MIT研发新芯片，推动物联网向5G时代迈进

高效跳频技术为物联网连接开辟新路径

麻省理工学院(MIT)的研究人员最近开发出一款创新的芯片组件，有望显著提升物联网设备在5G网络中的连接效率和性能。这项突破性研究标志着物联网技术正朝着5G标准迈进，充分利用5G网络的低延迟、高能效以及大规模设备连接能力等优势。

5G物联网的发展前景

随着物联网向5G网络迁移，更多设备将能够实现更快速的连接，享受更高的数据传输速度，同时显著降低电池消耗。这意味着我们将看到更多小型化、低功耗的健康监测设备、智能摄像头和工业传感器等应用的普及。

与传统的4G/LTE或Wi-Fi网络相比，采用5G标准的物联网能够扩展其覆盖范围和应用规模，从相对小规模的物联网部署发展为拥有数百个甚至更多节点的大型网络。

MIT电子工程与计算机科学博士候选人索鲁什·阿拉伊(Soroush Araei)解释说，基于5G的物联网并不意味着网络中的每个节点都需要独立的电话号码。”我们的主要目标是开发一个可重复使用的无线电接收器，适用于不同的应用场景。通过单一的硬件设备，我们可以通过软件在广泛的频率范围内进行灵活调节。”

技术挑战与解决方案

尽管5G为物联网带来了诸多优势，但硬件开发面临的挑战也不容小觑。荷兰特温特大学集成电路设计副教授埃里克·克鲁姆佩林克指出：”对于物联网设备来说，功耗效率至关重要。我们需要在极低功耗条件下实现良好的无线电性能，可能只依靠小型电池甚至是能量采集技术。”

随着无线设备数量的急剧增加，信号干扰也成为一个重大问题。L&T半导体技术公司技术专家维托·贾尼尼表示：”在无线信号日益饱和的世界中，干扰是一个主要挑战。”

MIT研究团队采用了专为物联网等应用开发的简化版5G标准——5G RedCap来解决这些问题。阿拉伊解释说：”5G RedCap物联网接收器可以在不同频率间跳跃，但不需要像顶级5G应用(如智能手机)那样的超低延迟性能。”

创新的芯片设计

相比之下，使用Wi-Fi的简单物联网芯片通常只依赖单一频率段(如2.5或5千兆赫)，当太多设备使用同一信道时可能会出现阻塞。而频率跳跃技术需要强大的无线通信硬件，能够快速在频率信道间切换，并确保频率跳跃与网络指令和时序保持一致。

MIT团队的核心创新在于开发了能够在广泛频率范围内灵活工作的硬件，同时保持极低的功耗预算和合理的设备成本。研究人员借鉴了模拟电路和功率电子学的技巧，将这些技术集成到片上系统中，实现了射频频率跳跃的小型化、低成本和高效率。获取更多有价值信息 访问：https://byteclicks.com

阿拉伊介绍了这项技术的工作原理：”这是一种开关电容网络。我们按照周期性顺序开关这些电容器，这被称为’N路径结构’，通常能够提供低通滤波器功能。”

研究团队没有在电路中使用单一电容器，而是采用了小型化电容器阵列，根据接收频率范围的需求进行开关控制。由于能够在信号进入放大器之前的电路前端实现所有频率滤波功能，该团队报告称在阻断干扰方面实现了高效率。与传统物联网接收器相比，他们的电路能够滤除30倍以上的干扰，同时功耗仅为个位数毫瓦。

未来发展方向

研究团队的下一个目标是消除对电池或专用电源的需求。

他们还希望扩展接收器技术的频率范围，以覆盖整个5G信号频率范围。”在这个原型中，我们能够实现250兆赫到3千兆赫的低频范围。那么是否可能将频率范围扩展到6千兆赫，以覆盖整个5G范围？”

应用前景与制造可行性

MIT团队的电路设计有望在主流芯片制造厂实现量产。研究人员认为没有太大的技术障碍，因为该电路采用主流CMOS技术实现。该团队的电路只需要22纳米制造工艺，无需使用最先进的代工厂。

如果能够克服这些技术挑战，一系列应用将在近期出现。”在中等范围和中等带宽场景下，这项技术在移动性、可扩展性和安全广域覆盖方面具有优势。”新电路的5G物联网适应性使其非常适合”工业传感器、某些可穿戴设备和智能摄像头”等应用。获取更多有价值信息 访问：https://byteclicks.com

这项研究成果已于上月在旧金山举行的IEEE射频集成电路研讨会上发表，为5G物联网的发展开辟了新的可能性。