На 5G пролили свет
В ИТМО отмечают, что для обеспечения качественной работы ежегодно растущего количества устройств необходим переход к новому стандарту мобильной связи 5G, предполагающему использование новых частотных диапазонов - вплоть до 52 ГГц. Но на таких высоких частотах бесперебойная и быстрая передача данных возможна только в пределах прямой видимости от базовых станций мобильной связи. "Даже обычная межкомнатная стена может стать серьезной преградой для распространения сигнала. "Теневые" области можно покрыть с помощью дополнительных станций, но это требует больших технических и финансовых затрат. Ученые Нового физтеха Университета ИТМО предложили более простое и экономичное решение - модульную оптически управляемую антенну", - говорят в пресс-службе ИТМО.
Научный сотрудник Нового физтеха Университета ИТМО Андрей Саянский рассказал, что антенна представляет собой решетку из множества отражателей, в каждый из которых встроен фотоприемник. Антенна работает по принципу солнечного зайчика - устанавливается так, чтобы у нее была возможность перераспределять излучение от базовой станции к отдельным абонентам, находящимся в труднодоступных местах. При этом самим перераспределением можно динамически управлять, задавать ему направление. "Для этого мы используем специально созданное устройство: оно, подобно телевизионному пульту, передает цифровой код на элементы антенны по инфракрасному каналу, тем самым перемещая фокус поля 5G на нужные нам зоны", - рассказывает научный сотрудник.
Как объясняют в пресс-службе ИТМО, в конструкции антенны нет сложной и дорогой электроники - она состоит из одинаковых модулей, которые, как в конструкторе Lego, можно убирать или дополнять новыми. "Это позволяет масштабировать антенну до любых размеров, что значительно упрощает и удешевляет процесс разработки, а также адаптацию решения под требования заказчиков. Устройство можно размещать как на фасаде зданий, так и устанавливать внутри помещений. Кроме того, разработка не требует большого количества электроэнергии. Если подвесить оборудование на внешнюю стену дома, то для питания оборудования достаточно будет установить на нем солнечный элемент", - объяснили в пресс-службе. Также представители ИТМО рассказали, что на данный момент создан действующий прототип, который уже демонстрирует высокие показатели надежности при передаче данных. В дальнейших планах ученых - тестирование антенны в различных условиях и ее доработка до рыночного продукта. Прототип будет ориентирован под покрытие площади не менее 20 кв.м, а ориентировочный срок доработки - два-три месяца.
Андрей Саянский рассказывает, что на сегодняшний день отсутствуют общедоступные данные по коммерчески доступным аналогам предлагаемой системы. Подобные исследования и разработки ведутся многими компаниями (GreenerWave, WakeUp, Pivotal Commware, Wistron NeWeb Corporation) и научными группами мира. Однако на данном этапе они проводятся в формате R&D, выполняются в интересах заказчиков разработок и носят конфиденциальный характер. По его словам, значительный объем исследований, проводимых в данном направлении университетами, отражен во многих публикациях, которые, однако, редко сопровождаются разработкой и испытаниями полноразмерных макетов. "В случае с разработанным решением энергопотребление составляет единицы ватт. В перспективе это позволяет перевести антенну на автономное питание с использованием солнечных батарей, что очень важно для упрощения ее установки и эксплуатации", - уточнил научный сотрудник ИТМО.
В пресс-службе ПАО "МегаФон" сообщили, что им пока не известно об этой разработке. "Сейчас одной из приоритетных задач в вопросе 5G для нас остается получение радиочастотного спектра в диапазоне 3,4-3,8 ГГц. Мы продолжаем работать в этом направлении. Без этих частот скорейшее развитие новых технологий в России не представляется возможным. Ключевое преимущество диапазона 3,4-3,8 ГГц перед другими частотами заключается в том, что он позволяет обеспечивать самый оптимальный баланс между покрытием сети и скоростью интернета", - объяснили в пресс-службе компании.
В пресс-службе ПАО "ВымпелКом" ("Билайн") тоже отметили проблему с выделением 5G-частот. "Пока не решен вопрос с выделением частот 5G для коммерческого использования, никакие разработки, связанные с сетями нового поколения, не найдут практического применения в России и не ускорят процесс внедрения нового стандарта", - говорят в компании.
Сотрудник Центра фотоники и двумерных материалов, ведущий научный сотрудник, руководитель лаборатории радиофотоники, доцент, заместитель завкафедрой радиотехники и систем управления МФТИ Дмитрий Филонов считает, что поиск эффективных и экономичных решений для покрытия теневых областей является одной из важнейших задач при развертывании сетей нового поколения. "Для решения похожих проблем могут применяться активные ретрансляторы. Однако активные ретрансляторы - это довольно дорогие и сложные устройства, что ограничивает их широкое применение. В настоящее время активно исследуются возможности использования пассивных интеллектуальных отражающих поверхностей - в англоязычной литературе intelligent reflective surface - для переотражения мощности в области с низким уровнем сигнала. Такие поверхности обычно устанавливаются в прямой видимости базовой станции и обеспечивают управляемое перераспределение мощности в область тени. В отличие от активных ретрансляторов, им не требуется дорогая электроника и достаточно питания от солнечной батареи. Предлагаемая разработка относится к этому классу", - говорит эксперт.
Руководитель проектов компании "Спектрум Менеджмент" Вадим Поскакухин отмечает, что на текущий момент такие технологии, называемые Reconfigurable Intelligent Surfaces, в основном развиваются для миллиметровых диапазонов и в будущем для субтерагерцевых диапазонов. "В более низких диапазонах частот ниже 6 ГГц пока не очень понятен реальный эффект на покрытие с учетом других принципов распространения радиоволн и превалирования антенн без остронаправленного луча. В России, к сожалению, не так много организаций, занимающихся данной темой на уровне прототипов, но в мире исследования ведутся достаточно широко", - рассказывает эксперт.
Директор по анализу процессов цифровой трансформации компании J’son & Partners Consulting Александр Герасимов считает, что возможность развертывания сетей 5G в России пока не просматривается по причинам, очень далеким от проблем с конструкцией антенн. "Более того, вполне возможно, что в России вообще будет пропущен этот этап развития сетей мобильной связи. Но эта разработка, наверное, вполне может быть применима на мировом рынке, где коммерческие сети 5G быстро развиваются.
Вадим Поскакухин из компании "Спектрум Менеджмент" считает, что пока это все-таки больше наработки на будущее развитие 5G и, возможно, даже для сетей 6G. "Такие умные отражающие поверхности в будущем смогут управляться базовыми станциями динамически, открывая новые возможности направления луча на абонента. На текущий момент это может быть применено только в статическом варианте для решения проблем покрытия в высоких диапазонах частот в конкретных локациях", - говорит он.
Дмитрий Филонов из МФТИ отмечает, что на текущий момент прорабатывается стандарт на требования к таким устройствам для использования в сетях 5G и отсутствуют общедоступные данные по коммерчески доступным аналогам предлагаемой системы. Однако подобные исследования активно осуществляются ведущими университетами и компаниями по всему миру. "Разработка может быть интересна отечественным компаниям и использоваться как экономичное решение при развертывании частных сетей 5G. Основной заявленной особенностью разработки указывается модульность конструкции, что может быть очень важно для удешевления процесса развертывания сети", - считает представитель МФТИ.
Вадим Поскакухин говорит, что пока операторы заинтересованы в развитии сетей ниже 6 ГГц, где еще только предстоит оценить эффективность применения таких технологий. "Но к моменту более массового внедрения миллиметровых диапазонов разработка станет более востребованной", - отмечает эксперт.
