دانشمندان در Tokyo Tech یک گیرنده بی‌سیم ۲۵۶ عنصری برای ارتباطات ۵G طراحی کرده‌اند. این طراحی تازه دارای انتقال انرژی بی‌سیم کارآمد و راندمان تبدیل با توان بالا است که می‌تواند پوشش شبکه ۵G را حتی در مناطقی با انسداد لینک افزایش دهد. افزایش انعطاف‌پذیری و ناحیه پوشش به طور بالقوه می‌تواند ارتباطات پرسرعت و با تأخیر کم را در دسترس‌تر کند.

ارتباطات ۵G موج میلی‌متری که از سیگنال‌های رادیویی با فرکانس زیاد بالا (۲۴ تا ۱۰۰ گیگاهرتز) منفعت گیری می‌کند، یک فناوری امیدوارکننده برای نسل بعدی ارتباطات بی‌سیم است که شدت‌بالا، تأخیر کم و ظرفیت شبکه بزرگ را مشخص می کند. بااین‌حال، شبکه‌های ۵G جاری با دو چالش کلیدی روبرو می باشند. اولین مورد نسبت سیگنال به نویز پایین (SNR) است. SNR بالا برای ربط خوب زیاد مهم است. چالش دیگر انسداد لینک است که به اختلال در سیگنال بین فرستنده و گیرنده به علت موانعی همانند ساختمان‌ها اشاره دارد.

نسبت سیگنال به نویز (SNR – Signal to Noise ratio) معیاری برای نمایش مقدار سیگنال سودمند در روبه رو سیگنال مزاحم (یا نویز) در سیستم‌های الکتریکی است. این عدد، نسبت توان سیگنال به توان نویز است و آن را بر حسب دسی‌بل (dB) گفتن می‌کنند.

Beamforming یک فن کلیدی برای ارتباطات از راه دور با منفعت گیری از امواج میلی‌متری است که SNR را بهبود می‌بخشد. این فن از مجموعه‌ای از حسگرها برای متمرکز کردن سیگنال‌های رادیویی در یک پرتو باریک در یک‌جهت خاص همانند به تمرکز یک پرتو چراغ‌قوه روی یک نقطهT منفعت گیری می‌کند. بااین‌حال، محدود به ربط خط دید است، جایی که فرستنده‌ها و گیرنده‌ها باید در یک خط مستقیم باشند و سیگنال دریافتی می‌تواند به علت مانع ها افت یابد. علاوه بر این، بتن و مواد شیشه‌ای مدرن می‌توانند تلفات بسیاری در انتشار کردن تشکیل کنند. ازاین‌رو، نیاز سریع به یک سیستم رله غیر خط دید (NLoS) برای گسترش پوشش شبکه ۵G، به‌اختصاصی در داخل خانه وجود دارد.

برای رسیدگی به این مسائل، تیمی از محققان به سرپرستی دانشیار آتسوشی شیران از آزمایشگاه تحقیقات بین‌رشته‌ای آینده علم و فناوری در مؤسسه فناوری توکیو یک فرستنده گیرنده رله بی‌سیم تازه برای ۵G موج میلی‌متری ۲۸ گیگاهرتز طراحی کردند.

شیران در توضیح انگیزه پشت مطالعه خود می‌گوید: «پیش‌ازاین، برای ربط NLoS، دو نوع رله ۵G موردبررسی قرارگرفته است: یک نوع فعال و یک نوع باانرژی بی‌سیم. درحالی‌که رله فعال می‌تواند یک SNR خوب را حتی با تعداد مقداری آرایه یکسو کننده نگه داری کند، مصرف انرژی بالایی دارد. نوع بی‌سیم به منبع تغذیه اختصاصی نیاز ندارد اما به علت منفعت تبدیل کم، به آرایه‌های یکسو کننده بسیاری برای نگه داری SNR نیاز دارد و از دیودهای CMOS باراندمان تبدیل توان کمتر از ده درصد منفعت گیری می‌کند. طراحی ما در میانه منفعت گیری از مدارهای مجتمع نیمه‌هادی (IC) که به‌صورت تجاری در دسترس است، به مشکلات آن‌ها می‌پردازد.

فرستنده و گیرنده پیشنهادی شامل ۲۵۶ آرایه یکسو کننده با انتقال توان بی‌سیم ۲۴ گیگاهرتز (WPT) است. این آرایه‌ها شامل آی سی های مجزا، ازجمله دیودهای آرسنید گالیم و بالون‌ها می باشند که بین خطوط سیگنال متعادل و نامتعادل (bal-un)، سوئیچ‌های DPDT و آی سی های دیجیتال باهم ربط برقرار می‌کند. قابل‌ذکر است که فرستنده و گیرنده قادر به انتقال هم‌زمان داده و توان، تبدیل سیگنال ۲۴ گیگاهرتز (WPT) به جریان مستقیم (DC) و تسهیل انتقال و دریافت دوطرفه ۲۸ گیگاهرتز به‌طور هم‌زمان است. سیگنال ۲۴ گیگاهرتز در هر یکسو کننده به‌صورت جداگانه دریافت می‌شود، درحالی‌که سیگنال ۲۸ گیگاهرتز با منفعت گیری از شکل‌دهی پرتو ارسال و دریافت می‌شود. هر دو سیگنال را می‌توان از یک‌جهت یا جهت‌های گوناگون دریافت کرد و سیگنال ۲۸ گیگاهرتز را می‌توان با بازتاب مجدد با سیگنال آزمایشی ۲۴ گیگاهرتز یا در هر جهتی منتقل کرد.

آزمایش نشان داد که فرستنده گیرنده پیشنهادی می‌تواند بازده تبدیل توان ۵۴ درصد و منفعت تبدیل -۱۹ دسی‌بل، بالاتر از فرستنده گیرنده‌های معمولی و درعین‌حال نگه داری SNR در فواصل طویل، به دست آورد. علاوه بر این، نزدیک به ۵۶ میلی وات برق تشکیل می‌کند که با افزایش تعداد آرایه‌ها می‌توان آن را حتی زیاد تر افزایش داد. این این چنین می‌تواند وضوح پرتوهای انتقال و دریافت را بهبود بخشد. شیران در رابطه مزایای دستگاه خود می‌گوید: “فرستنده-گیرنده پیشنهادی می‌تواند به استقرار شبکه ۵G با موج میلی‌متری حتی در مکان‌هایی که پیوند مسدود شده است پشتیبانی کند و انعطاف‌پذیری نصب و منطقه تحت پوشش را بهبود بخشد.”

بخوانید: آیا گوشت‌های گیاهی سالم‌تر می باشند؟

بخوانید: ساخت تایر نانویی دوچرخه؛ ضد پنچری و مناسب زمین‌های ناهموار