تتقدم رقاقة إنترنت الأشياء في MIT 5G إنترنت الأشياء

يعد مكون رقاقة جديد صممه باحثو معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا بتوسيع نطاق إنترنت الأشياء إلى 5G. يمثل الاكتشاف دفعة أوسع لتكنولوجيا إنترنت الأشياء المستندة إلى 5 جرام-باستخدام زمن الوصول المنخفض وكفاءة الطاقة والكفاءة في الطاقة ، والقدرة على اتصال الجهاز الضخم. يشير البحث الجديد أيضًا إلى خطوة مهمة نحو التطبيقات التي تشمل شاشات صحية أصغر منخفضة الطاقة ، والكاميرات الذكية ، وأجهزة الاستشعار الصناعية ، على سبيل المثال.

على نطاق أوسع ، فإن احتمال نقل إنترنت الأشياء إلى 5G يعني أن المزيد من الأشياء يمكن أن تتصل بسرعة أكبر بسرعات بيانات أكبر محتملة وتصريف بطارية أقل. وهذا يعني أيضًا أن الدوائر أكثر صعوبة وأكثر تعقيدًا ستحتاج إلى أن تكون خلف تدفقات البيانات.

والقيام بكل هذا باستخدام معايير 5G بدلاً من شبكات 4G/LTE أو Wi-Fi المكافئة تعني أن إنترنت الأشياء يعني توسيع نطاقه ونطاقه. إنها تتحرك إلى ما وراء عمليات نشر إنترنت الأشياء المتواضعة نسبيًا إلى شبكات أوسع تضم إمكانية لمئات العقد أو أكثر.

ومع ذلك ، لتوضيح Soroush Araei ، مرشح الدكتوراه في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا في الهندسة الكهربائية وعلوم الكمبيوتر ، لا يعني IOT-5G أن كل عقدة في شبكة ستحصل فجأة على رقم هاتفها الخاص.

يقول آري: “الهدف الرئيسي هنا هو أن لديك جهاز استقبال إذاعي واحد يمكن إعادة استخدامه لتطبيقات مختلفة”. “لديك قطعة واحدة من الأجهزة مرنة ، ويمكنك ضبطها عبر نطاق تردد واسع في البرنامج.”

باستخدام 5G المعايير بدلاً من 5G ، تتيح الشبكات اللاسلكية لأجهزة إنترنت الأشياء أن تصل إلى قفزة التردد ، ورشاقة طاقة البطارية ، واستخدام حيل الاتصالات الضخمة التي تسمح بما يصل إلى مليون جهاز لكل كيلومتر مربع.

كيف تصنع رقاقة IoT 5G

من ناحية أخرى ، كانت حقيقة أن مطوري إنترنت الأشياء حتى الآن بطيئًا في تبني 5G ، تمامًا مدى صعوبة تحدي الأجهزة.

يقول إريك كلومبيرنك ، أستاذ مشارك في تصميم IC في جامعة ترينسي في هولندا: “بالنسبة لإنترنت الأشياء ، فإن كفاءة الطاقة أمر بالغ الأهمية”. “تريد أداءً لائقًا لقيادة منخفضة للغاية -[using] بطارية صغيرة أو حتى حصاد الطاقة. “

ولكن مع وجود المزيد والمزيد من الأجهزة التي يتم ربطها بمزيد من الشبكات ، 5G أو غير ذلك ، فإن المخاوف الأخرى تتعلق برؤوسها أيضًا.

يقول فيتو جيانيني ، زميل تقني في تقنيات أشباه الموصلات في أوستن ، تكساس: “في عالم مشبع بشكل متزايد بالإشارات اللاسلكية ، يمثل التداخل مشكلة كبيرة”. (لم يشارك Giannini ولا Klumperink في أبحاث مجموعة معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا.)

باستخدام معايير 5G يحتمل أن يعالج كلتا القضيتين ، كما يقول Araei. على وجه التحديد ، يعتمد التقنية الجديدة لمجموعة معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا على نسخة مخففة من 5G تم تطويرها بالفعل لإنترنت الأشياء والتطبيقات الأخرى. يطلق عليه 5G انخفاض السعة (أو 5G RedCAP).

يقول: “يمكن لاستقبال 5G RedCap IoT القفز عبر الترددات”. “لكن ليس من المطلوب أن يكونوا منخفضين في الفئة 5G من الدرجة الأولى [including smartphones]”

على النقيض من ذلك ، فإن أبسط شريحة إنترنت الأشياء التي تستخدم Wi-Fi تعتمد على نطاق تردد واحد-ربما 2.5 أو 5 جيجاهيرتز-ويمكن أن تستغرق الأمر إذا كانت العديد من الأجهزة الأخرى تستخدم نفس القناة.

ومع ذلك ، يتطلب التنقل في التردد أجهزة اتصالات راديو قوية يمكنها التبديل بسرعة بين قنوات التردد حسب توجيهات الشبكة ومن ثم ضمان توافق القفزات التردد مع تعليمات الشبكة والتوقيت.

هذا كثير من أجهزة وبرامج ذكاء معبأة في شريحة صغيرة قد تكون مجرد واحدة من مئات الحركات الملصقة على المنصات عبر مستودع كامل.

لكن ميزات مثل هذه هي مجرد المقبلات ، كما يقول Araei.

إن محور أي شريحة RedCAP 5G قابلة للحياة هو الأجهزة التي يمكنها العمل بمرونة عبر مجموعة من الترددات ، مع الحفاظ على ميزانية طاقة صغيرة وتكلفة إجمالية متواضعة للجهاز. (لا يمكن استخدام تقنية مجموعة MIT إلا لتلقي الإشارات الواردة ؛ ستكون هناك حاجة إلى مكونات رقاقة أخرى للنقل عبر مجموعة واسعة مماثلة من الترددات.)

هنا قام الباحثون بسحب بعض الحيل من عالم الدوائر التناظرية وإلكترونيات الطاقة. ولكن بدلاً من المكونات الكثيفة ذات الطبقات والمكدس مثل المكثفات الخزفية ، يدمج العمل الحالي هذه الحيل في نظام على الرقاقة لتصغير قفز تردد الترددات الترددات الترويجية بثمن بخس وكفاءة. قدم الباحثون عملهم الشهر الماضي في ندوة الدوائر المتكاملة لترددات IEEE Radio Circuits في سان فرانسيسكو.

يقول آري: “هذا نوع من شبكة مكثف التبديل”. “أنت تقوم بتشغيل وإيقاف هذه المكثفات بطريقة دورية بشكل متتابع ، والتي تسمى” بنية المسار “. هذا يمنحك بشكل عام مرشح تمرير منخفض. “

مما يعني أنه بدلاً من استخدام مكثف واحد في الدائرة ، استخدم الفريق ضفة المكثفات المصغرة لتدفق وإيقافها مع احتياجات نطاق التردد الذي يتم استلامه في الدائرة.

ولأنهم يمكن أن يضعوا كل هذا السحرة المرشح للترددات في الواجهة الأمامية من الدائرة ، قبل أن يمس مكبر الصوت الإشارة ، فإن الفريق يبلغ عن كفاءته العالية في منع التداخل. مقارنةً بأجهزة استقبال إنترنت الأشياء التقليدية ، فإنهم يمكنهم أن تقوم بدائرهم بتصفية تداخل أكثر 30 مرة ، مع القيام بذلك باستخدام ميليوات أحادي الرقبة فقط من الطاقة.

وبعبارة أخرى ، يبدو أن المجموعة صممت بعض دوائر مستقبل IoT الفعالة ذات الطاقة المنخفضة 5G. إذن من يمكنه تصميم جهاز إرسال ذكي مماثل؟

يقول Klumperink إن كلاهما ، وسيكون شخص ما في يوم من الأيام يعملان في العمل. يقول: “هناك حجج يجب تقديمها لإنترنت الأشياء (أو 6G)”. “نظرًا لأن الطيف يتم تخصيصه وإدارته بشكل أفضل من اتصالات Wi-Fi مخصصة.”

إن تشغيل إنترنت الأشياء أكثر من 5 جرام يعني العمل مع متطلبات الطاقة المنخفضة للغاية. تستهلك شريحة فريق معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا أقل من ميليوات بينما لا تزال ترشح إشارات غريبة.soroush araei

هل هذه هي الأشياء من رقائق IoT 5G القادمة؟

يقول Klumperink إن دوائر مجموعة معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا يمكن تصنيعها في رقاقة رئيسية.

يقول Klumperink: “لا أرى عقبات كبيرة حيث يتم تنفيذ الدائرة في تقنية CMOS السائدة”. (تتطلب دوائر المجموعة عملية تصنيع 22 نانومتر فقط ، لذلك لن تحتاج إلى أن تكون مسبك حافة النزيف بأي امتداد.)

يقول Araei إن الفريق يهدف بجوار العمل على التخلص من الحاجة إلى بطارية أو مصدر طاقة مخصص آخر.

“هل من الممكن التخلص من مصدر الطاقة هذا وتسخير الطاقة من الموجات الكهرومغناطيسية الموجودة في البيئة؟” araei يسأل.

يقول إنهم يأملون أيضًا في تمديد نطاق التردد لتقنية المتلقي لتغطية نطاق التردد الكامل لإشارات 5G. يقول: “في هذا النموذج الأولي ، تمكنا من تحقيق ترددات منخفضة تبلغ 250 ميجاهاتز تصل إلى 3 جيجا هرتز”. “هل من الممكن تمديد نطاق التردد هذا ، دعنا نقول ما يصل إلى 6 جيجا هرتز ، لتغطية نطاق 5G بأكمله؟”

يقول جيانيني ، إذا كان من الممكن تطهير هذه العقبات القادمة المختلفة ، فمن المحتمل أن تظهر مجموعة من التطبيقات في الأفق على المدى القريب. يقول عن عمل مجموعة معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا: “إنه يوفر ميزة للتنقل ، وقابلية التوسع ، وتغطية آمنة على نطاق واسع في سيناريوهات متوسطة النطاق متوسطة النطاق”. ويضيف أن قابلية التكيف 5G IoT للدائرة الجديدة يمكن أن تجعل التكنولوجيا مناسبة تمامًا لها ، كما يقول ، “أجهزة الاستشعار الصناعية ، وبعض الأجهزة القابلة للارتداء ، والكاميرات الذكية”.