Российские исследователи разработали уникальные поверхности для усиления сигнала мобильной связи 5G.
Они функционируют по принципу зеркала, отражая не свет, а радиоволны. Установка таких поверхностей на вышки мобильной связи позволит увеличить скорость передачи данных в сети без необходимости строительства новых базовых станций. Эксперты считают, что данная разработка может быть внедрена на практике для повышения емкости радиоканалов. Тем не менее, в условиях плотной городской застройки эффективность будет ограничена, тогда как в сельской местности она значительно улучшит покрытие. В крупных городах переход на более современный стандарт связи в России запланирован на следующий год.
Радиозеркала для усиления сигнала
Специалисты Института проблем передачи информации им. А. А. Харкевича (ИППИ) РАН используя 3D-печать, создали элементы интеллектуальных поверхностей, которые могут управлять радиоволнами и усиливать сигналы сетей 5G. Новый метод производства позволил увеличить ширину частотной полосы на 40%, что ускоряет передачу данных. При этом технология в пять раз дешевле существующих аналогов, что открывает возможности для массового применения в создании устойчивого покрытия беспроводными сетями даже в удаленных уголках страны. Разработка получила поддержку гранта Российского научного фонда (РНФ).
— Предложенная методика не требует дорогих импортных материалов, так как в печати используется ударопрочный полистирол, производимый в России. Это дает возможность быстрее и значительно дешевле, чем другие технологии, создавать устройства для 5G и, в будущем, 6G-сетей. В ближайший срок планируется наладить производство реконфигурируемых интеллектуальных поверхностей в нашей стране и ускорить их внедрение в отечественные системы связи. В дальнейшем мы намерены использовать данную методику для создания нового прототипа реконфигурируемой интеллектуальной поверхности для сотовых сетей 5G,— сообщил участник проекта младший научный сотрудник лаборатории беспроводных сетей ИППИ РАН Андрей Тярин.
Сети 5G в России сейчас функционируют в пилотном режиме в Москве, Санкт-Петербурге, Иннополисе и Сколково. В основном их используют крупные компании и корпоративные клиенты. По плану, их активное развертывание для большого числа абонентов должно начаться уже в 2026 году. В отличие от стандартов связи предыдущих поколений, 5G предлагает более высокую скорость передачи данных и большую пропускную способность, что открывает возможности для развития интернета вещей, беспилотного транспорта и внедрения VR-технологий.
Тем не менее, для обеспечения стабильного покрытия сетью мобильной связи 5G и последующих поколений потребуется значительное количество новых вышек, что обойдется недешево. Однако можно повысить эффективность передачи сигналов пользователям от уже существующих вышек с помощью созданных в ИППИ интеллектуальных поверхностей. Эти устройства действуют как зеркала, но отражают радиосигналы. Перенаправляя радиоволны, можно усиливать их и улучшать качество связи, отметили авторы проекта.
Ранее прототипы таких поверхностей создавались с применением дорогостоящей технологии изготовления печатных плат, при которой на непроводящих пластинах с помощью химической обработки формировалось очень тонкое медное покрытие. Этот подход требует сложного оборудования и дорогостоящих материалов, что делало его практически недоступным для операторов связи.
Ученые ИППИ применили 3D-печать. В качестве материала для таких элементов был выбран ударопрочный полистирол, который является недорогим и пропускает радиоволны, практически не искажая их, что делает его удобным для использования в качестве основы умного зеркала. Полистирольная основа была напечатана на 3D-принтере с ячеистой структурой внутренней поверхности. Затем на эту поверхность был наклеен проводящий слой из медной фольги.
В ходе испытаний разработчики подтвердили, что поверхности действительно усиливают радиоволны. Эксперимент показал, что сочетание ячеистой структуры, созданной 3D-печатью, и простого покрытия из фольги позволило получить элемент умной поверхности, у которого рабочая полоса частот на 40% шире, чем у существующих аналогов. Благодаря этому устройства на основе таких элементов смогут передавать данные с большей скоростью.
Практическое применение
Предложенная технология может увеличить информационную емкость радиоканала и имеет потенциал для практического применения, считает начальник отдела прикладных исследований и разработок перспективных решений сотовой связи МФТИ Григорий Серегин.
— Исследование представляет собой важный вклад в развитие систем мобильной связи 5G Advanced и 6G. Увеличение ширины рабочей полосы частот положительно влияет на информационную емкость радиоканала в целом. Разработанная технология может активно использоваться в пассивных реконфигурируемых поверхностях,— отметил он.
По словам главного редактора портала о гаджетах и технологиях Ferra.ru Евгения Харитонова, данная технология может принести определенные преимущества, однако не устранит полностью необходимость в высокой плотности вышек для перехода на более высокий стандарт связи, особенно в условиях плотной городской застройки.
— В городских условиях эти поверхности могут рассматриваться как полезное дополнение, но не обеспечат радикального превосходства или ускоренных темпов перехода на 5G. Эффект можно сравнить с более качественным Wi-Fi-роутером. В сельских районах, где нет столь большого количества бетонных строений, эти устройства помогут улучшить покрытие,— добавил Евгений Харитонов.
Массовое внедрение сетей 5G вряд ли состоится в 2026 году. Вероятнее всего, абоненты смогут начать их использовать только в 2027 году, считает эксперт.
Тем не менее, по мнению директора научного центра моделирования беспроводных сетей нового поколения РУДН Мутханна Аммара Салех Али, данная разработка может оказаться крайне эффективной даже в условиях мегаполиса, поскольку радиозеркала легко интегрировать на различных поверхностях инфраструктуры для создания единой программируемой радиосреды в масштабах города.
— Увеличение ширины рабочей частотной полосы на 40% прямо пропорционально повышает пропускную способность системы в соответствии с основными законами теории информации. Это обеспечивает более быструю обработку сигналов и снижение временных задержек, что критически важно для приложений реального времени и систем с ультравысокими требованиями к задержкам,— подчеркивает специалист.
Широкая частотная полоса значительно улучшает работу системы в условиях многолучевого распространения, характерного для городской среды, уверен ученый.
Фото: hi-tech.mail.ru