Científicos de la Universidad Marítima y Oceánica de Corea han desarrollado recientemente un innovador diseño de señal para un sistema inalámbrico simultáneo de transferencia de información y energía. El esquema de modulación de posición de pulsos propuesto mejora la eficiencia de la transferencia de energía y reduce el consumo de energía de descodificación de la información -una doble ventaja-, además de funcionar mejor que los sistemas convencionales. La técnica puede reforzar la tecnología del Internet de las Cosas.
La transferencia inalámbrica simultánea de información y energía (SWIPT) es una tecnología prometedora para conectar y energizar dispositivos de baja potencia de forma inalámbrica a larga distancia. La técnica basada en la radiofrecuencia permitiría así el Internet de los objetos en el futuro. Sin embargo, los receptores SWIPT de bajo consumo más avanzados siguen consumiendo mucha más energía para la comunicación que la que pueden cosechar, lo que dificulta el desarrollo y el crecimiento del ecosistema del Internet de las Cosas (IoT).
La literatura actual destaca dos arquitecturas de receptores comunes basadas en esquemas de conmutación de tiempo y de división de energía. Aunque estos diseños pueden implementarse utilizando módulos de energía e información convencionales, no aprovechan las ventajas potenciales de un sistema integrado. Por ello, los investigadores también han propuesto una arquitectura de receptor integrado (IntRx).
Recientemente, el Dr. Junghoon Kim, de la Universidad Marítima y Oceánica de Corea, y su colega, han propuesto un novedoso diseño de señal para SWIPT con arquitectura IntRx. "Nuestra motivación era diseñar una señal adecuada para ser utilizada en un receptor de tipo integrado para el sistema SWIPT. La señal puede reunir información y energía y ser descodificada y cosechada por un único receptor de tipo integrado", explica el Dr. Kim.
¿Cómo funciona su sistema? Para empezar, modificaron un esquema convencional de modulación de la posición del pulso (M-PPM) para hacerlo apto para SWIPT IntRx. Codifica la información sobre la posición del pulso y transmite pulsos de gran amplitud durante periodos cortos. En consecuencia, la elevada relación pico-potencia media de esta nueva señal conduce a una mayor potencia de captación en el receptor en comparación con las señales convencionales, que suministran continuamente el mismo nivel de potencia media. Esta mejora se basa en una mayor eficiencia de conversión de potencia instantánea (RF a DC) debido al diseño de la señal de alta relación pico-potencia media (PAPR) que aprovecha la no linealidad del rectificador del cosechador de energía. Al mismo tiempo, el receptor puede extraer la información de la señal rectificada encontrando la posición del pulso en una duración específica. Por lo tanto, el método de modulación no coherente permite descodificar sin componentes de radiofrecuencia que consuman energía, como el amplificador de bajo ruido (LNA) y el mezclador, lo que lo hace adecuado para sistemas SWIPT IntRx de baja potencia.
Los resultados de su estudio se publicaron en línea el 15 de diciembre de 2021 y en el volumen 9, número 14, de IEEE Internet of Things Journal el 15 de julio de 2022.
El equipo también implementó un banco de pruebas SWIPT en un entorno interior y verificó las ventajas de su nuevo diseño de señal en un entorno real. Los experimentos mostraron que el sistema IntRx y el par de señales PPM tienen una ganancia de más del 200% respecto a los métodos convencionales en la perspectiva de WPT. Además, el experimento confirmó que un esquema de decodificación de información de bajo consumo funciona bien en la realidad. Además, los resultados son coherentes con los cálculos teóricos y numéricos.
En resumen, la investigación exhaustiva confirma la viabilidad y el excelente rendimiento del nuevo método de modulación, que puede mejorar la eficiencia de la transferencia de energía y reducir el consumo de energía para la decodificación de la información. El Dr. Kim reitera: "Nuestra técnica dará lugar a pequeños dispositivos sin batería con bajo consumo de energía y un factor de forma reducido. Catalizará el crecimiento explosivo del ecosistema del Internet de las Cosas".
(Korea Maritime & Ocean University)
