Ingenieure entwickeln extrem stromsparende WLAN-Funkgeräte

• Das neue Ultra-Low-WLAN-Radio verbraucht nur 28 Mikrowatt, um Daten mit 2 Megabit pro Sekunde über eine Reichweite von 21 Metern zu übertragen.
• Es könnte batterielose Smart-Geräte und komplett kabellose Heim-Setups ermöglichen.

Trotz der ständig wachsenden Popularität von Geräten des Internets der Dinge (IoT) wurde ihr Nutzen durch ihre Batterielebensdauer begrenzt. Ein erheblicher Teil des Energieverbrauchs dieser Geräte stammt aus dem WiFi-Funk, insbesondere wenn Daten mit hohen Spitzenraten übertragen werden.

Bestehende WiFi-Radios benötigen normalerweise Hunderte von Milliwatt Leistung, um IoT-Geräte mit WiFi-Transceivern zu verbinden. Aus diesem Grund benötigen Geräte mit integriertem WLAN entweder häufiges Aufladen, externe Stromquellen oder große Batterien.

Jetzt haben Forscher der University of California San Diego ein winziges Gerät entwickelt, das etwa 5.000 Mal weniger Strom verbraucht als bestehende WLAN-Radios, um IoT-Geräte mit Standard-WLAN-Netzwerken zu verbinden.

Das Gerät verbraucht nur 28 Mikrowatt (µW) um Daten mit 2 Megabit pro Sekunde über eine Reichweite von 21 Metern zu übertragen. Es kann mit Smartphones, kleinen Kameras und Sensoren integriert werden. Kunden müssen keine zusätzliche Ausrüstung kaufen, da sie eine direkte Kommunikation zwischen IoT-Geräten und einem nahegelegenen WLAN-Zugangspunkt ermöglichen kann.

Wie funktioniert es?

Um mit sehr geringem Stromverbrauch zu arbeiten, überträgt das WiFi-Radio Daten unter Verwendung einer Methode, die als Rückstreuung bezeichnet wird. In der Physik bezieht sich Rückstreuung auf die Reflexion von Wellen oder Signalen zurück in die Richtung, aus der sie kamen. Es wird hauptsächlich in der Fotografie, Astronomie und Ultraschall verwendet.

Referenz:UC San Diego

Dieser neu entwickelte Chip erfasst eingehende Funkwellen (WiFi-Signale) von einem nahegelegenen WLAN-Zugangspunkt oder -Gerät (z. B. einem Laptop). Dann ändert es die Signale und kodiert seine eigenen Daten darauf. Schließlich werden die codierten Signale auf einen separaten WLAN-Kanal zu einem anderen Zugangspunkt oder Gerät reflektiert.

Extrem stromsparende WLAN-Funkgeräte, die in winzige Chips integriert sind. Jeder Chip misst 1,5 Quadratmillimeter Fläche. | Bildnachweis:David Baillot | UC San Diego

Um eine solche stromsparende WiFi-Funktechnologie zu bauen, entwickelte das Forschungsteam eine Komponente namens Wake-up-Receiver. Es ist dafür verantwortlich, das WiFi-Radio nur dann aufzuwecken, wenn IoT-Geräte Daten übertragen/empfangen müssen. Die restliche Zeit bleibt es im Energiesparmodus und verbraucht nur 3 µW Leistung.

Das Forschungsteam präsentierte auch eine verbesserte Version seiner Technologie, die einen benutzerdefinierten integrierten Schaltkreis zur Rückstreuung von Daten enthält. Dadurch wird das gesamte System kompakter und effizienter, sodass das Gerät über größere Entfernungen (bis zu 21 Meter) arbeiten kann.

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Alles in allem ist dies der erste pragmatische Chip, der in kompakten Geräten mit geringem Stromverbrauch eingesetzt werden kann. Laut den Forschern kann es die Entwicklung von Wearables mit geringerer Leistung, batterielosen Smart-Geräten und tragbareren, vollständig kabellosen Heim-Setups beschleunigen.