導讀
物聯網的發展離不開通信技術， 然而實現設備的雙工通信， 特別是在單個晶片上實現這一技術， 其意義十分巨大。 最近， 美國康奈爾大學的科研人員設計了一種很好的解決方案， 能夠在單晶片上同時發射和接收無線信號。
Alyosha Molnar 手中拿著這項研究設計的電路板。 旁邊站的是 Molnar 的實驗室的研究生 Hazal Yüksel， 這項最新研究論文的另外一位作者。
雙工通信的挑戰
雙工通信， 需要設備同時具備資料發送和接收的雙向通信能力。
雙工通信示意圖
但是， 在同一設備上實現同時發送和接收資料， 則需要一個介於發送和接收電路之間的篩檢程式， 提供「信號隔離」。
為什麼需要篩檢程式？
原因很簡單， 因為如果沒有篩檢程式， 那麼通信將無法實現。 對此， 根據研究人員的解釋， 概括來說， 主要是由於發射信號的強度比接收信號的強度， 往往要強很多倍， 從而對於接收信號造成很強的干擾，
將發射信號和接收信號頻段分開是很困難的， 而且問題隨著當前設備的頻段個數增加而更加複雜。 從GPS到藍牙再到Wi-Fi， 每個頻段都需要一個篩檢程式， 阻止強大的發射信號“淹沒”弱小的接收信號。
創新方案
然而， Molnar 實驗室的科研人員們找出了一個很好的解決方案， 能夠在單晶片上發射和接收無線電信號， 從而説明改變目前無線通訊的方式。
這項研究的論文《一種寬頻帶、全集成、軟體定義的、頻分雙工和時分雙工的收發器》"A wideband fully integrated software-defined transceiver for FDD and TDD operation" 的論文發表於， 2017年1月27日的電氣與電子工程師協會的《固態電路》雜誌上。 博士研究生 Hazal Yüksel 和博士生 Dong Yang， 是論文的合作領導作者。
Molnar 和 Apsel 使用了一種獨創性的方案分離發射信號和接收信號。
因為每個發射器輸出的具有「可程式設計性」， 使得這種同步的疊加和取消， 可以在廣泛的頻率範圍內實現， 從而調整天線上的信號強度。 所以， Apsel 說：
“在一個方向上， 它是一個篩檢程式， 你簡單地取消信號。 再另外一個方向上， 它又變成了一個放大器。 ”
Molnar 說：
“你將天線放在一端， 放大後的信號從天線輸出， 如果你將接收器放在另外一端， 信號將會消失不見。
相關研究
這項研究建立於斯坦福大學六年前報導的一項研究基礎上， 那項研究設計出了一種讓發射器過濾自己傳輸的方法， 讓比較弱的入射信號可以被接收到。 這個理論正是雜訊消除耳機所用的。
寬頻
與斯坦福大學的研究不同， 康奈爾大學的研究小組研發的子傳輸器概念， 可以在很寬廣的頻率範圍內有效， 所以在這個物聯網時代， 頻譜資源被廣泛利用的情況下， 這項研究很有積極意義。 對此， Molnar說：
“這根線具有典型的寬頻帶結構， 能夠在寬廣的頻率範圍內有效， 你只需要控制不同的發射器的子增益， 產生這種消除作用。 ”
軟體定義
所以研究人員認為， 使用者可以對於單個設備進行軟體方式配置， 而無需購買最新的設備進行硬體升級。
參考資料
【1】https://phys.org/news/2017-03-two-way-radio-chip.html
【2】http://ieeexplore.ieee.org/document/7835655/