Modulasyon ng electric field: pananaliksik noong 2023 sa alternatibo sa Bluetooth

Ilang dekada nang ginagamit ang Bluetooth sa mga telepono, sasakyan, at speaker. Tinatalakay ng artikulong ito ang pananaliksik noong 2023 tungkol sa isang bagong teknolohiya mula sa University of Sussex. Maaaring makatipid sa enerhiya ang modulasyon ng electric field sa komunikasyong napakalapit at makapagbigay-daan sa mas maliliit na sirkito.

Pag-unawa sa Bluetooth

Unawain muna natin kung paano gumagana ang Bluetooth.

Ano ang Bluetooth?

Ang Bluetooth ay wireless na teknolohiya para sa pagpapalitan ng datos sa maikling distansya. Ipinangalan ito kay Harald Bluetooth, hari noong ika-10 siglo na nagbuklod sa Denmark at Norway, bilang sagisag ng pag-uugnay ng magkakaibang aparato.

Ericsson (ERIC ), isang kompanya ng telekomunikasyon sa Sweden, ay nagsimulang bumuo nito noong 1994 bilang alternatibo sa mga RS-232 cable. Inilabas ang unang espesipikasyon ng Bluetooth noong 1999.

Nagkaroon ng problema sa pagkakatugma ng mga aparato ang unang mga bersyon. Gayunman, malawak nang ginagamit ang Bluetooth bago ang 2010. Ipinakilala ng bersyon 4.0 noong taong iyon ang Bluetooth Low Energy, na nagpalawak lalo na sa mga gamit na nangangailangan ng kaunting enerhiya.

Ginagamit ang Bluetooth sa paglilipat ng file, audio, at komunikasyon ng mga aparatong Internet of Things (IoT). Maaaring magkaroon ng problema sa pagpapares at koneksyon. Nakasalalay ang konsumo ng enerhiya sa bersyon, gamit, at paraan ng pagpapatakbo.

Magkakaibang pangangailangan sa bilis, saklaw, at enerhiya ang tinutugunan ng Wi-Fi Direct at NFC. Nagdaragdag ang modulasyon ng electric field ng direksyon sa pananaliksik para sa magkalapit na aparato. Hindi pa napatutunayang kapalit ito ng Bluetooth sa lahat ng gamit.

Paano ito gumagana? Elektromagnetikong modulasyon

Sa modulasyon, binabago ang isang signal upang mag-encode ng impormasyon. Gumagamit ang Bluetooth ng mga radio wave sa 2.4 GHz na ISM band.

Narito ang tatlong pangkalahatang uri ng modulasyon. Hindi ginagamit ng Bluetooth ang lahat ng ito bilang magkakahiwalay na paraan ng paghahatid:

1. Modulasyon ng amplitude (AM): Pagbabago sa amplitude ng alon.
2. Modulasyon ng frequency (FM): Pagbabago sa frequency ng alon.
3. Modulasyon ng phase (PM): Pagbabago sa phase ng alon.

Para mismo sa Bluetooth:

• Gaussian Frequency-Shift Keying (GFSK): Binabago ang frequency upang mag-encode ng digital na datos. Gumagamit ng GFSK ang Bluetooth Basic Rate at Bluetooth Low Energy.
• Enhanced Data Rate (EDR): Ipinakilala ang EDR sa Bluetooth 2.0. GFSK ang gamit sa header ng packet, samantalang phase modulation na π/4-DQPSK o 8DPSK ang gamit sa payload para sa mas mataas na bilis ng datos.
• Pagpapalit-palit ng frequency: Magkatuwang na nagpapalit ng channel ang transmitter at receiver. Binabawasan nito ang epekto ng interference at paghina ng signal. Kailangan pa rin ng magkahiwalay na mekanismo para sa pagpapatunay ng pagkakakilanlan at encryption.

Samakatuwid, frequency o phase modulation ang ginagamit sa datos depende sa mode ng Bluetooth. Nakakatulong ang pagpapalit ng channel sa paglaban sa interference.

Pag-unawa sa Modulation ng Electric Field

Sa batayang ito, maaari nang suriin ang pamamaraang gumagamit ng electric field at ang mga posibleng aplikasyon nito.

Ano ang Modulation ng Electric Field?

Sinisiyasat ng modulasyon ng electric field ang ibang paraan ng wireless na paghahatid ng datos sa napakalapit na distansya.

Iniharap ng mga mananaliksik sa Sussex, kabilang sina Propesor Robert Prance at Daniel Roggen, ang pamamaraan bilang posibleng koneksyong matipid sa enerhiya para sa magkalapit na aparato. Gumagamit ito ng electric-field coupling sa halip na karaniwang radiated radio link. Bahagi pa rin ito ng elektromagnetikong pisika, hindi isang penomenong hiwalay sa elektromagnetismo.

Maaaring magpalitan ng datos ang magkalapit na sirkito sa pamamagitan ng kontroladong pagbabago sa electric field. Ayon sa orihinal na artikulo, nakapaghahatid ang prototype ng 8-bit na mono audio sa sample rate na 16 kHz, o 128 kbps. Iniulat nitong mas mababa sa 10^−6.7 ang bit error ratio (BER) sa 50 cm at mas mababa sa 10⁻⁴ sa 75 cm. Mga iniulat na resulta ito para sa partikular na pagsubok, hindi garantisadong pagganap ng bawat aparato.

Ang maikling saklaw ay maaaring angkop sa mga personal at isinusuot na aparato na ginagamit nang magkalapit. Tinataya ng mga mananaliksik na ang mas matipid na koneksyon ay maaaring magpahaba sa oras ng paggamit ng baterya.

Nagmungkahi rin ang pangkat ng mga bagong paraan ng pakikipag-ugnayan:

Binanggit ng Sussex ang pagpapalitan ng detalye ng kontak sa pamamagitan ng pakikipagkamay at pagbubukas ng pinto sa paghawak sa hawakan bilang mga posibleng aplikasyon.

Iniuugnay ng mga ideyang ito ang pang-araw-araw na kilos sa komunikasyon ng datos at nangangailangan ng angkop na kagamitan.

Mga posibleng pakinabang

Si Daniel Roggen, propesor ng engineering at disenyo sa Sussex, ay nagpaliwanag ng mga posibilidad:

Maaaring mabawasan ng electric-field coupling sa pagitan ng magkalapit na aparato ang konsumo ng enerhiya at makalikha ng bagong paraan ng pakikipag-ugnayan sa mga kagamitan sa bahay.

Nakaaapekto sa malawakang paggamit ang gastos at laki ng mga sirkito. Si Roggen ay nagtaya:

Kung maramihang gagawin, maaaring isama ang solusyon sa isang chip na nagkakahalaga ng ilang British pence bawat aparato.

Pangunahing para sa napakalapit na koneksyon ang mga posibleng pakinabang. Kailangang suriin ang gastos, konsumo ng enerhiya, at kadalian ng paggamit sa bawat aplikasyon. Noong Nobyembre 2023, naghahanap ang unibersidad ng mga katuwang sa industriya upang higit pang paliitin ang teknolohiya.

Kawili-wili para sa mga isinusuot na aparato at smart home ang posibilidad na maisama ito sa maliit na sirkito. Hindi nito pinatutunayan ang pangkalahatang kahusayan laban sa Bluetooth o kahandaang komersyal.

Mga posibleng aplikasyon

Kabilang sa mga posibleng gamit ang:

• Mga isinusuot na aparato: Maaaring makipag-ugnayan ang fitness tracker at smartwatch sa kalapit na telepono gamit ang mas kaunting enerhiya.
• Pakikipag-ugnayan sa smart home: Maaaring kontrolin ang ilaw o thermostat sa pamamagitan ng paghipo.
• Mga ugnayang panlipunan at propesyonal: Maaaring magbahagi ng detalye ng kontak o profile sa pamamagitan ng pakikipagkamay.
• Mga gamit sa seguridad: Maaaring simulan ng paghawak sa hawakan ang pagpasok nang walang pisikal na susi. Kailangan pa rin ng pagpapatunay ng pagkakakilanlan para sa ligtas na pagpasok.

Pinagsasama ng mga iminungkahing gamit na ito ang pisikal na kilos at komunikasyon ng datos.

Mga kompanya sa industriya

Hindi nakumpirma rito na ginagamit ng mga sumusunod na kompanya ang mismong pamamaraan ng Sussex. Mga halimbawa sila ng mga kompanyang nasa larangan ng wireless connectivity.

*Pinananatili ng mga talahanayan ang makasaysayang datos sa artikulo noong 2023, hindi ang kasalukuyang mga pagpapahalaga. Nasa dolyar ng US ang market capitalization at EPS. Nauna ang datos bawat bahagi ng Broadcom sa 10:1 stock split noong Hulyo 2024. Magkaibang panahon ang tinutukoy ng inaasahang P/E at makasaysayang EPS ng Intel.*

1.  NXP Semiconductors

NXP Semiconductors (VNX.DE ) (NXPI ), isang tagagawa ng semiconductor sa Netherlands, ay may malawak na hanay ng mga produkto para sa wireless na komunikasyon. Kabilang ang Bluetooth Low Energy, Wi-Fi, NFC, at Ultra-Wideband para sa sasakyan, IoT, at smart home. Sinusuportahan ng mga ito ang tumpak na pagtukoy ng lokasyon, wireless na kontrol, at pamantayang gaya ng Matter. Binili ng NXP ang wireless na negosyo ng Marvell noong 2019. Ginagamit ang mga solusyon nito sa industriyal na IoT, kagamitang medikal, at elektronikong pangkonsumo.

2.  Broadcom Inc.

AVGO Tsart ng Presyo

Broadcom Inc. (AVGO ) ay isang multinasyonal na kompanya ng semiconductor at infrastructure software. Naglilingkod ito sa mga merkado ng wired at wireless na komunikasyon, imbakan ng datos ng negosyo, at industriya. Kabilang sa mga produkto ang digital at mixed-signal na CMOS circuit, analog na III-V na produkto, storage adapter, at controller. Ang dalawang pangunahing dibisyon ay mga solusyong semiconductor at infrastructure software. Nagbibigay rin ito ng mga piyesa para sa wireless na komunikasyon.

3.  Intel Corporation

INTC Tsart ng Presyo

Intel (INTC ) Corporation ay isang Amerikanong tagagawa ng semiconductor na itinatag noong 1968. Tumulong ang Intel sa pagbuo ng SRAM at DRAM na memorya at inilabas ang unang mikroprosesor na mabibili nang komersyal, ang 4004, noong 1971. Pinatibay ng paglago ng personal computer noong dekada 1980 ang pagtutok nito sa mikroprosesor. Sa makasaysayang paglalarawan noong 2023, kabilang sa negosyo ang processor, chipset, network controller, at graphics chip. Nakaapekto sa bahagi nito sa merkado ang kompetisyon, kabilang mula sa AMD, at nagtulak ng pagbabago sa estratehiya sa loob ng industriya ng semiconductor.

Iba pang nakalistang kompanya

Ang mga sumusunod na kompanyang nakalista sa pamilihan ng sapi ay nagtatrabaho rin sa kaugnay na mga larangan ng teknolohiya:

Pangwakas na Kaisipan

Kawili-wiling direksyon ng pananaliksik ang modulasyon ng electric field para sa napakalapit na komunikasyon. Layunin ng pangkat ng Sussex ang mas mababang konsumo ng enerhiya at bagong paraan ng pakikipag-ugnayan. Patuloy namang ginagamit ang Bluetooth sa maraming aparato at aplikasyon.

Ipapakita ng patuloy na pagbuo at pagsasama sa mga produkto kung saan may praktikal na pakinabang ang pamamaraan. Posibilidad ng pag-unlad ang inilahad noong 2023, hindi isang handang kapalit ng Bluetooth.