Исследователи из Корнельского университета разработали новый тип радиочипа, благодаря которому удастся сделать систему беспроводной связи еще более гибкой и дешевой. Производители смартфонов могли бы, к примеру, использовать эту технологию для создания универсальной модели телефона, которая работала бы во всех странах мира.

В последнее десятилетие универсальные радиочипы стали весьма популярными при производстве телекоммуникационного оборудования, потому что большинство характеристик радиосигнала определяется с помощью программного обеспечения, а не отдельных аппаратных компонентов. Именно по этой причине речь зачастую идет о программно-конфигурируемом радио.

Возможности программного обеспечения весьма велики. Во многих трансиверах (устройствах, рассчитанных одновременно на прием и передачу сигнала) для защиты цепей приемника от передаваемых сигналов встраиваются специальные фильтры. Поскольку передаваемые сигналы в миллиарды раз мощнее принимаемых, без фильтров никак не обойтись.

В сотовых телефонах одновременный прием и передача осуществляются на разных частотах. Это позволяет не прерывать свою речь и не переключаться в режим приема всякий раз после произнесения очередной фразы.

Исследователи нашли способ генерировать передаваемый сигнал, который будет подавляться на стороне приемника. Таким образом, аппаратные фильтры оказываются не нужны.

«Все объясняется предложенным уникальным решением, – пояснила профессор Корнельского университета Алиса Апсел, принимавшая участие в разработке новой технологии. – Передатчик генерирует несколько сигналов, они складываются в одном направлении и формируют сигнал нужной мощности. В противоположном же направлении эти сигналы подавляют друг друга, выступая в роли своеобразного фильтра».

Новое решение позволяет удешевить программное радио, но и это не главное.

«Мы можем осуществлять передачу на любой частоте, для этого достаточно просто настроить ряд параметров, – добавила Апсел. – Получается реконфигурируемое радио, которое на лету может менять свой частотный спектр».

Такая возможность приобретает все более важное значение, поскольку постоянно происходит увеличение плотности размещения устройств, инициирующих распространение радиоволн.

Еще пару десятков лет назад сотовой телефон, охватывающий три частотных диапазона, работал без всяких помех фактически в любой точке мира, новейшие же технологии LTE поддерживают уже более 30 различных частот.

Ситуация еще более усложняется из-за недостатка свободных частот: многие страны вынуждены распределять спектр в зависимости от своих нужд. Поэтому возможность быстро перепрограммировать функции радио в соответствии с особенностями того или иного региона оказывается весьма полезной.

Разработанная в Корнельском университете технология покрывает частоты от 300 МГц до 5 ГГц, охватывая многие активные телекоммуникационные диапазоны, в том числе используемые в сотовой связи, сетях Wi-Fi, любительском радио, в работе экстренных служб, а также в некоторых стационарных беспроводных широкополосных и спутниковых сетях.

Исследователям уже удалось обеспечить изоляцию между передаваемым и принимаемым сигналом на уровне 25 децибел. Уровень изоляции аппаратных фильтров составляет обычно от 20 до 40 децибел. При этом Апсел уверена, что в дальнейшем программно-управляемый уровень изоляции может составить 50 децибел и более.

Более подробная информация о результатах исследований изложена в отчете, опубликованном в издании IEEE Journal of Solid-State Circuits 27 января 2017 года. Вместе с Апсел в исследованиях принимал участие профессор Корнельского университета Алеша Мольнар.

Звонки через Wi-Fi работают там, где сигнал мобильной сети слаб или полностью отсутствует, пишет РБК. Например, в подвальных помещениях, магазинах, метро. Сейчас опция доступна только московским абонентам МТС на Samsung Galaxy S7 и Galaxy S7 edge, однако список расширяется. VoLTE, по словам вице-президента МТС по стратегии и маркетингу Василя Лацанича, позволит повысить качество передаваемой речи и сократить время установления соединения.

Также в этом году жители упомянутых городов смогут пользоваться мессенджером  MTC Connect, который позволяет звонить через сети Wi-Fi, LTE или 3G, осуществлять видеозвонки и общаться в чатах. Сейчас услуга доступна только в Москве.

В остальных регионах технологии появятся на год позже.

На выставке Mobile World Congress в Барселоне японский оператор сотовой связи NTT DoCoMo демонстрирует возможности высокой скорости передачи данных по сетям пятого поколения).

В павильоне компании смонтирована небольшая модель заводского цеха с тремя дистанционно управляемыми роботами. Четыре камеры с дальномерами, установленные вокруг, в реальном времени формируют трехмерное изображение для системы виртуальной реальности. Поток данных со скоростью около 700 Мбит/с передается по радиоканалу в шлем виртуальной реальности.

Радиоканал, построенный на оборудовании для сетей 5G производства компании Ericsson, на демонстрации показывал пиковую скорость до 15 Гбит/с — во много раз больше, чем могут обеспечить современные сотовые сети 4G. Оператор NTT DoCoMo проводит испытания этого и другого оборудования в реальных условиях в Японии. В одном из экспериментов с компанией Samsung удалось достичь скорости передачи в 2,6 Гбит/с при связи с автомобилем, двигавшемся по шоссе со скоростью 150 км/ч. При этом использовалась специальная направленная антенна. В другом эксперименте с компанией Huawei данные одновременно передавались 23 абонентам с общей скоростью 10 Гбит/с, а еще в одном на оборудовании Nokia транслировалось видео формата 8K.

Участники индустрии мобильной связи так стремятся перейти на технологии пятого поколения, что запланировали переходный этап: систему, которую можно назвать «почти 5G», но которая будет готова на год раньше.

Основы «истинного» 5G должен заложить радиоинтерфейс, которому дали название 5G NR (New Radio). На конференции Mobile World Congress в Барселоне ряд крупнейших поставщиков оборудования и операторов договорились об ускорении разработки стандарта нового поколения, а трамплином к нему должен стать промежуточный вариант, который справится с некоторыми применениями, планируемыми для 5G, но будет готов к крупномасштабным испытаниям и внедрениям не в 2020-м, а уже в 2019 году.

Перехода на 5G по многим причинам ждут как операторы, так и поставщики оборудования сетей. Операторы смогут предлагать новые сервисы, например, мультигигабитные широкополосные соединения и пакеты услуг для устройств Интернета вещей и соединенных автомобилей. А производителям оборудования 5G может помочь покончить с многолетней «засухой» продаж, последовавшей за развертыванием сетей LTE.

Ожидается, что работа над спецификацией 5G NR, которая войдет в стандарт 3GPP Release 15, завершится к 2020 году, после чего могут начаться крупномасштабные развертывания. Как объясняют приверженцы промежуточной версии, получившей название Non-Standalone 5G NR, она сохранит возможность использования приемопередатчиков LTE и соответствующего операторского программного обеспечения, но добавит специальный режим, подходящий для некоторых применений, планируемых для 5G.

Non-Standalone 5G NR поддержали большинство ведущих участников отрасли: Vodafone, AT&T, еще ряд операторов из разных стран, а также компании Qualcomm, Intel, Ericsson, Huawei и ZTE. Предложить Non-Standalone 5G NR планируется на конференции 3GPP, которая пройдет в марте в Дубровнике (Хорватия).

Примечательными исключениями стали Nokia и Verizon, которые не присоединились к числу поддержавших промежуточный стандарт. Президент и генеральный директор Nokia Раджив Сури недавно объявил, что компания развертывает первые коммерческие сети фиксированного радиодоступа в ряде городов США. В этом проекте, базирующемся на разработках альянса Verizon 5G Technical Forum, также принимает участие Intel.

Сторонники Non-Standalone 5G NR выразили намерение впоследствии поддержать стандарт «истинного 5G», который будет называться Standalone 5G NR, и дали заверения в том, что он будет обратно совместим с промежуточной системой.

Кусочек кремния размером около 7 см способен в ближайшие несколько лет сделать реальным коммерческое применение мобильных сетей 5G.

Исследователи из IBM Research и Ericsson разработали компактный антенный массив, который увеличивает дальность действия высокочастотных радиосигналов мобильных устройств. Благодаря использованию кремния модуль становится тонким и энергоэффективным, что повышает уровень его жизнеспособности с коммерческой точки зрения.

Телекоммуникационные операторы рассчитывают, что сети 5G позволят пересылать данные в сотовых сетях на гигабитных скоростях, то есть намного быстрее, чем это делают сегодняшние сервисы LTE. У новых технологий есть и другие преимущества, способствующие уменьшению уровня энергопотребления, сокращению задержек и обслуживанию большего числа устройств за одно и то же время.

Но для того чтобы перейти к строительству таких сетей, операторам понадобится относительно недорогое оборудование, которое позволило бы им получать прибыль. По словам представителей IBM и Ericsson, анонсированный комплект из 64 антенн становится началом долгого пути сетей 5G к коммерческой реальности.

В рамках двухлетнего совместного проекта исследователи разработали интегральную схему, выполняющую функции ключевых компонентов антенного модуля (в частности, усилителей мощности). Затем четыре таких схемы были объединены с 64 твердотельными кремниевыми антеннами в едином корпусе, стороны которого имеют в длину 7 см.

«Размеры модуля продиктованы законами физики, поскольку антенны просто не могут быть меньше, – указал менеджер Ericsson по продуктам 5G Хокан Андерссон. – Но размещение других компонентов в интегральной схеме позволило сделать модуль более тонким, холодным и эффективным».

Подобные антенные комплекты будут размещаться в небольших базовых станциях сотовой связи, работающих на частоте 28 ГГц – в миллиметровом диапазоне, использование которого и сделало появление сетей 5G возможным. Применение миллиметрового диапазона не везде имеет смысл, но внутри зданий и в условиях тесной городской застройки вполне оправданно.

Дальность действия высокочастотных сигналов невелика, но новые технологии, разрабатываемые в том числе и специалистами IBM и Ericsson, позволяют фокусировать эти сигналы в лучи и направлять их на пользовательские устройства. Утверждается, что это наиболее точная система такого рода. Ее быстродействия оказывается достаточно для отслеживания перемещений устройств, которые переносятся пользователями и даже находятся в движущихся автомобилях.

«Смартфоны 5G и другие мобильные устройства, вероятно, не будут оснащаться 64 антеннами, – заметил Андерссон. – Но направленный луч можно получать и при меньшем количестве антенн».

Антенный массив IBM и Ericsson способен изменять направление сигнала всего за 200 микросекунд или даже быстрее, использует двойную поляризацию и рассылает сигнал одновременно в двух направлениях, охватывая тем самым больше устройств. При этом в системе нет движущихся частей. «Фаза каждой антенны сдвигается электронным образом, меняя направление сигнала», – пояснил менеджер группы IBM Research RF Circuits and Systems Group Альберто Вальдес-Гарсия.

До сих пор в сотовых сетях никогда не использовались частоты выше 6 ГГц. Некоторые частотные диапазоны (24-27, 38, 70 и 28 ГГц) обеспечивают более широкую полосу пропускания по сравнению с сегодняшней низкочастотной полосой. А значит, высокоскоростное обслуживание охватит больше устройств. Принципы, использованные при разработке новых интегральных схем, могут быть применимы и к другим частотам миллиметрового диапазона.

Новая технология была продемонстрирована на конференции International Solid State Circuits Conference в Сан-Франциско. Ожидается, что комплекты, работающие на частоте 28 ГГц, будут использоваться в базовых станциях, вводимых в пробную эксплуатацию в этом году. Крупномасштабное же строительство коммерческих сетей 5G начнется не ранее 2020 года.