Системы мобильной и спутниковой связи с каждым годом совершенствуются. МТС, например, в окрестностях Москвы и Санкт-Петербурга развернул более десятка пилотных зон с покрытием 5G. О том, какие преимущества дают новые поколения связи, как создаются антенны для них и почему изогнутые спутниковые «тарелки» лучше заменить плоскими решениями, порталу InScience.News рассказала Любовь Любина, заместитель заведующего кафедрой теоретических основ радиотехники СПбГЭТУ «ЛЭТИ».
— Почему сегодня есть необходимость переходить от связи четвертого поколения 4G к 5G?
— Сейчас в мире происходит переход к глобальной цифровизации, в том числе в сфере связи: с каждым годом увеличивается количество абонентов и устройств, которые должны работать в единой сети, при этом обслуживающие их системы связи должны соответствовать определенным показателям эффективности. И эти показатели на сегодняшний день таковы, что сети 4G перестают им соответствовать. В связи с этим просто происходит очередная смена поколений: как, например, в свое время мы перешли от 3G к 4G, так и сейчас переходим к 5G. Возьмем хотя бы обычную мобильную связь. Да, это всего лишь частный случай, тем не менее его можно использовать в качестве наглядного примера. Сначала она позволяла загружать видео с максимальным разрешением 360 p; когда появилась связь 4G, стало возможно обеспечивать потоковое видео в HD-качестве; 5G — это уже будет Ultra HD, или 4K. Соответственно, когда произойдет следующий переход — к 6G, — возможное разрешение достигнет 8K.
— Какие еще показатели эффективности учитываются при оценке того или иного поколения систем связи?
— Их довольно много, но основные — это надежность, скорость и объем передачи информации, количество одновременно обслуживаемых устройств, вероятность, с которой при передаче «теряется» один бит информации.
— Какие на сегодняшний день существуют технологии для реализации 5G-мобильной связи?
— Если говорить о компонентной базе, то сейчас происходит переход от кремния к другим технологиям. Это связано с необходимостью передавать все большие и большие объемы информации с высокой скоростью, а кремний не может этого обеспечить. Можно сказать, что в производстве процессоров и наночипов на его основе мы уже практически подошли к пределу возможностей. Альтернативой телекоммуникационному оборудованию на основе кремния может стать техника на основе более совершенных материалов, например действующих на принципах радиофотоники. В сфере сигнально-кодовых конструкций, использующихся при любой беспроводной передаче информации, также идет активное развитие.
— Как в целом вы бы оценили развитие систем мобильной и спутниковой связи в нашей стране и за рубежом?
— Ключевым элементом сотовой связи являются базовые станции. Проще говоря — «вышки», которые обеспечивают вокруг себя определенную зону покрытия. Можно сказать, что сотовая связь поколения 4G на данный момент в России очень широко развернута, на ее основе вполне реально быстро развернуть и сеть 5G, причем уже есть отечественные прототипы соответствующих базовых станций, например разработки Сколтеха и НИИРа, Радио-Гигабит. МТС уже развернул более десятка пилотных зон в окрестностях Санкт-Петербурга и Москвы. Если рассматривать другие страны, то, вне всяких сомнений, по площади покрытия 5G лидирует Китай.
Нужно сказать, что сотовая связь в основном развита в крупных городах. На некоторых труднодоступных территориях, например в горной местности, «вышки» в принципе невозможно или крайне дорого ставить, не везде к ним можно провести оптоволокно. Именно в этих случаях используется спутниковая связь. В целом для нее применимы все те же показатели эффективности, о которых я говорила ранее, поскольку в ряде случаев она становится единственным возможным средством связи в регионах.
— Расскажите об антеннах, которые разрабатываются в ЛЭТИ?
— Одни из наших последних разработок выполнены в рамках проекта «Приоритет 2030». Мы как раз создавали антенны для связи 5G, в этой работе ориентировались на стандарт, который существует в России именно под эту систему связи, выбрали частоты, на которых должна работать антенна, и разработали три вида антенн. Две из них ориентированы на использование в базовых станциях сотовой связи, и еще одна — спутниковая антенная решетка. Она интересна тем, что может использоваться вместо обычных зеркальных антенн, «тарелок», имеющих вогнутую форму. Наша антенна плоская и разборная, а потому более удобная в плане производства, транспортировки и установки.
— Проводились ли уже испытания этой антенны в реальных условиях, например для получения сигнала со спутников?
— У нас пока есть только лабораторный макет, но также есть и технология его производства, поэтому мы уже готовы оперативно собрать устройство, максимально подготовленное к установке в конкретную систему связи. Но поскольку антенна — это только часть системы, на данном этапе мы можем оценить ее характеристики в безэховой камере и тем самым показать, что она действительно соответствует заявленным техническим требованиям. Однако, чтобы протестировать антенну в реальных условиях, нам требуются другие компоненты системы связи. Мы открыты для сотрудничества с компаниями, с которыми можно было бы организовать совместную работу и провести полигонные испытания. С другими, более ранними, разработками у нас такой опыт тестирования уже есть.
— Есть ли в России и в мире аналоги ваших разработок?
— Отражательные антенные решетки, построенные по той же идеологии, разрабатываются коллективами в ИТМО, в Южном федеральном университете, а также в Сибирском федеральном университете, с которым мы сотрудничаем.
— Каким компаниям могут быть интересны ваши разработки?
— Спектр заинтересованных компаний может быть очень широк, поскольку то, что мы сделали, — это аналог спутниковых тарелок, а они используются во многих сферах: не только для телевизионного вещания, но и в охранных системах, ретрансляторах Wi-Fi-сигнала. И наше решение, хоть, вероятно, и будет более дорогим, но за счет простоты производства, сборки и эксплуатации может стать перспективной заменой. Опыт показывает, что часто компании готовы платить за технологичность. Еще одно преимущество наших антенн заключается в том, что их легко можно замаскировать на любом фасаде, и благодаря этому в городах снизить количество визуального мусора.
— Расскажите поподробнее о том, как плоская антенна работает. Как она собирает сигнал?
— Обычные спутниковые антенны работают по принципу параболического зеркала: с помощью изогнутой поверхности они фокусируют поступающие на них электромагнитные волны в определенной точке, в результате там концентрируется сигнал, например, со спутника. Из-за изогнутой формы антенны они проходят разное расстояние, прежде чем попасть на ее поверхность и в результате отражения приходят в фокус, где расположен приемник сигнала, с одинаковой фазой. Чтобы использовать этот принцип на плоскости, нужно поместить на нее большое количество мелких элементов, например печатных. Отражаясь от этих элементов, немного отличающихся по форме и размеру в разных частях плоскости, с заранее определенной фазовой задержкой, все волны будут все так же фокусироваться в одной точке. Понимая физику этого процесса, мы можем довольно быстро рассчитывать размеры и форму элементов так, чтобы получать и передавать сигнал на определенных частотах.
— Какие шаги требуются перед тем, как запустить антенны 5G в массовое производство?
— В первую очередь хотелось бы реализовать автоматическое механическое слежение, то есть обеспечить постоянную ориентацию антенны на спутник. Кроме того, было бы полезно партнерство с операторами систем связи, чтобы мы могли апробировать наше решение.
— Есть ли компании, уже сейчас готовые взять на себя роль производителя разработанных вами антенн?
— На данный момент мы ведем переговоры об этом с одним из производителей телекоммуникационного оборудования, и всегда открыты для сотрудничества с потенциальными индустриальными партнерами.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
