Geresnė antena korinio ryšio tinklams

Kai kalbate mobiliuoju telefonu, bendrinate radijo dažnius su visais kitais, kurie jį naudoja trijų kilometrų spinduliu nuo artimiausios bazinės stoties. Kaip visi žino, šis bendrinimas ne visada veikia puikiai – dėl tinklo perkrovos gali atsirasti nejudančių, nutrūkusių skambučių ir lėto duomenų atsisiuntimo.





O kas, jei nereikėtų dalytis mobiliojo telefono signalu? O kas, jei artimiausia bazinė stotis galėtų nukreipti radijo spindulį tiesiai į jūsų telefoną jums judant, o ne skleisti signalus į visas puses? Tokiu atveju galite tikėtis aiškesnių balso skambučių ir greitesnio skaitmeninės informacijos, pvz., tinklalapių ar vaizdo įrašų, pristatymo. Išsiųsdamas kelis spindulius, jūsų mobiliojo ryšio operatorius taip pat gali perduoti patobulintus signalus kitiems klientams.

Šis būdas padidinti korinio ryšio tinklų pajėgumą vadinamas adaptyviuoju spindulių formavimu. „Nokia“ inžinieriai greitai priartina jį prie komercinio naudojimo. Nors Suomijos telekomunikacijų milžinė geriausiai žinoma dėl savo telefonų, ji taip pat yra pagrindinė tinklo ir perdavimo įrangos tiekėja mobiliojo ryšio operatoriams. Nokia tyrimų centro požeminiame rūsyje Helsinkyje, Suomijoje, kur jų įranga yra karantine nuo korinio ryšio signalų triukšmo, mokslininkai stato ir išbando spindulį formuojančios bazinės stoties antenos prototipą, kuris galėtų tris kartus padidinti naujausios kartos korinio ryšio tinklai.

[Spustelėkite čia norėdami peržiūrėti antenos, jos apylinkių ir laikytojų vaizdus.]



Tie nauji tinklai dar nėra perkrauti. Bet tai nėra priežastis pasitenkinti. 3G sistemos, tokios kaip plačiajuostis CDMA, dar tik pradedamos diegti visame pasaulyje, todėl tinklai šiuo metu jokiu būdu nėra perkrauti, sako Hannu Kauppinen, „Nokia“ tyrimų centro vyresnysis radijo technologijų tyrimų vadovas. Tačiau tikimės, kad ateityje operatoriams reikės didinti pajėgumus. Štai kodėl mes tiriame šią funkciją.

Tradicinis mobiliojo telefono bokštas veikia kaip vejos purkštuvas, spinduliuojantis ratu, o spindulį formuojanti antena veikia kaip žarna. Pagrindinė idėja yra ta, kad perpildytoje vietovėje norima duoti maksimalų signalą atitinkamam asmeniui, o ne eikvoti energiją paskirstant ją didesniam kiekiui, aiškina Gregas Hindmanas, Torrance, Kalifornijoje įsikūrusios Nearfield Systems prezidentas ir įkūrėjas. , kuri kuria testavimo ir matavimo sistemas radijo įrangos gamintojams. Daugelis mūsų klientų šiuo klausimu dirba.

Reikia naujų būdų, kaip palaikyti daugiau skambintojų, nes korinio ryšio tinklai naudoja ribotą išteklių: radijo spektrą. Pradinis būdas aptarnauti kelis belaidžius vartotojus apgyvendintoje erdvėje, sukurtas daugiau nei prieš 40 metų, buvo padalinti erdvę į ląsteles, kurių kiekvieną aptarnauja atskira bazinė stotis. Tačiau kadangi ląstelės buvo didelės ir gali turėti daug klientų, to nepakako. Signalai turėjo būti skirstomi naudojant skirtingus radijo dažnius arba kanalus.



Tačiau Jungtinėse Valstijose vyriausybės pirmosios kartos analoginiams korinio ryšio tinklams skirto spektro pakako palaikyti tik 56 kanalus vienoje ląstelėje – 57-am skambinančiajam bet kurioje ląstelėje nepasisekė. Taigi dažniai turėjo būti skirstomi toliau.

Laiko padalijimo daugialypės prieigos (TDMA) skaitmeniniuose tinkluose kiekvienas tam tikro dažnio informacijos srautas yra padalintas į tris laiko tarpsnius, kurių kiekvienas yra kelių milisekundžių ilgio. Šie laiko tarpsniai yra priskirti trims skirtingiems telefonams, kurių kiekvienas gali sujungti duomenis iš savo laiko tarpo į nuolatinį pokalbį. Rezultatas yra tai, kad trys telefonai vienu metu gali naudoti tą patį dažnį, trigubai padidindami kiekvienos ląstelės talpą iki maždaug 168 kanalų. TDMA yra pagrindinė protokolų, tokių kaip Global System for Mobile Communications arba GSM, naudojama didžiųjų įmonių, tokių kaip „China Mobile“, „T-Mobile“, naujojo AT&T padalinys „Cingular“, ir „Personal Communications Services“ arba „PCS“ naudojama technologija. Sprintas.

Alternatyvus būdas yra visiškai atsisakyti kanalų ir paskleisti kelis pokalbius mažomis dalimis visame korinio ryšio spektre. Taikant šį metodą, žinomą kaip Code Division Multiple Access (CDMA), visi tam tikros ląstelės telefonai klauso to paties dažnių diapazono ir gauna tuos pačius neapdorotus duomenis, tačiau prieš kiekvieną duomenų dalį yra unikalus vieno kliento telefono skaitmeninis kodas. . Tik tas telefonas gali atsirinkti ir iš naujo surinkti dalis, kurios sudaro vartotojo pokalbį. CDMA yra pageidaujamas „Verizon Wireless“ belaidis protokolas JAV, „Orange“ Europoje ir „NTT DoCoMo“ Japonijoje.



Trečiosios kartos (arba 3G) CDMA versija vadinama plačiajuosčiu CDMA, nurodant didesnį jos pajėgumą perduoti duomenis, pvz., muziką ir tiesioginius judančius vaizdus. Idealiomis aplinkybėmis WCDMA tinklai gali siųsti duomenis beveik DSL greičiu: 384 kilobitus per sekundę judantiems vartotojams ir 2 megabitus per sekundę stacionariems vartotojams, palyginti su maždaug 50 kilobitų per sekundę antrosios kartos tinklais. Šį standartą jau priėmė „NTT DoCoMo“ ir kiti operatoriai, o „Nokia“ daug investavo į protokolą, kurdama reikiamus telefonus, bazinių stočių įrangą, kompiuterines sistemas ir programinę įrangą.

„Nokia“ dabar ruošiasi spręsti numatomas WCDMA tinklų perkrovas, jos tyrėjai padarė visą ratą: jie grįžo prie idėjos padalinti korinio ryšio signalus erdviškai. Lygiai taip pat, kaip pirmosios kartos korinio ryšio technologija padalijo erdvę į ląsteles, pluošto formavimas padalija ląsteles į skilteles, kurių kiekviena aptarnauja skirtingu pluoštu. (Spindulio formavimo technologija gali būti taikoma bet kokio tipo skaitmeniniame koriniame tinkle, ne tik CDMA pagrindu.)

Nors pats spindulių formavimas nėra nauja idėja, ji niekada nebuvo sėkmingai pritaikyta korinei telefonijai. Tai iš esmės sena karinė technologija, sako Kauppinenas. Kai kurie radarai šiuo principu veikė labai ilgą laiką. Tačiau tik per pastaruosius kelerius metus supratome, kaip spindulių formavimas iš tikrųjų veiktų korinio ryšio tinkluose.



Helsinkio laboratorijoje bandoma pluošto formavimo antena iš tikrųjų yra aštuonios antenos vienoje. Jis pagamintas iš maždaug aštuonių centimetrų skersmens varinių juostelių, suvirintų į paviršių, apimantį maždaug vieną kvadratinį metrą. Prietaisas sumaniai moduliuoja persidengiančias radijo bangas iš aštuonių antenų, kad nukreiptų signalus konkrečiomis kryptimis. (Galėtų būti naudojama daugiau antenų, tačiau skaičiavimai, reikalingi signalams valdyti, drastiškai padidėja, kai pridedama daugiau antenų.)

Įsivaizduokite, kad į nejudantį tvenkinį vienu metu numetate du akmenis. Kai kuriose vietose plintančių bangelių smailės sutaps, sukurdamos aukštesnes smailes. Kitose vietose vienos bangos smailės panaikins kitos duburius ir paliks ramų vandenį. Be to, numetus akmenis šiek tiek skirtingu laiku, pasikeis vietos, kuriose smailės sutampa. Tiksliai apskaičiuojant laiko intervalus, teoriškai galėtumėte priversti aukščiausias smailes išsirikiuoti tam tikra kryptimi.

Taip veikia „Nokia“ spindulių formavimo antena. Dėkle už vario lakšto yra sudėtingi stiprintuvai ir skaitmeninio signalo apdorojimo grandinės, reikalingos aštuoniems atskiriems spinduliams nukreipti skirtingomis kryptimis. Praktiškai kiekvieno pluošto lanke greičiausiai būtų daug skambintojų, todėl kiekviename pluošte būtų naudojami standartiniai kodų padalijimo būdai, kad būtų galima aptarnauti kelis skambintojus, teoriškai padidinant bendrą tinklo pajėgumą aštuonis kartus. Tačiau dėl sudėtingų veiksnių, tokių kaip geografija ir spindulių trukdžiai, naudojant aštuonis pluoštus tinklo pajėgumas iš tikrųjų nepadidėtų aštuonis kartus. Imituodami pusiau miesto ir miesto aplinką, mes nustatėme, kad [spinduliu formuojanti antena] padidino pajėgumą du ar tris kartus, sako Kauppinenas.

„Nokia“ mano, kad to pakanka, kad sudomintų mobiliojo ryšio operatorius. Ir yra dar viena šios technologijos patrauklumo priežastis: skirtingai nei kitų rūšių antenų matricoms, spindulį formuojančiai antenai nereikia kelių storų, sunkių ir brangių varinių kabelių, kad būtų galima prijungti prie stiprinančios įrangos ant žemės. Vietoj to, visa reikalinga įranga yra pačioje antenoje.

Jei turite turėti keturis kabelius, kurių kiekvienas gali siekti vieno colio storio, einančius iki antenos matricos, tai yra praktinė kliūtis, ir tai yra pagrindinė operatorių nenoro montuoti antenų matricų priežastis, sako Thomas Höhne'as, Kauppinen's tyrėjas. lab. Dabar, kai stiprintuvas yra integruotas į anteną, tai reiškia, kad galime paleisti ploną optinį skaidulą iki antenos. O galios stiprintuvas nebūtinai turi būti itin stiprus, nes antenų signalus sudedame kartu.

Kauppinen sako, kad prototipo elektronika veikia gerai. Po kelių savaičių komanda išmėgins spindulį formuojančią anteną požeminėje aidų nelaikančioje kameroje. Tada jie nuneš jį ant stogo ir pažiūrės, kaip jis veikia žvaliame Helsinkio ore. Mes norime parodyti, kad mūsų modeliai yra teisingi, ir įgyti praktinės patirties, sako Kauppinen.

Neaišku, kada spindulį formuojančios antenos gali būti prieinamos komerciniam naudojimui. Kauppinenas pabrėžia, kad tai koncepcijos įrodymo projektas – sukurtas siekiant įtikinti įmonės verslo padalinius, kad technologija gali tapti perspektyviu produktu.

Net jei „Nokia“ žengs į priekį, ji nebus viena. Pasak Hindmano iš Nearfield Systems, daugelis kompanijų, įskaitant nemažai įmonių Kinijoje, Pietų Korėjoje ir Taivane, perka įrangą spindulio formavimui išbandyti. Panašu, kad ši technologija taps dar vienu iš gudrybių, kurias naudoja mobiliojo ryšio operatoriai, siekdami įgyvendinti aukštos kokybės plačiajuosčio belaidžio ryšio paslaugų pažadą.

paslėpti