اختراع ژاپنی‌ها جلوی مسدودیت اینترنت را می‌گیرد!

دانشمندان در Tokyo Tech یک گیرنده بی سیم 256 عنصری برای ارتباطات 5G طراحی کرده اند. این طراحی جدید دارای انتقال انرژی بی‌سیم کارآمد و راندمان تبدیل انرژی بالا است که می‌تواند پوشش شبکه 5G را حتی در مناطقی با اتصالات با مشکل گسترش دهد. افزایش انعطاف پذیری و منطقه پوشش به طور بالقوه می تواند ارتباطات پرسرعت و کم تاخیر را مقرون به صرفه تر کند.

ارتباطات موج میلی متری 5G، که از سیگنال های رادیویی با فرکانس بسیار بالا (24 تا 100 گیگاهرتز) استفاده می کند، یک فناوری امیدوارکننده برای نسل بعدی ارتباطات بی سیم است که با سرعت بالا، تاخیر کم و ظرفیت شبکه بزرگ مشخص می شود. با این حال، شبکه های 5G فعلی با دو چالش کلیدی روبرو هستند. اولین مورد نسبت سیگنال به نویز پایین (SNR) است. SNR بالا برای ارتباط خوب بسیار مهم است. چالش دیگر پارازیت لینک است که به قطع سیگنال بین فرستنده و گیرنده به دلیل موانعی مانند ساختمان ها اشاره دارد.

نسبت سیگنال به نویز (SNR) اندازه گیری میزان سیگنال مفید در مقابل سیگنال تداخلی (یا نویز) در سیستم های الکتریکی است. این عدد نسبت قدرت سیگنال به توان نویز است و بر حسب دسی بل (dB) بیان می شود.

Beamforming یک تکنیک کلیدی برای ارتباطات از راه دور با استفاده از امواج میلی متری است که SNR را بهبود می بخشد. این فن از مجموعه‌ای از حسگرها برای متمرکز کردن سیگنال‌های رادیویی در یک پرتو باریک در یک جهت خاص استفاده می‌کند، شبیه به تمرکز پرتو چراغ قوه بر روی نقطه T. با این حال، محدود به ارتباط خط دید است، جایی که فرستنده ها و گیرنده ها باید در یک خط مستقیم باشند و سیگنال دریافتی می تواند توسط موانع تخریب شود. علاوه بر این، مواد بتن و شیشه مدرن می توانند باعث تلفات انتشار زیادی شوند. بنابراین، نیاز فوری به یک سیستم رله غیر خط دید (NLoS) برای گسترش پوشش شبکه 5G، به ویژه در داخل خانه وجود دارد.

برای رسیدگی به این مسائل، تیمی از محققان به سرپرستی دانشیار آتسوشی شیران از آزمایشگاه تحقیقاتی بین رشته‌ای علوم و فناوری آینده در موسسه فناوری توکیو یک گیرنده رله بی‌سیم جدید برای موج 5G میلی‌متری 28 گیگاهرتز طراحی کردند.

شیران در توضیح انگیزه پشت تحقیق خود می‌گوید: قبلاً دو نوع رله 5G برای ارتباط NLoS مورد بررسی قرار گرفته‌اند: نوع فعال و نوع بی‌سیم. در حالی که رله فعال می تواند SNR خوبی را حتی با تعداد کمی آرایه یکسو کننده حفظ کند، مصرف انرژی بالایی دارد. نوع بی سیم به منبع تغذیه اختصاصی نیاز ندارد، اما به دلیل بهره تبدیل کم، به آرایه های یکسو کننده بزرگ برای حفظ SNR نیاز دارد و از دیودهای CMOS با راندمان تبدیل توان کمتر از ده درصد استفاده می کند. طراحی ما با استفاده از مدارهای مجتمع نیمه هادی (IC) که به صورت تجاری در دسترس است، به این مسائل می پردازد.

فرستنده و گیرنده پیشنهادی از 256 آرایه یکسو کننده با انتقال توان بی سیم 24 گیگاهرتز (WPT) تشکیل شده است. این آرایه ها شامل آی سی های مجزا، از جمله دیودها و بالون های آرسنید گالیم است که خطوط سیگنال متعادل و نامتعادل (bal-un)، سوئیچ های DPDT و آی سی های دیجیتال را به هم متصل می کنند. شایان ذکر است که فرستنده و گیرنده قادر به انتقال همزمان داده و توان، تبدیل سیگنال 24 گیگاهرتز (WPT) به جریان مستقیم (DC) و تسهیل انتقال و دریافت دو طرفه همزمان 28 گیگاهرتز است. سیگنال 24 گیگاهرتز در هر یکسو کننده به صورت جداگانه دریافت می شود، در حالی که سیگنال 28 گیگاهرتز توسط شکل دهی پرتو ارسال و دریافت می شود. هر دو سیگنال را می توان از یکسان یا از جهت های مختلف دریافت کرد و سیگنال 28 گیگاهرتز را می توان با سیگنال آزمایشی 24 گیگاهرتز یا در هر جهت به عقب ارسال کرد.

این آزمایش نشان داد که فرستنده و گیرنده پیشنهادی می‌تواند به بازده تبدیل توان 54 درصد و ضریب تبدیل -19 دسی‌بل، بالاتر از فرستنده‌های گیرنده معمولی دست یابد، در حالی که SNR مسافت طولانی را حفظ می‌کند. علاوه بر این، حدود 56 مگاوات برق تولید می کند که با افزایش تعداد آرایه ها می توان آن را حتی بیشتر کرد. این همچنین می تواند وضوح پرتوهای ارسال و دریافت را بهبود بخشد. شیران درباره مزایای دستگاه خود می‌گوید: «فرستنده گیرنده پیشنهادی می‌تواند به استقرار شبکه‌های 5G موج میلی‌متری حتی در مکان‌هایی که اتصال مسدود است، کمک کند و انعطاف‌پذیری نصب و منطقه تحت پوشش را بهبود بخشد.»

منبع: سرگرمی روز