Elektrik alan modülasyonu: Bluetooth alternatifine ilişkin 2023 araştırması

Bluetooth telefonlarda, otomobillerde ve hoparlörlerde onlarca yıldır kullanılıyor. Bu makale, Sussex Üniversitesi araştırmacılarının 2023’te sunduğu yeni bir teknolojiyi inceliyor. Elektrik alan modülasyonu, çok kısa mesafeli iletişimde enerji tasarrufu ve daha küçük devreler sağlayabilir.

Bluetooth’u Anlamak

Önce Bluetooth’un nasıl çalıştığına bakalım.

Bluetooth Nedir?

Bluetooth, kısa mesafelerde veri alışverişi sağlayan bir kablosuz teknolojidir. Danimarka ve Norveç’i birleştiren 10. yüzyıl kralı Harald Bluetooth’tan adını almıştır; bu, teknolojinin iletişim protokollerini birleştirme amacını simgeler.

İsveçli telekomünikasyon şirketi Ericsson (ERIC ), 1994’te RS-232 kablolarına alternatif olarak geliştirmeye başladı. İlk Bluetooth belirtimi 1999’da yayımlandı.

İlk sürümlerde birlikte çalışabilirlik sorunları vardı. Ancak Bluetooth 2010’dan önce de yaygın biçimde kullanılıyordu. O yıl çıkan 4.0 sürümü Bluetooth Low Energy’yi tanıtarak özellikle düşük güç tüketimli uygulamaları genişletti.

Bluetooth dosya ve ses aktarımında, ayrıca Nesnelerin İnterneti (IoT) cihazları arasında iletişimde kullanılır. Eşleştirme ve bağlantıda sorun yaşanabilir; güç tüketimi sürüme, uygulamaya ve çalışma moduna bağlıdır.

Wi-Fi Direct ve NFC farklı hız, menzil ve enerji ihtiyaçlarını karşılar. Elektrik alan modülasyonu birbirine yakın cihazlar için başka bir araştırma yönü sunar. Bluetooth’u tüm uygulamalarda değiştirdiği gösterilmiş değildir.

Nasıl Çalışır?  Elektromanyetik Modülasyon

Modülasyon, bir sinyali değiştirerek bilgiyi kodlar. Bluetooth 2,4 GHz ISM bandında radyo dalgaları kullanır.

Aşağıda üç genel modülasyon türü verilmiştir. Bluetooth bunların tümünü ayrı iletim yöntemleri olarak kullanmaz:

1. Genlik Modülasyonu (AM): Dalganın genliğini değiştirmek.
2. Frekans Modülasyonu (FM): Dalganın frekansını değiştirmek.
3. Faz Modülasyonu (PM): Dalganın fazını değiştirmek.

Bluetooth’ta özellikle:

• Gaussian Frekans Kaydırmalı Anahtarlama (GFSK): Frekans değişimleri dijital veriyi kodlar. Bluetooth Basic Rate ve Bluetooth Low Energy, GFSK kullanır.
• Geliştirilmiş Veri Hızı (EDR): EDR, Bluetooth 2.0 ile getirildi. Paket başlığında GFSK, veri yükünde ise daha yüksek veri hızı için π/4-DQPSK veya 8DPSK faz modülasyonu kullanılır.
• Frekans Atlama: Verici ve alıcı koordineli biçimde kanal değiştirir. Bu, girişimin ve sinyal sönümlemesinin etkisini azaltır. Güvenlik ayrı kimlik doğrulama ve şifreleme mekanizmaları gerektirir.

Bluetooth, çalışma moduna göre frekans veya faz modülasyonuyla veri iletir. Kanal değiştirmek girişime dayanıklılığı artırır.

Elektrik Alan Modülasyonunu Anlamak

Bu bilgilerle elektrik alan yaklaşımını ve olası uygulamalarını inceleyebiliriz.

Elektrik Alan Modülasyonu Nedir?

Elektrik alan modülasyonu, çok kısa mesafelerde kablosuz veri iletmek için farklı bir yaklaşımı araştırır.

Sussex araştırmacıları, aralarında Profesör Robert Prance ve Daniel Roggen’ın da bulunduğu ekip, yöntemi yakın cihazlar arasında olası düşük güç tüketimli bağlantı olarak sundu. Yaygın ışınımla radyo bağlantısı yerine elektrik alan kuplajı kullanır. Bu da elektromanyetik fiziğin parçasıdır; elektromanyetizmanın dışında bir olay değildir.

Elektrik alanı kontrollü biçimde değiştirerek yakın devreler arasında veri aktarılabilir. Orijinal makale prototip için 16 kHz örnekleme hızında 8 bit mono ses, yani 128 kbps, bildirmişti. Bildirilen bit hata oranı (BER), 50 cm’de 10 üzeri -6,7’den ve 75 cm’de 10 üzeri -4’ten düşüktü. Bunlar belirli deney düzeneği için aktarılan sonuçlardır; tüm cihazlar için performans garantisi değildir.

Kısa menzil, birbirine yakın kullanılan kişisel ve giyilebilir cihazlara uygun olabilir. Araştırmacılar daha az enerji tüketen bağlantının pil süresini uzatabileceğini değerlendiriyor.

Ekip yeni etkileşim biçimleri de önerdi:

Sussex duyurusunda el sıkışarak iletişim bilgilerini paylaşmak ve kapı koluna dokunarak kapıyı açmak olası uygulamalar arasında sayılıyor.

Bu fikirler günlük hareketleri veri iletişimine bağlar ve uygun donanım gerektirir.

Olası avantajlar

Sussex’te mühendislik ve tasarım profesörü Daniel Roggen, olanakları açıkladı:

Yakın cihazlar arasında elektrik alan kuplajı enerji tüketimini azaltabilir ve evdeki cihazlarla yeni etkileşim biçimleri sağlayabilir.

Maliyet ve devre boyutu yaygın kullanımı etkiler. Roggen’ın tahminine göre:

Seri üretimde çözüm tek bir çipe sığdırılabilir ve cihaz başına birkaç İngiliz peni maliyetle üretilebilir.

Olası faydalar özellikle çok kısa mesafeli bağlantılar içindir. Maliyet, güç tüketimi ve kullanım kolaylığı her uygulama için değerlendirilmelidir. Üniversite Kasım 2023’te teknolojiyi daha da küçültmek için sanayi ortakları arıyordu.

Küçük bir devreye entegrasyon olasılığı, yaklaşımı giyilebilir cihazlar ve akıllı ev ürünleri için ilginç kılıyor. Bu, Bluetooth’a karşı genel üstünlük veya ticari kullanıma hazır olma anlamına gelmez.

Olası uygulamalar

Olası kullanım alanları şunlardır:

• Giyilebilir Teknoloji: Aktivite takipçileri ve akıllı saatler yakın telefonlarla daha az enerji tüketerek iletişim kurabilir.
• Akıllı Ev Etkileşimi: Aydınlatma veya termostatlar dokunarak kontrol edilebilir.
• Sosyal ve Profesyonel Ağ Oluşturma: İletişim bilgileri veya profiller el sıkışarak paylaşılabilir.
• Güvenlik Uygulamaları: Kapı koluna dokunmak fiziksel anahtar olmadan girişi etkinleştirebilir. Güvenli erişim yine kimlik doğrulama gerektirir.

Bu önerilen kullanımlar fiziksel hareketleri veri iletişimiyle birleştirir.

Sektördeki şirketler

Aşağıdaki şirketlerin Sussex’in bu özel yöntemini benimsediği burada doğrulanmış değildir. Bunlar kablosuz bağlantı alanında faaliyet gösteren şirket örnekleridir.

*Tablolar 2023 makalesinde aktarılan tarihsel rakamları korur; güncel değerlemeler değildir. Piyasa değeri ve EPS ABD doları cinsindendir. Broadcom’un hisse başına rakamları Temmuz 2024’teki 10:1 hisse bölünmesinden öncedir. Intel’in tahmini F/K’sı ve geçmiş EPS’si farklı dönemlere aittir.*

1.  NXP Semiconductors

NXP Semiconductors (VNX.DE ) (NXPI ), Hollanda merkezli bir yarı iletken üreticisi olarak geniş kablosuz ürün yelpazesine sahiptir. Bluetooth Low Energy, Wi-Fi, NFC ve Ultra-Wideband ürünleri otomotiv, IoT ve akıllı evlerde kullanılır. Teknolojiler hassas konumlandırmayı, kablosuz kontrolü ve Matter gibi bağlantı standartlarını destekler. NXP, Marvell’in kablosuz işlerini 2019’da satın aldı. Çözümler endüstriyel IoT, tıbbi elektronik ve tüketici elektroniğinde kullanılır.

2.  Broadcom Inc.

AVGO Fiyat Grafiği

Broadcom Inc. (AVGO ), yarı iletken ve altyapı yazılımı alanında çok uluslu bir şirkettir. Kablolu ve kablosuz iletişim, kurumsal veri depolama ve sanayi pazarlarına hizmet verir. Ürünleri dijital ve karma sinyalli CMOS devreleri, analog III-V ürünleri, depolama adaptörleri ve denetleyicileri kapsar. Ana bölümleri yarı iletken çözümleri ve altyapı yazılımıdır. Kablosuz iletişim bileşenleri de sağlar.

3.  Intel Corporation

INTC Fiyat Grafiği

Intel (INTC ) Corporation, 1968’de kurulmuş ABD’li yarı iletken üreticisidir. Intel, SRAM ve DRAM belleklerin geliştirilmesine katkı sağladı ve 1971’de ticari olarak sunulan ilk mikroişlemci olan 4004’ü tanıttı. 1980’lerde kişisel bilgisayarların büyümesi mikroişlemci odağını güçlendirdi. 2023 tarihsel görünümünde faaliyetler işlemcileri, yonga setlerini, ağ denetleyicilerini ve grafik yongalarını kapsıyordu. AMD dahil rakipler pazar payını etkiledi ve yarı iletken sektörü içindeki stratejik değişimleri teşvik etti.

Diğer halka açık şirketler

Aşağıdaki halka açık şirketler de ilgili teknoloji alanlarında çalışır:

Son Düşünceler

Elektrik alan modülasyonu çok kısa mesafeli iletişim için ilginç bir araştırma yönüdür. Sussex grubu daha düşük enerji tüketimi ve yeni etkileşim biçimleri hedefliyor. Bluetooth ise geniş bir cihaz ve uygulama yelpazesine hizmet vermeyi sürdürüyor.

İleri geliştirme ve ürünlere entegrasyon, yöntemin nerede pratik fayda sağlayacağını gösterecek. 2023 duyurusu bir geliştirme olasılığını anlatır, Bluetooth’un hazır bir ikamesini değil.