MIT의 IoT 칩은 5G 사물 인터넷을 발전시킵니다

MIT 연구원들이 설계 한 새로운 칩 구성 요소는 사물 인터넷의 범위를 5G로 확장 할 것을 약속합니다. 이 발견은 5G 기반 IoT 기술에 대한 광범위한 푸시를 나타냅니다. 통신 표준의 낮은 대기 시간, 에너지 효율 및 대규모 장치 연결 용량을 사용합니다. 새로운 연구는 또한 소규모 저전력 건강 모니터, 스마트 카메라 및 산업 센서를 포함하는 응용 프로그램을 향한 중요한 단계를 시행합니다.

보다 광범위하게, IoT를 5G로 옮기는 전망은 잠재적으로 더 큰 데이터 속도와 배터리 배출량이 줄어든 더 많은 것들이 더 빠르게 연결될 수 있음을 의미합니다. 또한 더 까다 롭고 복잡한 회로가 데이터 스트림 뒤에서 멀리 떨어져 있어야한다는 것을 의미합니다.

그리고 동등한 4G/LTE 또는 Wi-Fi 네트워크보다는 5G 표준을 사용 하여이 모든 작업을 수행하면 IoT가 범위와 범위를 확장하고 있음을 의미합니다. 상대적으로 겸손한 크기의 IoT 배포를 넘어 수백 개의 노드 이상의 잠재력을 자랑하는 광범위한 네트워크로 이동하고 있습니다.

그러나 명확히하기 위해 박사 학위 인 Soroush Araei는 말합니다. 전기 공학 및 컴퓨터 과학의 MIT 후보 인 IoT-Over-5G가 네트워크의 모든 노드가 갑자기 자체 전화 번호를 얻는다는 것을 의미하지는 않습니다.

Araei는“여기서 주요 목표는 다른 응용 프로그램에 대해 재사용 할 수있는 단일 라디오 수신기가 있다는 것입니다. “유연한 하드웨어 단일 하드웨어가 있으며 소프트웨어의 넓은 주파수 범위에서 조정할 수 있습니다.”

5g 사용 표준 5G 무선 네트워크 대신 IoT 장치가 주파수 홉을 만들고 배터리 전원을 모으고 제곱 킬로미터 당 최대 1 백만 개의 장치를 허용하는 대규모 연결 트릭을 사용할 수 있습니다.

5G IoT 칩을 만드는 방법

반면에, IoT 개발자가 지금까지 5G를 채택하는 데 느리게 필요하다는 사실은 하드웨어 문제가 얼마나 어려운지 강조합니다.

네덜란드 Enschede에있는 Twente University의 IC Design 부교수 인 Eric Klumperink 부교수 인 Eric Klumperink는“IoT의 경우 전력 효율성이 중요합니다. “매우 저전력에 대한 괜찮은 라디오 성능을 원합니다.[using] 작은 배터리 또는 에너지 수확.”

그러나 점점 더 많은 장치가 점점 더 많은 네트워크, 5G 이상으로 연결되면 다른 문제도 머리를 뒤로 젖 힙니다.

텍사스 오스틴의 L & T 반도체 기술 기술 연구원 인 Vito Giannini는“무선 신호로 점점 더 포화되고있는 세계에서는 간섭이 큰 문제입니다. (Giannini 나 Klumperink는 MIT 그룹의 연구에 관여하지 않았습니다.)

Araei는 5G 표준을 사용하면 두 가지 문제가 모두 해결 될 수 있다고 말했다. 특히 MIT Group의 새로운 기술은 이미 IoT 및 기타 응용 프로그램을 위해 개발 된 5G의 슬림 한 버전에 의존한다고 말합니다. 이를 5G 감소 용량 (또는 5G REDCAP)이라고합니다.

“5G RedCap IoT 수신기는 주파수를 가로 질러 이동할 수 있습니다.”라고 그는 말합니다. “그러나 그들은 최상위 5G 응용 프로그램만큼 긴장감이 필요하지 않습니다. [including smartphones].”

대조적으로, Wi-Fi를 사용하는 가장 간단한 IoT 칩은 단일 주파수 대역 (2.5 또는 5 Gigahertz)에 의존하며 다른 많은 장치가 동일한 채널을 사용하는 경우 잠재적으로 압류 할 수 있습니다.

그러나 주파수 호핑에는 네트워크를 지시하는 주파수 채널간에 빠르게 전환 할 수있는 강력한 무선 통신 하드웨어가 필요하며 주파수 홉이 네트워크 명령 및 타이밍과 일치하도록합니다.

그것은 전체 창고를 가로 지르는 팔레트에 부착 된 수백 개의 미세한 장치 중 하나 일 수있는 작은 칩에 포장 된 많은 하드웨어 및 소프트웨어 스마트입니다.

그러나 이와 같은 기능은 전채 일 뿐이라고 Araei는 말합니다.

실행 가능한 5G RedCap 칩의 중심은 다양한 주파수에 걸쳐 유연하게 작동하는 한편, 여전히 작은 전력 예산과 장치의 전체 비용을 유지할 수있는 하드웨어입니다. (MIT 그룹의 기술은 들어오는 신호를받는 데만 사용할 수 있습니다. 유사하게 광범위한 주파수를 가로 질러 전송하기 위해 다른 칩 구성 요소가 필요합니다.)

여기서 연구원들은 아날로그 회로와 전력 전자 제품의 세계에서 몇 가지 트릭을 뽑았습니다. 그러나 세라믹 커패시터와 같이 대량 구성 요소가 겹쳐지고 쌓이는 대신, 본 작업은 이러한 트릭을 온칩 시스템에 통합하여 RF 주파수 호출을 저렴하고 효율적으로 소형화합니다. 연구원들은 지난 달 샌프란시스코의 IEEE Radio Frequency Integrated Circuits Symposium에서 자신의 작업을 발표했습니다.

Araei는“이것은 일종의 전환 대응 장치 네트워크입니다. “이 커패시터를 정기적으로 순차적으로 켜고 끄므로 ‘N-Path 구조’라고합니다. 그것은 일반적으로 저역 통과 필터를 제공합니다.”

즉, 회로에 단일 커패시터를 사용하지 않고, 팀은 소형 커패시터 뱅크를 사용하여 회로에서 수신되는 주파수 범위의 요구와 조화를 이루기 위해 튕겨서 깜박입니다.

또한이 주파수 필터링 마법사를 회로의 프론트 엔드에 넣을 수 있기 때문에 앰프가 신호에 닿기 전에 팀은 간섭을 차단하는 데 높은 효율을보고합니다. 기존의 IoT 수신기와 비교할 때 회로는 단일 자리 밀리 와트의 전력 만 사용하면서 30 배의 간섭을 필터링 할 수 있다고보고합니다.

다시 말해, 그룹은 매우 효과적인 저전력 5G IoT 수신기 회로를 설계 한 것으로 보입니다. 그렇다면 누가 비슷한 영리한 송신기를 설계 할 수 있습니까?

Klumperink는이 두 가지를 모두하고 언젠가 누군가가 사업을 할 것이라고 말했다. “IoT-Over-5G (또는 6G)에 대한 주장이있다”고 그는 말한다. “스펙트럼은 Ad Hoc Wi-Fi 연결보다 더 잘 할당되고 관리되기 때문입니다.”

5G 이상의 사물 인터넷을 실행한다는 것은 매우 낮은 전력 요구 사항으로 작동하는 것을 의미합니다. MIT 팀의 칩은 밀리 와트 미만을 소비하면서 외부 신호를 필터링합니다.SOROUSH ARAEI

이것이 5G IoT 칩의 물건입니까?

Klumperink는 MIT 그룹의 회로가 주류 칩 팹에서 제조 될 수 있다고 말했다.

Klumperink는“회로가 주류 CMOS 기술에서 구현되면 큰 장애물이 보이지 않습니다. (이 그룹의 회로는 22 나노 미터 제조 공정 만 필요하므로 어떤 스트레치에 의해 출혈에 대한 엣지 파운드리 일 필요는 없습니다.)

Araei는이 팀이 배터리 또는 기타 전용 전원 공급 장치가 필요하지 않은 작업을 목표로하고 있다고 말했다.

“전원 공급 장치를 제거하고 기본적으로 환경의 기존 전자기파에서 전원을 활용할 수 있습니까?” Araei가 묻습니다.

그는 또한 수신기 기술의 주파수 범위를 5G 신호의 전체 주파수 범위를 커버하기 위해 확장하기를 희망한다고 말합니다. “이 프로토 타입에서 우리는 최대 3GHz에서 250 메가 헤르츠의 저주파를 달성 할 수있었습니다.”라고 그는 말합니다. “전체 5G 범위를 커버하기 위해 최대 6GHz까지 해당 주파수 범위를 확장 할 수 있습니까?”

Giannini는 이러한 다양한 장애물을 청산 할 수 있다면 다양한 응용 프로그램이 단기적 지평에 나타날 수 있다고 말합니다. MIT Group의 작업에 대해“이는 미드 레인지 및 중간 대역의 시나리오에서 이동성, 확장 성 및 보안 광범위한 지역 커버리지에 대한 이점을 제공합니다. 그는 새로운 회로의 5G IoT 적응성이 기술을“산업 센서, 일부 웨어러블 및 스마트 카메라”에 적합하게 만들 수 있다고 덧붙였다.