Новая технология может обеспечить бесперебойную передачу данных в сетях 5G на скорости до 800 Мбит/с

Потребители современных сотовых телефонов 5G, часто сталкиваются с одной из следующих проблем: впечатляющая скорость загрузки с чрезвычайно ограниченным и неравномерным покрытием или широкое и надежное покрытие со скоростями, которые не намного выше, чем у современных сетей 4G.

Новая технология, разработанная инженерами-электриками из Калифорнийского университета в Сан-Диего, сочетает в себе лучшее из обоих стандартов и может обеспечить сверхбыстрое и надежное подключение 5G.

Команда представит свою работу на конференции ACM SIGCOMM 2021, которая пройдет онлайн с 23 по 27 августа.

Эта технология представляет собой решение, позволяющее преодолеть препятствие на пути к практическому применению высокочастотного 5G для повседневного использования: быстрые беспроводные сигналы, известные как миллиметровые волны, не могут распространяться далеко и легко блокируются стенами, людьми, деревьями и другими препятствиями.

Современные высокочастотные системы 5G передают данные, посылая один лазерный луч миллиметрового диапазона между базовой станцией и приемником, например телефоном пользователя. Проблема в том, что если что-то или кто-то встает на пути этого луча, соединение полностью блокируется.

«Использование одного луча создает единую точку отказа», - говорит Динеш Бхарадиа, профессор электротехники и компьютерной инженерии инженерной школы Калифорнийского университета в Сан-Диего Джейкобс.

Два луча лучше, чем один

Бхарадиа и его команда, которые являются частью Центра беспроводной связи Калифорнийского университета в Сан-Диего, придумали умное решение: разделить один лазерный луч миллиметрового диапазона на несколько, при этом каждый луч должен идти по разному пути от базовой станции ​​к ресиверу. Идея состоит в том, чтобы повысить вероятность того, что хотя бы один луч достигнет приемника, когда на пути есть препятствие.

Исследователи создали систему, способную делать это, и протестировали ее в офисе и за пределами здания на территории кампуса. Система обеспечивала соединение с высокой пропускной способностью (до 800 Мбит/с) со 100% надежностью. Это означает, что сигнал не падал и не терял силу, когда пользователь перемещался между препятствиями, такими как столы, стены и скульптуры на открытом воздухе. В ходе испытаний на открытом воздухе система обеспечивала возможность подключения на расстоянии до 80 метров.

Для создания своей системы исследователи разработали набор новых алгоритмов. Один алгоритм сначала инструктирует базовую станцию ​​разделить луч на несколько путей. Некоторые из них имеют прямой путь от базовой станции и приемника; другие лучи идут непрямым путем, где они отражаются от так называемых отражателей - поверхностей в окружающей среде, которые отражают миллиметровые волны, такие как стекло, металл, бетон или гипсокартон, - чтобы добраться до приемника. Затем алгоритм узнает, какие пути являются наилучшими в данной среде. После система оптимизирует угол, фазу и мощность каждого луча, так что, когда они достигают приемника, то конструктивно объединяются для создания сильного, высококачественного и высокопроизводительного сигнала.

При таком подходе большее количество лучей приводит к более сильному сигналу.

«Можно предположить, что разделение луча снизит пропускную способность или качество сигнала», - сказал Бхарадиа. «Но с учетом того, как мы спроектировали наши алгоритмы, математически оказывается, что наша многолучевая система обеспечивает более высокую пропускную способность при передаче такого же количества энергии, что и однолучевая система».

Другой алгоритм поддерживает соединение, когда пользователь перемещается и если другой пользователь встает на пути. Когда это происходит, лучи смещаются. Алгоритм решает эту проблему путем постоянного отслеживания движения пользователя и перепрофилирования всех лучевых параметров.

Исследователи реализовали свои алгоритмы на новейшем оборудовании, разработанном в лаборатории. «Для этого не нужно никакого нового оборудования», - сказал Иш Джайн, доктор философии по электротехнике и компьютерной инженерии. «Все наши алгоритмы совместимы с текущими протоколами 5G».

Аппаратное обеспечение состоит из небольшой базовой станции и приемника. Базовая станция оснащена фазированной решеткой, которая была разработана в лаборатории профессора электротехники и компьютерной инженерии Калифорнийского университета в Сан-Диего Габриэля Ребеиса, который является экспертом в области фазированных решеток для связи 5G и 6G, он также является членом университетского центра беспроводной связи.

Сейчас команда работает над масштабированием своей системы для поддержки нескольких пользователей.

По материалам: Techxplore