Komunikacja i „zmysły” w jednym systemie

Jednym z kluczowych kierunków rozwoju sieci przyszłości jest technologia ISAC (Integrated Sensing and Communication). Łączy ona dwie funkcje: bezprzewodową transmisję danych oraz radarowe wykrywanie otoczenia.

Reklama

Dzięki temu jedno urządzenie może jednocześnie komunikować się z siecią i monitorować środowisko – wykrywać odległość, ruch czy obecność obiektów. Takie rozwiązania są szczególnie ważne dla:

  • inteligentnych miast,
  • autonomicznych systemów,
  • przemysłowego Internetu Rzeczy (IoT),
  • dużych sieci urządzeń działających na obrzeżach infrastruktury (edge computing).

Planowane wykorzystanie nowego pasma częstotliwości (7,125–24,25 GHz) w standardach Beyond 5G i 6G sprawia, że tego typu technologie stają się coraz bardziej potrzebne.

Radar w rozmiarze 0,24 mm²

Nowo opracowany układ ma powierzchnię zaledwie 0,24 mm² i pobiera tylko 9,8 mW mocy. To oznacza, że może być łatwo integrowany z małymi urządzeniami IoT, czujnikami czy elektroniką mobilną.

Sercem rozwiązania jest generator sygnałów radarowych FMCW (Frequency-Modulated Continuous Wave). Tego typu radar działa poprzez wysyłanie sygnału o częstotliwości zmieniającej się liniowo w czasie (tzw. chirp), a następnie analizę różnicy między sygnałem nadanym i odbitym. Pozwala to bardzo dokładnie określić: odległość do obiektu oraz jego prędkość. Aby radar był skuteczny, sygnały muszą być jednocześnie: bardzo szybkie i bardzo liniowe (czyli zmieniać częstotliwość w sposób idealnie kontrolowany). Dotychczas osiągnięcie obu tych cech naraz było trudne – zwykle większa szybkość oznaczała spadek dokładności.

Jak pokonano ograniczenia?

Reklama

Tradycyjne układy poprawiają liniowość sygnału cyfrowo, wykorzystując tablice korekcyjne (LUT). Problem polega na tym, że przy bardzo szybkich sygnałach czas ich trwania jest tak krótki, iż system ma zbyt mało danych, by stabilnie wprowadzać korekty.

Zespół profesora Kenichiego Okady zastosował inne podejście:

  • funkcję linearyzacji wbudowano bezpośrednio w sprzęt analogowy,
  • wykorzystano elementy o przeciwnych charakterystykach nieliniowości, które wzajemnie się kompensują,
  • uproszczono kalibrację do zaledwie dwóch parametrów.

Efekt to mniejsze obciążenie części cyfrowej, stabilna praca i wysoka dokładność nawet przy ekstremalnie szybkich zmianach częstotliwości.

Imponujące parametry

Prototyp wykonany w technologii CMOS 65 nm osiąga:

  • częstotliwość pracy: 9,7 GHz,
  • szerokość pasma: 1 GHz,
  • czas trwania chirpu: 0,57 μs,
  • szybkość zmian: 1562,8 MHz/μs,
  • błąd liniowości FM: zaledwie 0,094% (rms).

To jeden z najlepszych wyników w swojej klasie i dowód na to, że udało się przełamać wieloletni kompromis między szybkością a dokładnością.

Tak małe i energooszczędne radary mogą znaleźć zastosowanie w wielu obszarach:

  • inteligentne oświetlenie i zarządzanie ruchem,
  • monitoring obecności i bezpieczeństwa,
  • automatyka przemysłowa,
  • urządzenia ubieralne i mobilne,
  • systemy autonomiczne.

W praktyce oznacza to, że przyszłe urządzenia będą nie tylko połączone z siecią, ale także świadome swojego otoczenia.

Krok w stronę społeczeństwa 6G

Nowy chip pokazuje, że technologia ISAC może być wdrażana w niewielkich, masowo produkowanych urządzeniach. To ważny krok w kierunku świata, w którym miliardy urządzeń będą nie tylko komunikować się ze sobą, ale także aktywnie zbierać informacje o otoczeniu.

Wyniki badań zostaną zaprezentowane na konferencji ISSCC 2026 w San Francisco. Projekt został zrealizowany na zlecenie japońskiego National Institute of Information and Communications Technology (NICT).

Źródło: Institute of Science Tokyo