便携且真正无线的智能家居设备、低功耗可穿戴设备和无电池智能设备,这些物联网的巨大进步都有可能实现,因为加州大学圣地亚哥分校的电气工程师开发出了一种超低功耗的WiFi无线网卡。
这种无线网卡封装在比米粒还小的芯片上,功率只有28微瓦。它可以使物联网设备与WiFi网络通信,其功率仅为现有无线网卡的1/5000。同时,这种新的无线网卡可以在最长21米的范围内以每秒2兆的速度传输数据,足以传输YouTube的音乐和大部分视频。
图8集成在一个小芯片里的超低功耗无线网卡,它的面积只有1.5平方毫米,右边米粒是参考尺度(来源:David Baillot/UCSD)
该团队在2月16日至20日在三藩市举行的2020年IEEE国际固态电路峰会(ISSCC 2020)期间展示了其工作。
加州大学圣地亚哥分校的电气和计算机工程教授Dinesh Bharadia说:“你可以将手机、智能设备,甚至小型相机或各种传感器连接到芯片上,它可以将设备中的数据直接发送到附近的WiFi网络。一颗纽扣电池只能用好几年。”
照片Dinesh Bharadia教授拿着一块电路板,黑点下的组件是新的无线网卡(图片来源:ucsd)
商用无线网卡通常会消耗数百毫瓦的功率来连接物联网设备和WiFi。因此,WiFi兼容设备需要配备大电池,经常充电或连接其他外部电源才能保持运行。
与巴拉迪亚教授共同领导这项工作的加州大学圣地亚哥分校教授帕特里克·梅塞尔说:“这种无线网卡的功率足够低。从现在开始,我们就不用考虑把物联网设备嵌入墙内使用了。未来会有更多更小、完全无线的物联网设备。”
想象一下,有了这个新的无线网卡,一个便携式的Google Home设备,我们可以随身携带,使用几年而不用考虑充电,而不是在断电前拔掉电源几个小时。
梅塞尔教授补充说:“新的无线网卡还可以连接目前没有连接到物联网的设备,因为它们无法满足现有WiFi的电力需求。比如烟雾报警器,而且它的电池更换也不会太麻烦。”
这种新的无线网卡使用一种称为反向散射的技术来传输数据,因此它以非常低的功耗运行。它从附近的设备(如智能手机)或WiFi接入点获取传入的WiFi信号,修改信号并在信号上编码自己的数据,然后将信号反射到另一个设备的不同WiFi通道或接入点。
图3 .后向散射过程的图示(来源:ucsd)
这项工作是基于低功率WiFi无线电技术。Bharadia教授一直从事这项技术的研发,并在斯坦福大学获得博士学位。在这项工作中,他与梅塞尔教授合作开发了这种低功耗的WiFi无线电。他们通过构建一个名为唤醒接收器的组件来实现超低功耗。只有当它需要与WiFi信号通信时,它才会“唤醒”WiFi无线电,因此它可以在其余时间保持低功耗睡眠模式,在这种模式下,仅消耗3微瓦的功率。
图ߘ·巴拉迪亚(中)与研究生罗希特·库马尔(左)和马尼迪普·邓纳(右)一起展示两个Wi-Fi兼容设备之间的Wi-Fi无线电反向散射的设备(来源:ucsd)
研究团队对这项技术的改进还包括反向散射数据的定制集成电路,这使得整个系统更小、更高效,从而使他们的WiFi无线网卡能够在更长的通信范围内运行(21m)。研究人员表示,21米是智能家居环境中操作的实用距离。
梅塞尔教授说,“我们在这里展示了一种实用的芯片设计,它实际上可以应用于小型低功耗设备。”
该研究成果已经发表,论文标题为“一种可以通过单边带QPSK反向散射通信技术与商品WiFi接收机通信的A28W IOT标签”。
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