Nuovi array di piastrelle abilitati al 5G+

I ricercatori della Georgia Tech hanno realizzato nuovi array di piastrelle altamente scalabili abilitati al 5G+.

Il 5G+ (5G/oltre il 5G) è il segmento in più rapida crescita e l'unica opportunità significativa per la crescita degli investimenti nel mercato delle infrastrutture di rete wireless, secondo le ultime previsioni di Gartner, Inc. (1) Ma attualmente le tecnologie 5G+ si basano su grandi array di antenne che sono tipicamente ingombranti e disponibili solo in dimensioni molto limitate, il che li rende difficili da trasportare e costosi da personalizzare.

I ricercatori del College of Engineering della Georgia Tech hanno sviluppato una soluzione nuova e flessibile per affrontare il problema. Il loro approccio basato su tile prodotto in modo additivo può costruire array on-demand altamente scalabili di skin intelligenti abilitati per 5G+ (5G/oltre 5G) con il potenziale per abilitare l'intelligenza su quasi qualsiasi superficie o oggetto. Lo studio, recentemente pubblicato su Scientific Reports, (2) descrive l'approccio, che non solo è molto più facile da ridimensionare e personalizzare rispetto alle pratiche attuali, ma non presenta alcun degrado delle prestazioni ogni volta che viene piegato o ridimensionato a un numero molto elevato di riquadri.

«In genere, ci sono molti sistemi di rete wireless più piccoli che lavorano insieme, ma non sono scalabili. Con le tecniche attuali, non è possibile aumentare, diminuire o dirigere la larghezza di banda, soprattutto per aree molto grandi», ha affermato il dottor Emmanouil M Tentzeris (3) docente presso la School of Electrical and Computer Engineering. (4) «Essere in grado di utilizzare e ridimensionare questo nuovo approccio basato su tessere lo rende possibile».

Il professor Tentzeris afferma che l'applicazione modulare del suo team dotata di funzionalità 5G+ ha il potenziale per un impatto immediato su larga scala poiché il settore delle telecomunicazioni continua a passare rapidamente agli standard per comunicazioni più veloci, con maggiore capacità e latenza inferiore.

COSTRUIRE LE PIASTRELLE

Nel nuovo approccio di Georgia Tech, le piastrelle flessibili e prodotte in modo additivo vengono assemblate su un unico strato sottostante flessibile. Ciò consente di attaccare le matrici di piastrelle a una moltitudine di superfici. L'architettura consente inoltre di installare al volo reti di array di antenne 5G+ phased/orientabili elettronicamente molto grandi. Secondo Tentzeris, collegare un array di piastrelle a un veicolo aereo senza pilota (UAV) è persino una possibilità per aumentare la capacità della banda larga in aree a bassa copertura.

Nello studio, il team ha fabbricato una matrice flessibile di piastrelle di 5 × 5 centimetri di prova del concetto e l'ha avvolta attorno a una curvatura del raggio di 3,5 centimetri. Ogni piastrella include un sottoarray di antenne e un circuito integrato beamforming su uno strato di piastrellatura sottostante per creare una skin intelligente in grado di interconnettere senza soluzione di continuità le piastrelle in array di antenne molto grandi e enormi multiple-input multiple-outputs (MIMOs) - la pratica dell'alloggiamento due o più antenne all'interno di un unico dispositivo wireless. Architetture di array basate su piastrelle su superfici rigide con elementi ad antenna singola sono state studiate in precedenza, ma non includono la modularità, la producibilità additiva o l'implementazione flessibile del design Georgia Tech.

L'approccio modulare proposto per le piastrelle prevede che le piastrelle di dimensioni identiche possono essere prodotte in grandi quantità e facilmente sostituibili, riducendo i costi di personalizzazione e riparazione. In sostanza, questo approccio combina elementi rimovibili, modularità, enorme scalabilità, basso costo e flessibilità in un unico sistema.

5G+ È SOLO L'INIZIO

Sebbene l'architettura di piastrellatura abbia dimostrato la capacità di migliorare notevolmente le tecnologie 5G+, la sua combinazione di capacità flessibili e conformi ha il potenziale per essere applicata in numerosi ambienti diversi, afferma il team di Georgia Tech.

Il dottor Emmanouil M Tentzeris dice che «La forma e le caratteristiche di ciascuna scala di piastrelle possono essere singolari e possono adattarsi a diverse bande di frequenza e livelli di potenza. Uno potrebbe avere capacità di comunicazione, un altro capacità di rilevamento e un altro potrebbe essere una piastrella per la raccolta di energia per l'energia RF solare, termica o ambientale. L'applicazione del quadro delle piastrelle non si limita alle comunicazioni».

Internet delle cose, realtà virtuale e produzione intelligente/Industria 4.0, un approccio basato sulla tecnologia che utilizza macchinari “intelligenti” connessi a Internet per monitorare e automatizzare completamente il processo di produzione, sono ulteriori aree di applicazione che il team è entusiasta di esplorare.

«La scalabilità di massa delle tile-architecture’s rende le sue applicazioni particolarmente diverse e virtualmente onnipresenti. Dalle strutture delle dimensioni di dighe ed edifici, a macchinari o automobili, fino ai dispositivi indossabili per il monitoraggio della salute individuale», ha affermato il professor Tentzeris. «Ci stiamo muovendo in una direzione in cui tutto sarà coperto da una sorta di smart skin conforme wireless che comprende un sistema di comunicazione o un'antenna che consente un monitoraggio efficace».

Il team ora non vede l'ora di testare l'approccio al di fuori del laboratorio su grandi strutture del mondo reale. Attualmente, i ricercatori stanno lavorando alla fabbricazione di array di piastrelle stampati a getto d'inchiostro molto più grandi (oltre 256 elementi) che saranno presentati al prossimo International Microwave Symposium (IEEE IMS 2022), la conferenza IEEE di punta sull'ingegneria RF e microonde. La presentazione dell'IMS introdurrà una nuova versione dell'architettura per aree di grandi dimensioni basate su piastrelle che consentirà l'assemblaggio di array di piastrelle personalizzabili in modo rapido ed economico per numerose piattaforme conformi e applicazioni abilitate 5G+.

Informazioni sul Georgia Institute of Technology

Il Georgia Institute of Technology, o Georgia Tech, è una delle prime 10 università pubbliche di ricerca che sviluppano leader che fanno avanzare la tecnologia e migliorano la condizione umana. L'Istituto offre diplomi in economia, informatica, design, ingegneria, arti liberali e scienze. I suoi quasi 40.000 studenti in rappresentanza di 50 stati e 149 paesi studiano nel campus principale di Atlanta, nei campus in Francia e Cina e attraverso l'apprendimento a distanza e online. In qualità di università tecnologica leader, Georgia Tech è un motore di sviluppo economico per la Georgia, il sud-est e la nazione, conducendo oltre 1 miliardo di dollari di ricerca all'anno per il governo, l'industria e la società.

Riferimenti:

(1) Gartner Forecasts Worldwide 5G Network Infrastructure Revenue to Grow 39% in 2021

(2) Tile-based massively scalable MIMO and phased arrays for 5G/B5G-enabled smart skins and reconfigurable intelligent surfaces

(3) Emmanouil M Tentzeris

(4) School of Electrical and Computer Engineering

Descrizione foto:

Foto sinistra: Genaro Soto Valle, Manos Tentzeris, Kexin Hu e Yepu Cui con gli array di piastrelle di prova realizzativa e gli array di piastrelle stampati a getto d'inchiostro. - Credit: Georgia Tech.

Foto destra: Due array di piastrelle di prova fabbricati sono mostrati insieme a due array di piastrelle stampati a getto d'inchiostro, che il team presenterà al prossimo Simposio internazionale delle microonde a giugno 2022. - Credit: Georgia Tech.

Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: The Future of 5G+ Infrastructure Could be Built Tile by Tile