آنتن نسل پنجم با قابلیت انتقال همزمان توان و دیتا طراحی شد

به گزارش سیتنا به نقل از روابط عمومی دانشگاه صنعتی امیرکبیر، محققان دانشگاه صنعتی امیرکبیر موفق به طراحی و پیاده‌سازی آنتن قابل استفاده در ایستگاه پایه نسل پنجم مخابرات بی‌سیم مبتنی بر فناوری انتقال همزمان توان و اطلاعات (SWIPT) شدند؛ پروژه‌ای که با هدف کاهش مصرف انرژی، بهینه‌سازی منابع تغذیه و ارائه راهکاری نوین برای شبکه‌های مخابراتی نسل جدید اجرا شده و قابلیت به‌کارگیری در حوزه‌هایی چون اینترنت اشیا و پزشکی را نیز دارد.

مهدی شیری‌چیان، دانش‌آموخته دکترای مهندسی برق گرایش مخابرات میدان از دانشگاه صنعتی امیرکبیر، با هدایت و راهنمایی دکتر غلامرضا مرادی و دکتر رضا صراف شیرازی، اعضای هیات علمی این دانشگاه، موفق به اجرای طرح پژوهشی "طراحی، مدلسازی و پیاده‌سازی آنتن ایستگاه پایه نسل پنجم مخابرات بی‌سیم مبتنی بر فناوری انتقال همزمان توان و اطلاعات به صورت بی‌سیم (SWIPT)" شد.

شیری‌چیان با اشاره به هدف این پژوهش اظهار کرد: رشد سریع فناوری و افزایش استفاده از اینترنت و تلفن همراه، سبب افزایش تقاضا برای اینترنت پرسرعت و در نتیجه بالا رفتن ترافیک داده شده است. نسل پنجم مخابرات بی‌سیم برای پاسخگویی به این نیاز توسعه یافته اما با چالش‌هایی مانند مصرف بالای انرژی و محدودیت در منابع تغذیه روبروست.

وی افزود: برای حل این چالش‌ها، از فناوری SWIPT که امکان انتقال همزمان توان و اطلاعات از طریق سیگنال‌های رادیویی را فراهم می‌کند استفاده شده است. در این رویکرد، هدف شارژ کامل باتری نیست، بلکه رساندن حداقل توان مورد نیاز برای عملکرد دستگاه‌ها است.

این دانش آموخته دانشگاه صنعتی امیرکبیر هدف اصلی این طرح را ارائه آنتنی قابل استفاده در ایستگاه پایه نسل پنجم دانست که توانایی تولید چند پرتو در جهات مختلف را داشته و با فناوری SWIPT سازگار باشد و ادامه داد: برای این منظور، یک مدل دقیق و کاربردی برای سیستم SWIPT طراحی شد که عوامل متعددی مانند فرکانس کاری و محدوده توان کاری را در نظر گرفته است.

وی درباره اهمیت این تحقیق گفت: ارائه آنتنی کم‌هزینه و مناسب برای ایستگاه‌های پایه ۵G می‌تواند در تکمیل زنجیره توسعه این نسل از فناوری مخابرات نقش حیاتی ایفا کند. همچنین فناوری SWIPT در حوزه‌هایی مانند اینترنت اشیا (IoT) و پزشکی کاربردهای فراوانی دارد.

شیری‌چیان ادامه داد: برای این منظور در مرحله اول، طراحی و پیاده‌سازی آنتن آرایه فازی انجام شد و سپس با توسعه شبکه تغذیه و ترکیب چندین آنتن، تمامی نیازهای یک ایستگاه پایه برای کاربرد داخلی تامین شد. در مرحله بعد، مدل‌سازی گیرنده توان انجام و پس از تحلیل داده‌های مختلف، مدلی آماری دقیق ارائه شد. ساختار نهایی آنتن و مدل ارائه شده برای سیستم SWIPT در نهایت در یک سیستم آنالیز و بررسی شد و مشخص شد که تمام الزامات لازم برای کار در شبکه نسل ۵ مخابراتی را داراست.

وی طراحی آنتن در باند موج میلی‌متری به دلیل ابعاد کوچک، تست دقیق ویژگی‌ها، مدل‌سازی غیرخطی گیرنده توان، و حل مسائل بهینه‌سازی را از مهم‌ترین پیچیدگی‌های این پروژه نام برد و افزود: این تحقیق در صنایع مختلفی از جمله شبکه‌های ۵G، اینترنت اشیا، سیستم‌های برداشت انرژی، و حتی کاربردهای پزشکی قابل استفاده است. همچنین نتایج مدل‌سازی می‌تواند در سایر حوزه‌ها به‌عنوان روش حل مسائل بهینه‌سازی مورد استفاده قرار گیرد.

این پژوهشگر دانشگاه صنعتی امیرکبیر با اشاره به چاپ نتایج در مجلات و کنفرانس‌های معتبر گفت: طرح آنتن و مدل سیستم SWIPT در این پژوهش دارای نوآوری است و مقالات متعددی در سطح بین‌المللی منتشر شده است.

شیری‌چیان گام بعدی این پروژه را حرکت به سمت صنعتی‌سازی و تجاری‌سازی طرح برای کاربردهای نسل پنجم، اینترنت اشیا و سایر حوزه‌ها دانست و یادآور شد: مدل غیرخطی ارائه‌شده برای گیرنده توان از دقت بالایی برخوردار است و درصد تشابه بیش از ۹۵ درصد با داده‌های واقعی دارد. همچنین با حل یک مسئله بهینه‌سازی در سیستم‌های MIMO، خروجی توان DC افزایش یافته و نرخ داده تضمین می‌شود.

وی بیان کرد: ساخت آنتن در باند موج میلی‌متری، طراحی شبکه آرایه فازی، مدل‌سازی دقیق سیستم SWIPT، و حل بهینه‌سازی غیرخطی، از جمله بخش‌هایی است که طرح ما را از نمونه‌های داخلی و خارجی متمایز می‌کند.

این دانش آموخته دانشگاه صنعتی امیرکبیر کاربردهای این پروژه را شامل حوزه‌های نسل‌های ۵ و ۶ شبکه‌های بی‌سیم، IoT، سیستم‌های MIMO و پزشکی عنوان کرد.