Novo Transmissor pode Tornar Dispositivos Sem Fio mais Eficientes em Termos de Energia
Crédito:iStock
Pesquisadores do MIT e seus colaboradores desenvolveram um chip transmissor inovador que aumenta significativamente a eficiência energética da comunicação sem fio. Esse avanço pode estender tanto o alcance quanto a vida útil da bateria dos dispositivos conectados.
O chip utiliza uma técnica de modulação diferenciada para codificar dados digitais em sinais sem fio, o que ajuda a minimizar erros de transmissão e resulta em uma comunicação mais confiável.
Seu design compacto e adaptável permite sua integração aos atuais dispositivos de internet das coisas (IoT) para melhorias imediatas de desempenho, além de atender às demandas energéticas mais rigorosas previstas para as futuras redes 6G.
Graças à sua flexibilidade, o chip é ideal para aplicações de comunicação com consumo de energia sensível, como sensores industriais que monitoram constantemente as condições da fábrica ou aparelhos inteligentes que enviam alertas em tempo real.
“Adotamos uma abordagem não convencional e construímos um circuito mais inteligente e eficiente para dispositivos de última geração — um que supera até mesmo sistemas legados”, afirma Muriel Médard, Professora de Ciência e Engenharia de Software do NEC no MIT. “Isso demonstra como uma estratégia de design modular e adaptável pode fomentar a inovação em todos os níveis.”
Médard foi coautor do estudo com o autor principal Timur Zirtiloglu, Arman Tan, Basak Ozaydin, Ken Duffy e Rabia Tugce Yazicigil. A pesquisa foi recentemente apresentada no Simpósio de Circuitos de Radiofrequência do IEEE.
Aprimorando a Eficiência da Transmissão
Em dispositivos sem fio, os transmissores convertem informações digitais em sinais eletromagnéticos que viajam pelo ar até um receptor. Isso envolve um processo chamado modulação, em que bits digitais são mapeados para símbolos que definem a amplitude e a fase do sinal.
Os sistemas convencionais usam símbolos uniformemente espaçados para criar um padrão consistente, o que ajuda a reduzir a interferência. No entanto, essa estrutura regular não é flexível e pode ser ineficiente, pois os ambientes sem fio costumam ser imprevisíveis e mudam rapidamente.
Para resolver esse problema, métodos de modulação mais avançados usam padrões não uniformes que podem se ajustar em tempo real às mudanças nas condições do canal. Isso permite maior taxa de transferência de dados com menor consumo de energia.
Apesar desses benefícios, as técnicas de modulação otimizada são mais propensas a erros, principalmente em ambientes sem fio com ruído ou congestionados. O espaçamento irregular dos símbolos dificulta a separação precisa dos sinais úteis do ruído de fundo pelos receptores.
Equipe do MIT adiciona preenchimento de símbolos para garantir comprimentos de transmissão consistentes
Para enfrentar esse desafio, a equipe do MIT projetou seu transmissor para inserir uma pequena quantidade de preenchimento — bits extras colocados entre os símbolos — para que cada transmissão mantenha um comprimento consistente.
O preenchimento ajuda o receptor a identificar os limites da mensagem, reduzindo a interpretação errônea do sinal. Ao mesmo tempo, o sistema mantém as vantagens de economia de energia do uso de um esquema de modulação não uniforme e otimizado.
O método se baseia no GRAND, algoritmo universal que decodifica ao estimar o ruído que distorceu a transmissão.
Um algoritmo baseado em GRAND estima os bits de preenchimento, permitindo ao receptor reconstruir a mensagem original com precisão.
“Graças ao GRAND, agora podemos usar um transmissor que suporta essas constelações de dados não uniformes mais eficientes — e estamos observando os benefícios de desempenho”, afirma Médard.
Um Circuito Adaptável
O novo chip apresenta um design compacto que permite aos pesquisadores incorporar técnicas adicionais para melhorar a eficiência. Ele permitiu transmissões com aproximadamente um quarto do erro de sinal em comparação com sistemas que utilizam modulação ótima padrão.
Notavelmente, ele também superou os métodos tradicionais de modulação, alcançando taxas de erro significativamente menores.
“Foi difícil não voltar ao que era familiar, já que estávamos desafiando premissas ensinadas por gerações”, diz Médard.
Esse design avançado melhora a eficiência e confiabilidade dos dispositivos sem fio, oferecendo flexibilidade para sistemas futuros.
A equipe planeja integrar novas estratégias para ampliar a eficiência da transmissão e reduzir erros.
“Este circuito de RF com modulação otimizada é um grande avanço e pode impulsionar o 6G e o Wi-Fi do futuro”, diz Rocco Tam, da NXP.
A pesquisa recebeu apoio parcial da Agência de Projetos de Pesquisa Avançada de Defesa dos EUA (DARPA), da Fundação Nacional de Ciências (NSF) e do Centro de Excelência Analógica do Texas.
Leia o artigo original em: MIT
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