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物联网催生无线技术新标准

着眼于物联网(Internet of Things,IoT)的发展前景,业界正致力于研究从无线充电到毫米波雷达等一切应用的各种新兴无线技术;根据比利时微电子研究中心(IMEC)的研究人员们表示,目前的最新任务就涉及了其中的几项连网标准。

新的802.11ah标准用于1km范围内执行超过900MHz的低功率 Wi-Fi ,是最被看好的新式无线电。「我们认为这项新标准是 IoT 应用于具有 Wi-Fi 路由器的智慧家庭与建筑物时的最佳选择,」在Holst Center主导一项超低功耗无线研究计划的负责人Kathleen Philips表示。Holst Center是IMEC在荷兰的合作夥伴。

家庭建筑物自动化市场一直存在各种彼此之间不相容的无线协议,包括 EnOcean 、 6LoWPAN 、 WirelessHART 、 ANT 与 RF4CE 等,大多都要求采用各家自有的闸道器。Philips指出,「对于 Wi-Fi 定义的扩展可望为这些市场带来催化剂,因为它将采用现有的基础架构进行通讯,解决互通性的问题。」

Philips的团队正在设计一款新的.11ah晶片,目标是能够以12mW峰值功耗与5mW接收器功耗,达到在1km范围内传送100kbit/s的距离。「由于这有希望成为新的大众市场,供应商将可在成本、电池寿命、耐用性和距离方面进行差异化,」她说。

Holst也正致力于研究距离可达5-10公尺的远场 RF 无线充电技术,期望用于取代需要线圈紧密耦合的感应充电技术。新的远场 RF 无线充电技术是专门针对无法轻易移动以配合感应技术、也无法取得其他能源的 IoT 装置而设计。

「以3W等效全向辐射功率(EIRP)在915MHz频段传输,我们可以从最远达5公尺以外的能量来源连续采集到30mW,」Phillips描述她的团队目前的工作进展。

此外,Holst的研究团队也正着手开发一种功耗为5.1mW的无线个人区域网路,它具有-95dBm的灵敏度,可支援 Bluetooth 4.0 、 IEEE 802.15.4 与 Zigbee 协议。此外,该团队也致力于一种专为智慧建筑打造的无线技术,该技术在接收模式时的接收功耗为4mW,具有-120dBM的灵敏度,以及支援多种协议。

研究人员们看好毫米波无线技术将带来广泛的大量应用。

在高阶领域,IMEC的另一组研究人员们看好60-90GHz亳米波频谱将催生许多大量市场应用,从汽车雷达到5G无线链路。

IMEC在今年初发布其于79GHz雷达收发器的研究进展,采用28nm CMOS制程的79GHz雷达收发器当时可实现超过10%的效率。如今,该团队正测量最新的工作进展,期望将该收发器整合于2平方公分的相位阵列天线SoC中。

IMEC无线研究小组科学总监Liesbet Van der Perre表示,这种毫米波设计将从大规模 MIMO 天线的新进展中受益。她预期有2020个基地台可利用该技术以1.17Gbit/s

提供回程网路连接,而功耗约90W。相较于目前的基地台在270Mbit/s时的功耗约700W,这一技术已大幅进展。

IMEC正主导一项与欧盟(EU)合作的研究计划,旨在为大规模 MIMO 所用的演算法、DSP与射频开发核心技术。「它并不是典型的MIMO,而是一种新的机制,而且十分具有破坏性,」她说。

另外,Van der Perre还讨论了针对 5G 可重配置10Gbit/s射频模组的初期研究工作。这项 5G 技术将整合过去在基频、收发器以及频率可调的前端模组等方面的研究成果。

该小组的工作重点在于 CMOS ——她声称 CMOS 可望在20nm制程节点时达到毫米波的性能。

IMEC认为,CMOS将在20nm时达到SiGe毫米波性能。