诺基亚贝尔实验室开发出千兆速度的反向散射装置

NOKIA BELL LABS/HERRIOT-WATT UNIVERSITY/GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY/NATURE ELECTRONICSMillimeter wave backscatter communicator flexible prototype with an integrated pHEMT transistor front-end and patch antenna array

反向散射无线电对反射信号中的数据进行编码,以提供消耗尽可能少的能量的无线通信,但它们可能受到较差数据速率的限制。一项新的研究发现,现在诺基亚贝尔实验室(Nokia Bell Labs)的科学家和他们的同事已经开发出了具有千兆速度的反向散射收音机,在新兴的物联网和其他设备中有潜在的应用。

传统无线电产生自己的信号,而反向散射无线电通过对反射信号进行微小的改变来传输数据。这种方法需要最少数量的有源元件,保证了简单、低成本的无电池操作。

然而,后向散射无线电通常采用的低频率以及它们用于在反射信号中编码数据的策略通常限制了它们的数据速率。

例如,射频识别(radio-frequency identification,RFID)标签通常使用亚千兆赫频率的反向散射无线电,其传输数据的速率仅为千比特每秒。在WiFi和蓝牙经常使用的2.4ghz频率下,反向散射一般限制在每秒数百兆比特。

现在,科学家们已经开发出一种反向散射无线电,其工作频率为24到28gb毫米波,这种无线电用于即将推出的5G手机。新设备能够在0.5米的距离上以每秒2千兆比特的速率传输数据,每比特仅消耗0.17皮焦。这意味着它需要的功率比标准无线电少数千倍,而常用的毫米波无线电组件消耗600至700毫瓦的功率,新设备使用的功率约为0.5毫瓦。

新装置由一个天线阵列和一个高频晶体管组成。晶体管可以施加电压或不施加电压,使天线分别接收或反射输入信号。

新设备使用的高频无线电波使其能够以同样高的速率传输数据。研究人员还实施了比通常使用反向散射无线电更复杂的数据编码策略,以帮助支持高数据率。

然而,这种新设备工作的毫米波无线电信号很容易被空气、墙壁和许多其他障碍物吸收。科学家们调整了天线和晶体管的组成和几何结构,以帮助解释和减少这些损耗。

更复杂的数据编码方案可以提高数据速率,“虽然通信距离会减少,”研究合著者Spyridon Daskalakis说,他是苏格兰爱丁堡赫瑞瓦特大学的电气和计算机工程师,“因此,我们可以获得每秒10千兆比特,但距离将是厘米,或者你可以选择较低的数据速率,但距离更大。”

新设备的潜在应用包括短距离和低功耗的高数据速率。“例如,你可以想象把手机放在阅读器附近,几秒钟内就能传输千兆字节的数据,从而从手机上传输大量照片,” Daskalakis表示,“你也可以想象这有助于在车内传输数据。”

研究人员说,位于背向散射无线电核心的单个晶体管非常简单,可以在柔性聚合物背板上使用喷墨打印银纳米粒子油墨来制造,大大降低了制造成本和制作新设备原型所需的时间。

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