新型全双工通信芯片：使用单个天线同时同频收发数据
戳蓝色字关注IntelligentThings
（图片来源于：Negar Reiskarimian/Columbia Engineering）
导言
平板电脑和智能手机这样的通信设备，通常使用两根天线交换信号，一个用来发送，一个用来接收。这些信号通常以两种方式调制：一种是时分双工，这种方式下， 接收器和发送器在同一个频率下轮流广播数据；另外一种是频分双工，这种方式下，接收器和发送器同时在单独的频率下广播数据。
如何做到同时同频的双工传输呢？去年，哥伦比亚大学电子工程师Harish Krishnaswamy，展示了使用两个天线，在同一个频率下发送和接受信号的能力。它构建了这种全双工通信方式。
现在，Krishnaswamy的博士生，Negar Reiskarimian，它将这项技术嵌入到一个芯片中，最终可以用于智能手机和平板电脑。这次，发送器与接收器使用同一个天线。
研究的意义
这种新型无线芯片，成为下一代无线通信技术里程碑意义的突破。它能够在同一频率，同一时间的条件下传输和接受信号。这种方法使得目前技术的数据容量增加了一倍，虽然还不能达到传统移动网络运行所需要的功率。
和传统的模式相比，新的全双工无线芯片更加的高效。“你不需要浪费时间或者频率。”Krishnaswamy解释道。这样一种对话方式，对于需要更多数据传输的智能手机，尤为重要。同时，很多公司都在寻找释放频率的途径。Krishnaswamy称他的实验室已经和几个芯片厂家一起合作，重新定义概念。
克服洛伦兹相互作用
为了完成这样的效率，新型芯片必须规避一种被称为洛伦兹相互作用的原理。在这个原理下，电磁波被沿着同一个路径，同时向前或者先后传播。
（图片来源于：Negar Reiskarimian/Columbia Engineering）
在过去，电子工程师通过设计由磁性材料构成的环行器，来规避这种相互作用。这种材料通过应用到磁场领域，可以破坏这种相互作用，通过只允许电波向前和向后流动，使得两个信号可以同步传输。
（图片来源于：Negar Reiskarimian/Columbia Engineering）
环行器的应用瓶颈和解决
但是这种形式的环行器 ，通常很贵而且太笨重，很难应用到智能手机中。加上，他们使用磁场，如果被放置在电子设备中，会破坏其他功能。相反，这些环行器经常被用于军事用途。
（图片来源于：Negar Reiskarimian/Columbia Engineering）
为了突破这些限制，Reiskarimian在CMOS芯片的表面植入了硅晶体管，这样可以重新改变信号，使得他们能够被发送器和接收器捕捉到，并且避免干扰。
回声消除技术
实验室在使用回声消除的接收器方面，也是先驱。这种接收器解决了经典的问题，即当双工通信进行的时候，被发送的信号，倾向于对于接收器产生一种回音。这种回音，可能比任何接收器所需要处理的任何外部信号，强数十亿倍。
这种消除回音的接收器，通过学习传输信号来消除这种噪音，并且把它从接收器所需处理的信号中减除。
（图片来源于：Negar Reiskarimian/Columbia Engineering）
未来展望
使用这种芯片，可以提高数据传输能力，并且如果集成到整个网络中去，可以消除数据传输中的延时。
目前，新型芯片并没有足够高的广播功率级别，来连接到移动网络。它在10毫瓦到100毫瓦左右，这通常是一个Wi-Fi网络的起点功率，但是无线网络则需要更高的功率。Krishnaswamy正在寻求几种解决途径，例如重新安排芯片的组件，或者选择不同的硬件来制造它。
IntelligentThings更多关于通信的文章，可以参考阅读：
如果大家有什么关于物联网，智能硬件，创新方向的技术或者产品问题想了，请写评论告诉IntelligentThings，我会定期参看大家的问题，并选择一些来回答。