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 که دارای مشکل لینک هستند، گسترش دهد. افزایش انعطاف پذیری و منطقه پوشش می تواند ارتباطات پرسرعت و کم تاخیر را آسان تر کند.

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

نسبت سیگنال به نویز (SNR – نسبت سیگنال به نویز) معیاری برای نشان دادن میزان سیگنال مفید در برابر سیگنال (یا نویز) مزاحم 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 فناوری کلیدی برای ارتباطات موج میلی متری است که نسبت سیگنال به نویز (SNR) را بهبود می بخشد. پروانه 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 یک نقطه T و گیرنده ها باید در یک خط مستقیم باشند و می توانند سیگنال دریافتی را به دلیل وجود موانع کاهش دهند. علاوه بر این، بتن و مواد شیشه ای مدرن می توانند باعث تلفات قابل توجهی در انتشار گازهای گلخانه ای 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 تحقیقات بین رشته‌ای علوم و فناوری آینده در موسسه فناوری توکیو، فرستنده و گیرنده رادیویی 5G 28 گیگاهرتزی جدید طراحی کرده‌اند.

شیران در توضیح انگیزه پشت مطالعه خود می گوید: قبلاً برای ارتباطات NLoS دو نوع رله 5G مورد مطالعه قرار می گرفت: نوع فعال و نوع رادیویی. 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 نسبت سیگنال به نویز (SNR) نیاز دارد و از دیودهای CMOS با راندمان تبدیل توان کمتر از ده استفاده می کند. درصد طراحی ما با استفاده از مدارهای مجتمع نیمه هادی (ICs) تجاری موجود، 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 آرایه‌ها شامل مدارهای مجتمع گسسته، از جمله دیودهای آرسنید گالیم، بالون‌های اتصال خطوط سیگنال متعادل و نامتعادل (bal-un)، سوئیچ‌های DPDT و آی‌سی‌های دیجیتال هستند. قابل ذکر است که فرستنده و گیرنده قادر به انتقال داده و توان به طور همزمان، تبدیل سیگنال 24 گیگاهرتز (WPT) به جریان مستقیم (DC) و تسهیل انتقال و دریافت دو طرفه همزمان در 28 گیگاهرتز است. سیگنال 24 گیگاهرتز در هر یکسو کننده به طور جداگانه دریافت می شود، در حالی که سیگنال 28 گیگاهرتز با استفاده از شکل دهی پرتو ارسال و دریافت می شود. هر دو سیگنال را می توان از یک جهت یا از جهات مختلف دریافت کرد و سیگنال 28 گیگاهرتز را می توان با انعکاس برگشتی با یک سیگنال آزمایشی 24 گیگاهرتز یا در هر جهت ارسال کرد.

آزمایش نشان داد که فرستنده و گیرنده پیشنهادی می تواند بازده تبدیل توان 54 درصد و بهره تبدیل 19- dBm را به دست آورد که بالاتر از فرستنده گیرنده های سنتی است، در حالی که نسبت سیگنال به نویز (SNR) را در فواصل طولانی حفظ می کند. علاوه بر این، حدود 56 مگاوات برق تولید می کند که با افزایش تعداد آرایه ها می توان آن را بیشتر افزایش داد. این همچنین می تواند دقت ارسال و دریافت بسته ها را بهبود بخشد. شیران درباره مزایای دستگاه خود می‌گوید: «فرستنده گیرنده پیشنهادی می‌تواند به استقرار شبکه‌های موج میلی‌متری 5G حتی در مکان‌هایی که پیوند مسدود است، کمک کند، انعطاف‌پذیری نصب و منطقه تحت پوشش را بهبود بخشد.

منبع: خبرآنلاین