью и низкой стоимостью».

Энергоэффективность? Мы знаем толк в этой теме. Если сокращение потребления энергии является и вашей целью и работой, то доменное имя .energy вам идеально подойдет.