Des performances améliorées pour des appareils déjà ultra-efficaces
Comment ça fonctionne: La rétrodiffusion permet aux appareils de moduler et de renvoyer les signaux sans fil entrants vers l'émetteur, de la même manière que les puces RFID et les cartes de paiement sans contact fonctionnent en récupérant l'énergie du lecteur. Cela permet aux appareils IoT de communiquer sans batterie.
Aujourd'hui, une équipe de chercheurs de l'Université nationale de Pusan, en Corée du Sud, a développé une nouvelle méthode basée sur la même technologie, qui est environ 40 % plus économe en énergie que les techniques actuelles.
Le concept de rétrodiffusion n'est pas nouveau. Cependant, l'innovation de l'équipe réside dans l'utilisation de l'IA pour optimiser le système et le rendre nettement plus efficace pour les applications à faible consommation d'énergie comme les capteurs IoT. Leur approche consiste à utiliser l'apprentissage automatique pour modéliser avec précision les « coefficients de réflexion » optimaux qui déterminent la quantité de signal sans fil réfléchie.
Traditionnellement, le calcul de ces coefficients s'appuyait sur des simulations qui ne correspondaient pas parfaitement aux conditions réelles, ce qui rendait difficile l'obtention de faibles taux d'erreur binaire et de débits de données élevés. Cela dit, les chercheurs ont surmonté ce problème en utilisant une technique appelée « apprentissage par transfert », où un modèle d'IA est d'abord formé sur une tâche, puis affiné à l'aide des données de la tâche cible réelle.
Pour que cela fonctionne, ils ont pré-entraîné un réseau neuronal artificiel sur des tensions d'entrée simulées pour comprendre le comportement du circuit de modulation dans différentes conditions de tension. Ils ont ensuite entraîné davantage ce modèle pré-entraîné à l'aide de données expérimentales réelles, ce qui lui a permis de prédire avec précision les coefficients de réflexion pour leur matériel spécifique.
Grâce à ces modèles d’IA parfaitement réglés, l’équipe a pu optimiser ses schémas de modulation 4-QAM et 16-QAM pour une efficacité maximale. QAM signifie Quadrature Amplitude Modulation, un schéma largement utilisé dans les systèmes de communication Wi-Fi. Le prototype qui en résulte consomme moins de 0,6 milliwatt pendant la transmission, soit une fraction de la puissance requise pour les radios sans fil conventionnelles.
Le système intègre également une configuration d'antenne MIMO 2×2 pour améliorer la réception du signal. Lors des tests dans la gamme 5,7-5,8 GHz, il a atteint une efficacité spectrale de 2 bits/seconde/hertz en utilisant la modulation 4-QAM.
« La combinaison d'une modélisation précise des circuits, de techniques de modulation avancées et de diversité de polarisation, toutes testées dans des environnements en direct, présente une approche holistique pour relever les défis de l'ISC et de l'IoT », a déclaré le professeur Sangkil Kim, qui a dirigé l'étude.
Selon les chercheurs de Pusan, cela jette les bases de systèmes de rétrodiffusion fiables et à très faible consommation d'énergie avec des applications potentielles dans l'électronique grand public, la surveillance des soins de santé, les infrastructures urbaines intelligentes, la détection environnementale et la communication radar.
Leurs résultats ont été publiés dans un article du IEEE Internet of Things Journal.