Согласно последнему прогнозу Gartner, Inc., 5G+ (5G/после 5G) является самым быстрорастущим сегментом и единственной значительной возможностью для роста инвестиций на рынке инфраструктуры беспроводной сети. Но в настоящее время технологии 5G+ основаны на больших антенных решетках, которые, как правило, громоздки и имеют очень ограниченные размеры, что затрудняет их транспортировку и удорожает настройку.
Исследователи из Инженерного колледжа Технологического института Джорджии разработали новое и гибкое решение для решения этой проблемы. Их подход, основанный на аддитивном производстве плиток, позволяет создавать масштабируемые по запросу массивы смарт-оболочек с поддержкой 5G+ (5G/Beyond 5G), способных обеспечить работу практически на любой поверхности или объекте. Исследование, недавно опубликованное в Scientific Reports, описывает подход, который не только намного проще масштабировать и настраивать, чем существующие методы, но и не снижает производительность при сгибании или масштабировании.
«Обычно существует множество небольших беспроводных сетевых систем, работающих вместе, но они не масштабируемы. С помощью современных технологий вы не можете увеличивать, уменьшать или направлять пропускную способность, особенно на очень больших территориях», — сказал Тенцерис. «Возможность использовать и масштабировать этот новый подход на основе плитки делает это возможным».
Тенцерис говорит, что модульное приложение его команды, оснащенное возможностями 5G+, может оказать немедленное крупномасштабное воздействие, поскольку телекоммуникационная отрасль продолжает быстро переходить на стандарты для более быстрой связи с большей пропускной способностью и меньшей задержкой.
Создание плитки
В новом подходе Технологического института Джорджии гибкие и аддитивно изготовленные плитки собираются в единый гибкий нижний слой. Это позволяет прикреплять массивы плиток к множеству поверхностей. Архитектура также позволяет оперативно устанавливать очень большие сети фазированных/электронно управляемых антенных решеток 5G+. По словам Тенцериса, подключение массива тайлов к беспилотному летательному аппарату (БПЛА) — это даже возможность увеличить пропускную способность широкополосной связи в районах с низким уровнем покрытия.
В ходе исследования команда изготовила для проверки концепции гибкий массив плиток размером 5×5 сантиметров и обернула его вокруг кривизны радиусом 3,5 сантиметра. Каждая плитка включает в себя подрешетку антенны и интегральную схему формирования луча на нижележащем слое плитки для создания интеллектуальной оболочки, которая может беспрепятственно соединять плитки в очень большие антенные решетки и массивные многоканальные входы и множественные выходы (MIMO) — практика размещения двух или более антенн в одном беспроводном устройстве. Архитектуры массивов на основе плиток на жестких поверхностях с отдельными антенными элементами исследовались ранее, но они не включали модульность, аддитивную технологичность или гибкую реализацию дизайна Технологического института Джорджии.
Предлагаемый модульный подход к плитке означает, что плитки одинаковых размеров могут производиться в больших количествах и легко заменяются, что снижает затраты на настройку и ремонт. По сути, этот подход сочетает съемные элементы, модульность, высокую масштабируемость, низкую стоимость и гибкость в одной системе.
5G+ — это только начало
Хотя мозаичная архитектура продемонстрировала способность значительно улучшить технологии 5G+, ее сочетание гибких и конформных возможностей может применяться в самых разных средах, говорит команда Технологического института Джорджии.
«Форма и особенности каждой шкалы плитки могут быть уникальными и могут соответствовать различным диапазонам частот и уровням мощности», — сказал Тенцерис. «У одной могут быть коммуникационные возможности, у другой сенсорные возможности, а третья может быть плиткой сбора энергии для солнечной, тепловой или окружающей радиочастотной энергии. Применение структуры плитки не ограничивается коммуникациями».
Интернет вещей, виртуальная реальность, а также интеллектуальное производство/Индустрия 4.0 — технологичный подход, в котором используется подключенное к Интернету «интеллектуальное» оборудование для мониторинга и полной автоматизации производственного процесса — это дополнительные области применения, которые команда с удовольствием исследует. .
Теперь команда с нетерпением ждет возможности протестировать подход за пределами лаборатории на больших реальных структурах. В настоящее время они работают над изготовлением гораздо более крупных массивов плиток, полностью напечатанных с помощью струйной печати (более 256 элементов), которые будут представлены на предстоящем Международном микроволновом симпозиуме (IEEE IMS 2022) — флагманской конференции IEEE в области радиочастотной и микроволновой техники. На презентации IMS будет представлена новая версия мозаичной архитектуры большой площади, которая позволит собирать настраиваемые массивы плиток быстрым и недорогим способом для многочисленных конформных платформ и приложений с поддержкой 5G+.
Дополнительная информация: Xuanke He et al. Массивно масштабируемые MIMO и фазированные массивы на основе плиток для интеллектуальных оболочек с поддержкой 5G/B5G и реконфигурируемых интеллектуальных поверхностей, Scientific Reports (2022). DOI: 10.1038/s41598-022-06096-9
Изображения: Georgia Tech
Будьте в курсе в удобном формате, присоединяйтесь: TG-канал и ВК
Бесплатная служба распространения новостей для научных организаций и стартапов
hello@technovery.com