智东西（公众号：zhidxcom）
编译 | 贞逸
编辑 | 云鹏
智东西7月6日(ri)消息，近日(ri)，佐治亚(ya)(ya)理工学(xue)院、诺基亚(ya)(ya)贝尔实验室(shi)和赫瑞瓦(wa)特大学(xue)的(de)研究人员已(yi)经找到了(le)一种实现低成(cheng)本反向散射无线电（backscatter radios）传(chuan)输(shu)的(de)方法，该方法能够让(rang)设备实现“GB每秒”的(de)5G传(chuan)输(shu)速度。
反向散射(she)技术是指设(she)备自身不产生(sheng)信号(hao)，但是通(tong)过反射(she)传输过来的信号(hao)，从而(er)达到(dao)信息交换的目的。反向散射(she)能够实现5G毫米(mi)波(bo)通(tong)信，但是毫米(mi)波(bo)的5G设(she)备成(cheng)本较高(gao)，其一般需要配置多个堆叠(die)晶体管（multiple stacked transistors）。
研究人(ren)员通过单晶体管高(gao)阶调制（Single-transistor high-order modulation）技(ji)术，减少了设备所需的晶体管数(shu)量。经过测试，这些无源(yuan)设备（passive devices）几(ji)乎(hu)可(ke)以在任何(he)环境中，安(an)全、稳健地传输数(shu)据。
该研究论(lun)文题目(mu)为《用于千兆数据速率(lv)反向散射(she)通信的印刷毫米波调(diao)制器和天线阵(zhen)列（A printed millimetre-wave modulator and antenna array for backscatter communications at gigabit data rates）》，该研究成果已于六月初在Nature Electronics杂(za)志上(shang)发表。
论文链接：
//www.nature.com/articles/s41928-021-00588-8
一、大幅减少晶体管的使用
一般情(qing)况(kuang)下，解(jie)决复杂通信(xin)问题可以通过增加堆叠晶(jing)体管(guan)来达成，但(dan)是这会拉高(gao)设(she)备(bei)(bei)成本。佐治亚理工学院博士 Ioannis (John) Kimionis 说：“我(wo)们的技(ji)术突破使得(de)设(she)备(bei)(bei)能(neng)够在(zai)没有(you)完(wan)整的毫米波无线电发射器的情(qing)况(kuang)下，通过毫米波 (mmWave) 频(pin)率进(jin)行5G通信(xin)。即使在(zai)低频(pin)率的电子(zi)产品中，只(zhi)需要容纳一个毫米波晶(jing)体管(guan)（single mmWave transistor）就能(neng)使用，例(li)如手(shou)机或 WiFi 中的那些设(she)备(bei)(bei)。”
通(tong)过对单晶体管(guan)高阶调(diao)制，研究人员就无需在反(fan)向散(san)射(she)通(tong)信器(qi)或毫米波收发器(qi)中添(tian)加额外的(de)混合级(ji)（mixing stages），能够将前端（front-end）复(fu)杂(za)性压缩到(dao)单个高频晶体管(guan)内，这(zhei)使得设备(bei)所需的(de)晶体管(guan)减少。佐治亚理工(gong)学(xue)院博士 Ioannis (John) Kimionis 表示，“我们的(de)产品可(ke)针对任何类型的(de)数字调(diao)制（digital modulation）进行扩(kuo)展(zhan)，并可(ke)应(ying)用于任何固定或移动设备(bei)。”
▲Ioannis (John) Kimionis
二、反向散射技术的突破拓展了5G使用场景的可能性
该(gai)技(ji)术(shu)能(neng)够(gou)拓(tuo)展了物(wu)联(lian)网5G的(de)应用(yong)，例(li)如(ru)能(neng)源收集（energy harvesting），乔(qiao)治亚理(li)工学院的(de)研究人员(yuan)最近展示了使用(yong)专门的(de)罗特曼透镜(jing)（Rotman lens）从各个方向收集5G电磁能(neng)量的(de)案例(li)。这证实了该(gai)技(ji)术(shu)具备了为其他传感器输电的(de)能(neng)力(li)。
佐(zuo)治(zhi)亚理工学(xue)院的(de)电(dian)气与计算机(ji)工程学(xue)院教授Emmanouil (Manos) Tentzeris表示(shi)，反向散射技术有广泛(fan)的(de)运用(yong)前景。包括利用(yong)零功率可(ke)穿戴/可(ke)植入传感器设备进(jin)行高速(su)个(ge)人区域网(wang)络(luo)（high-speed personal area networks）的(de)建(jian)设，该网(wang)络(luo)可(ke)以用(yong)于(yu)监测(ce)血(xue)液中的(de)含氧(yang)量，检测(ce)葡萄糖水平(ping)，监测(ce)心脏或(huo)脑电(dian)图的(de)功能。
反向(xiang)散射技术(shu)也可用(yong)于能(neng)够监控温度、化学成分、气体和湿度的智(zhi)能(neng)家居传感器之(zhi)中。在智(zhi)能(neng)农(nong)业方面(mian)，反向(xiang)散射技术(shu)亦能(neng)发挥作(zuo)用(yong)，如检测作(zuo)物霜冻，分析土(tu)壤养分，甚至跟踪牲畜。
三、增材制造使得该技术在市场上更有竞争力
Kimionis说：“整个前端的(de)解决方案（the whole front end of our solution）并不复(fu)杂，它能够(gou)被(bei)电(dian)子印刷技术(shu)所(suo)兼容(rong)。于是(shi)，我们(men)可(ke)以(yi)打印出一个毫米波天线阵列(lie)（mmWave antenna array），并使(shi)其能够(gou)在低功率(lv)、低复(fu)杂度和低成本的(de)发射机（transmitter）上(shang)使(shi)用。”
Tentzeris认(ren)为降低印刷制造成(cheng)本，使他(ta)们的反向(xiang)散(san)射(she)技术在市场上具有竞争力(li)。
结语：反向散射技术为5G物联网铺路
佐(zuo)治(zhi)亚理工学院、诺基(ji)亚贝尔实验室和赫瑞瓦特大学的研究人(ren)员创(chuang)造(zao)的反向散射技(ji)术能够通过对(dui)单(dan)晶体(ti)管进行高(gao)阶调制(zhi)，使(shi)设备减少(shao)对(dui)晶体(ti)管的需求来降低(di)成本。并且能够提升毫米波在5G通讯下的效果，减少(shao)信号衰弱。
该反向散射技(ji)术的突破(po)使得设(she)备能够成本在更低的情况(kuang)下，为5G物联(lian)网提供更具可扩展性和稳健性的通信系统。
来源：Tech Xplore
