近日，佐治亞理工學院、諾基亞貝爾實驗室和赫瑞瓦特大學的研究人員已經(jīng)找到了一種實現(xiàn)低成本反向散射無線電（backscatter radios）傳輸?shù)姆椒ǎ摲椒軌蜃屧O備實現(xiàn)“GB 每秒”的 5G 傳輸速度。

反向散射技術是指設備自身不產(chǎn)生信號，但是通過反射傳輸過來的信號，從而達到信息交換的目的。反向散射能夠實現(xiàn) 5G 毫米波通信，但是毫米波的 5G 設備成本較高，其一般需要配置多個堆疊晶體管（multiple stacked transistors）。

研究人員通過單晶體管高階調(diào)制（Single-transistor high-order modulation）技術，減少了設備所需的晶體管數(shù)量。經(jīng)過測試，這些無源設備（passive devices）幾乎可以在任何環(huán)境中，安全、穩(wěn)健地傳輸數(shù)據(jù)。

該研究論文題目為《用于千兆數(shù)據(jù)速率反向散射通信的印刷毫米波調(diào)制器和天線陣列（A printed millimetre-wave modulator and antenna array for backscatter communications at gigabit data rates）》，該研究成果已于六月初在 Nature Electronics 雜志上發(fā)表。

一、大幅減少晶體管的使用

一般情況下，解決復雜通信問題可以通過增加堆疊晶體管來達成，但是這會拉高設備成本。佐治亞理工學院博士 Ioannis (John) Kimionis 說：“我們的技術突破使得設備能夠在沒有完整的毫米波無線電發(fā)射器的情況下，通過毫米波 (mmWave) 頻率進行 5G 通信。即使在低頻率的電子產(chǎn)品中，只需要容納一個毫米波晶體管（single mmWave transistor）就能使用，例如手機或 WiFi 中的那些設備。”

通過對單晶體管高階調(diào)制，研究人員就無需在反向散射通信器或毫米波收發(fā)器中添加額外的混合級（mixing stages），能夠將前端（front-end）復雜性壓縮到單個高頻晶體管內(nèi)，這使得設備所需的晶體管減少。佐治亞理工學院博士 Ioannis (John) Kimionis 表示，“我們的產(chǎn)品可針對任何類型的數(shù)字調(diào)制（digital modulation）進行擴展，并可應用于任何固定或移動設備。

▲ Ioannis (John) Kimionis

二、反向散射技術的突破拓展了 5G 使用場景的可能性

該技術能夠拓展了物聯(lián)網(wǎng) 5G 的應用，例如能源收集（energy harvesting），喬治亞理工學院的研究人員最近展示了使用專門的羅特曼透鏡（Rotman lens）從各個方向收集 5G 電磁能量的案例。這證實了該技術具備了為其他傳感器輸電的能力。

佐治亞理工學院的電氣與計算機工程學院教授 Emmanouil (Manos) Tentzeris 表示，反向散射技術有廣泛的運用前景。包括利用零功率可穿戴/可植入傳感器設備進行高速個人區(qū)域網(wǎng)絡（high-speed personal area networks）的建設，該網(wǎng)絡可以用于監(jiān)測血液中的含氧量，檢測葡萄糖水平，監(jiān)測心臟或腦電圖的功能。

反向散射技術也可用于能夠監(jiān)控溫度、化學成分、氣體和濕度的智能家居傳感器之中。在智能農(nóng)業(yè)方面，反向散射技術亦能發(fā)揮作用，如檢測作物霜凍，分析土壤養(yǎng)分，甚至跟蹤牲畜。

三、增材制造使得該技術在市場上更有競爭力

Kimionis 說：“整個前端的解決方案（the whole front end of our solution）并不復雜，它能夠被電子印刷技術所兼容。于是，我們可以打印出一個毫米波天線陣列（mmWave antenna array），并使其能夠在低功率、低復雜度和低成本的發(fā)射機（transmitter）上使用。”

Tentzeris 認為降低印刷制造成本，使他們的反向散射技術在市場上具有競爭力。

結語：反向散射技術為 5G 物聯(lián)網(wǎng)鋪路

佐治亞理工學院、諾基亞貝爾實驗室和赫瑞瓦特大學的研究人員創(chuàng)造的反向散射技術能夠通過對單晶體管進行高階調(diào)制，使設備減少對晶體管的需求來降低成本。并且能夠提升毫米波在 5G 通訊下的效果，減少信號衰弱。

該反向散射技術的突破使得設備能夠成本在更低的情況下，為 5G 物聯(lián)網(wǎng)提供更具可擴展性和穩(wěn)健性的通信系統(tǒng)。