اختراع ژاپنی ها جلوی مسدودیت اینترنت را می گیرد!

به گزارش تین نیوز به نقل از خبرآنلاین، دانشمندان در Tokyo Tech یک گیرنده بی سیم ۲۵۶ عنصری برای ارتباطات ۵G طراحی کرده اند. این طراحی جدید دارای انتقال انرژی بی سیم کارآمد و راندمان تبدیل با توان بالا است که می تواند پوشش شبکه ۵G را حتی در مناطقی با انسداد لینک افزایش دهد. افزایش انعطاف پذیری و ناحیه پوشش به طور بالقوه می تواند ارتباطات پرسرعت و با تأخیر کم را در دسترس تر کند.

ارتباطات ۵G موج میلی متری که از سیگنال های رادیویی با فرکانس بسیار بالا (۲۴ تا ۱۰۰ گیگاهرتز) استفاده می کند، یک فناوری امیدوارکننده برای نسل بعدی ارتباطات بی سیم است که سرعت بالا، تأخیر کم و ظرفیت شبکه بزرگ را نشان می دهد. بااین حال، شبکه های ۵G 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 انسداد لینک است که به اختلال در سیگنال بین فرستنده و گیرنده به دلیل موانعی مانند ساختمان ها اشاره دارد.

توضیحات خبرآنلاین: نسبت سیگنال به نویز (SNR - Signal to Noise ratio) معیاری برای نمایش میزان سیگنال مفید در مقابل سیگنال مزاحم (یا نویز) در سیستم های الکتریکی است. این عدد، نسبت توان سیگنال به توان نویز است و آن را بر حسب دسی بل (dB) بیان می کنند.

Beamforming یک فن کلیدی برای ارتباطات از راه دور با استفاده از امواج میلی متری است که SNR را بهبود می بخشد. این فن از مجموعه ای از حسگرها برای متمرکز کردن سیگنال های رادیویی در یک پرتو باریک در یک جهت خاص شبیه به تمرکز یک پرتو چراغ قوه روی یک نقطهT استفاده می کند. بااین 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 به دلیل موانع کاهش یابد. علاوه بر این، بتن و مواد شیشه ای مدرن می توانند تلفات زیادی در انتشار ایجاد کنند. ازاین رو، نیاز فوری به یک سیستم رله غیر خط دید (NLoS) برای گسترش پوشش شبکه ۵G، به ویژه در داخل خانه وجود دارد.

برای رسیدگی به این مسائل، تیمی از محققان به سرپرستی دانشیار آتسوشی شیران از آزمایشگاه تحقیقات بین رشته ای آینده علم و فناوری در مؤسسه فناوری توکیو یک فرستنده گیرنده رله بی سیم جدید برای ۵G موج میلی متری ۲۸ گیگاهرتز طراحی کردند.

شیران در توضیح انگیزه پشت مطالعه خود می گوید: «پیش ازاین، برای ارتباط NLoS، دو نوع رله ۵G موردبررسی قرارگرفته است: یک نوع فعال و یک نوع باانرژی بی سیم. درحالی که رله فعال می تواند یک SNR خوب 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 زیادی برای حفظ SNR نیاز دارد و از دیودهای CMOS باراندمان تبدیل توان کمتر از ده درصد استفاده می کند. طراحی ما در حین استفاده از مدارهای مجتمع نیمه هادی (IC) که به صورت تجاری در دسترس است، به مشکلات آن ها می پردازد.

فرستنده و گیرنده پیشنهادی شامل ۲۵۶ آرایه یکسو کننده با انتقال توان بی سیم ۲۴ گیگاهرتز (WPT) است. این آرایه ها شامل آی سی های مجزا، ازجمله دیودهای آرسنید گالیم و بالون ها هستند که بین خطوط سیگنال متعادل و نامتعادل (bal-un)، سوئیچ های DPDT و آی سی های دیجیتال باهم ارتباط برقرار می کند. قابل ذکر است که فرستنده و گیرنده قادر به انتقال هم زمان داده و توان، تبدیل سیگنال ۲۴ گیگاهرتز (WPT) به جریان مستقیم (DC) و تسهیل انتقال و دریافت دوطرفه ۲۸ گیگاهرتز به طور هم زمان است. سیگنال ۲۴ گیگاهرتز در هر یکسو کننده به صورت جداگانه دریافت می شود، درحالی که سیگنال ۲۸ گیگاهرتز با استفاده از شکل دهی پرتو ارسال و دریافت می شود. هر دو سیگنال را می توان از یک جهت یا جهت های مختلف دریافت کرد و سیگنال ۲۸ گیگاهرتز را می توان با بازتاب مجدد با سیگنال آزمایشی ۲۴ گیگاهرتز یا در هر جهتی منتقل کرد.

آزمایش نشان داد که فرستنده گیرنده پیشنهادی می تواند بازده تبدیل توان ۵۴ درصد و بهره تبدیل -۱۹ دسی بل، بالاتر از فرستنده گیرنده های معمولی و درعین حال حفظ SNR در فواصل طولانی، به دست آورد. علاوه بر این، حدود ۵۶ میلی وات برق تولید می کند که با افزایش تعداد آرایه ها می توان آن را حتی بیشتر افزایش داد. این همچنین می تواند وضوح پرتوهای انتقال و دریافت را بهبود بخشد. شیران در مورد مزایای دستگاه خود می گوید: "فرستنده-گیرنده پیشنهادی می تواند به استقرار شبکه ۵G با موج میلی متری حتی در مکان هایی که پیوند مسدود شده است کمک کند و انعطاف پذیری نصب و منطقه تحت پوشش را بهبود بخشد."

منبع: scitechdaily