Novi odašiljač za energetski učinkovitije bežične uređaje

Američki istraživači s MIT-a i drugih sveučilišta dizajnirali su novi odašiljački čip koji značajno poboljšava energetsku učinkovitost bežične komunikacije, što bi moglo povećati domet i vijek trajanja baterije povezanog uređaja.

Njihov pristup koristi jedinstvenu modulacijsku shemu za kodiranje digitalnih podataka u bežični signal, što smanjuje količinu pogrešaka u prijenosu i dovodi do pouzdanije komunikacije.

Kompaktni, fleksibilni sustav mogao bi se ugraditi u postojeće IoT uređaje i poboljšati im performanse uz veću energetsku učinkovitost, a istovremeno bi mogao zadovoljiti stroge zahtjeve učinkovitosti budućih 6G tehnologija.

Svestranost čipa mogla bi ga učiniti prikladnim za niz primjena koje zahtijevaju pažljivo upravljanje energijom za komunikacije, poput industrijskih senzora koji kontinuirano prate tvorničke uvjete i pametnih uređaja koji pružaju obavijesti u stvarnom vremenu.

"Razmišljajući izvan okvira, stvorili smo učinkovitiji, inteligentniji sklop za uređaje sljedeće generacije koji je ujedno i bolji od najsuvremenijeg sklopa za postojeće arhitekture. Ovo je samo jedan primjer kako usvajanje modularnog pristupa koji omogućuje prilagodljivost može potaknuti inovacije na svim razinama", kaže Muriel Médard, profesorica softverske znanosti i inženjerstva na School of Science NEC, profesorica na MIT-ovom odjelu za elektrotehniku i računarstvo (EECS) i koautorica rada o novom odašiljaču, objavljenom u časopisu IEEE Xplore.

Optimizacija prijenosa

U bežičnim uređajima, odašiljač pretvara digitalne podatke u elektromagnetski signal koji se šalje putem zračnih valova do prijemnika. Odašiljač to čini mapiranjem digitalnih bitova u simbole koji predstavljaju amplitudu i fazu elektromagnetskog signala, što je proces koji se naziva modulacija.

Tradicionalni sustavi prenose signale koji su ravnomjerno raspoređeni stvaranjem ujednačenog uzorka simbola, što pomaže u izbjegavanju smetnji. No, toj ujednačenoj strukturi nedostaje prilagodljivosti i može biti neučinkovita, budući da su uvjeti bežičnog kanala dinamični i često se brzo mijenjaju.

Kao alternativa, optimalne modulacijske sheme slijede neujednačen uzorak koji se može prilagoditi promjenjivim uvjetima kanala, maksimizirajući količinu prenesenih podataka uz minimiziranje potrošnje energije.

No iako optimalna modulacija može biti energetski učinkovitija, ona je također podložnija pogreškama, posebno u prenatrpanim bežičnim okruženjima. Kada signali nisu ujednačene duljine, prijemniku može biti teže razlikovati simbole i šum koji se ugurao u prijenos.

Kako bi prevladao ovaj problem, MIT na svoj novi odašiljač dodaje dodatne bitove, tako da je svaki prijenos iste duljine.

To pomaže prijemniku da identificira početak i kraj svakog prijenosa, sprječavajući pogrešno tumačenje poruke. Pored toga uređaj odlikuje energetska učinkovitost korištenja neujednačene, optimalne modulacijske sheme.

Ovaj pristup funkcionira zahvaljujući tehnici koju su istraživači prethodno razvili, poznatoj kao GRAND, a to je univerzalni algoritam za dekodiranje koji dešifrira bilo koji kod pogađanjem šuma koji je utjecao na prijenos.

Ovdje koriste algoritam inspiriran GRAND-om za prilagodbu duljine primljenog prijenosa pogađanjem dodatnih bitova koji su dodani. Na taj način prijemnik može učinkovito rekonstruirati izvornu poruku.

"Sada, zahvaljujući GRAND-u, možemo imati odašiljač koji je sposoban obavljati ove učinkovitije prijenose s neujednačenim konstelacijama podataka i možemo vidjeti dobitke", kaže Médard.

Novi čip, koji ima kompaktnu arhitekturu koja istraživačima omogućuje integraciju dodatnih metoda za povećanje učinkovitosti, omogućio je prijenose s otprilike četvrtinom pogreške signala u odnosu na metode koje koriste optimalnu modulaciju, a uređaj je također postigao znatno niže stope pogrešaka od odašiljača koji koriste tradicionalnu modulaciju.

Ova inovativna arhitektura mogla bi se koristiti za poboljšanje energetske učinkovitosti i pouzdanosti trenutnih bežičnih komunikacijskih uređaja, a istovremeno bi nudila fleksibilnost za ugradnju u buduće uređaje koji koriste optimalnu modulaciju.