Рубрика: Техніка зв’язку

Чим більше веж 5G буде побудовано на одиницю площі, тим більше скоротиться загальне енергоспоживання мереж базових станцій і збільшиться час автономної роботи телефонів. Такого висновку дійшли дослідники зі США. За допомогою моделювання вчені розрахували, наскільки ці вежі будуть енергоефективними і яку користь можуть принести власникам смартфонів.

Один із найголовніших компонентів будь-якого мобільного зв’язку — базова станція, тобто комплекс антен, які приймають та передають радіосигнали від телефону до телефону. Такі антени встановлюють на спеціальні вежі заввишки від 70 до 100 метрів (втім, на практиці вежі бувають і нижче за 70 метрів). На одній вежі може стояти кілька базових станцій, що працюють в одному з кількох стандартів зв’язку — 2G, 3G, 4G або 5G. 

Коли телефон абонента надходить дзвінок чи він набирає номер, апарат відшукує найближчу до нього базову станцію і посилає її у сигнал «ідентифікації». Станція приймає цей сигнал, обробляє, а потім перенаправляє до центру комунікації для визначення оператора мобільної мережі та перемикає розмову на найближчу до абонента базову станцію з найсильнішим сигналом оператора.

Системи, які забезпечують бездротовий зв’язок зі смартфонами, споживають багато енергії. Останні дослідження показали, що це споживання особливо збільшується на «останній милі» — ділянці мережі, де дані надходять від провайдера кінцевого користувача. 

Вежі випромінюють радіохвилі в усіх напрямках, вони сягають всіх телефонів в окрузі. Але відгукується на сигнал лише телефон користувача, який упізнав у цьому сигналі код, який смартфон передав на базову станцію. Інакше кажучи, на «останньої милі» більшість енергії витрачається «марно»: поширюючись у просторі, сигнал стикається з різними перешкодами, у результаті він поглинається, відбивається і розсіюється, тобто відбувається втрата значної частини даних. 

Оскільки базова станція та смартфони обмінюються даними бездротовою мережею, пошук телефоном одного конкретного сигналу швидше розряджає його акумулятор, крім того, зростає споживання енергії «від мережі» і самої базової станції (вона працює довше).

Щоб забезпечити більш економічне використання енергії базовими станціями та збільшити час роботи смартфонів від одного заряду батареї, необхідно звести до мінімуму втрату бездротового сигналу. Досягти цього можна, якщо скоротити відстань передачі даних по бездротовому середовищі. У такому випадку стільникові вежі можна буде зменшити в розмірі, через що вони споживатимуть набагато менше енергії. Про це у статті, опублікованій на сайті електронного архіву препринтів arXiv, розповіли дослідники з Каліфорнійського університету (США).

Вчені використовували програмне забезпечення з відкритим кодом Sionna для моделювання передачі даних від базових станцій на мобільні телефони і протестували різні конфігурації мереж на 3D-моделях реальних міст з OpenStreetMap (некомерційний веб-картографічний проект). Метою фахівців було зрозуміти, як покриття різних стандартів мобільного зв’язку скоротить споживання енергії.

«Вирішити проблему „енергоефективності мобільного зв’язку“ можна за допомогою щільнішого покриття. В епоху стандарту 4G багато фахівців пропонували збільшити кількість стільникових веж, проте при такому розкладі ця технологія не дозволить телефону досить швидко перемикатися з однієї вежі на іншу, що необхідно у разі подібного ущільнення. Проблему можна вирішити за допомогою 5G, яка дає можливість швидко збільшити кількість базових станцій та підвищити енергоефективність», – пояснив Агрім Гупта (Agrim Gupta), один з авторів дослідження. 

Під час моделювання американські вчені з’ясували, що найкраще ефект втрати енергії на «останній милі» знижують щільні покриття 5G, які забезпечуються за рахунок заміни однієї більшої базової станції дещо меншими. Експеримент показав, що завдяки такому покриттю можна буде зменшити потрібну висоту розміщення базових станцій до 15 метрів. Це дозволить встановлювати комплекс невеликих антен на деревах або вуличних ліхтарних стовпах, тобто для цих систем більше не потрібні спеціальні вежі.

Крім того, вчені дізналися, що таке «ущільнення» призводить приблизно до триразової економії електроенергії в мережах, що використовуються базовими станціями, а також збільшення часу автономної роботи телефону на 50 відсотків. Якщо заряд акумулятора смартфона «тримається» 12 годин, то завдяки такій мережі час його роботи збільшиться до 18 годин. 

За словами авторів дослідження, ці показники забезпечуються за рахунок різкого зниження потужності передачі даних смартфонами на 10-15 децибел, оскільки невеликі базові станції розташовуватимуться в середньому вп’ятеро ближче до мобільних телефонів, ніж зараз знаходяться вежі.  Сьогодні кількість підключень до мереж 5G зростає у всьому світі. Найбільше цих мереж діє у містах Західної Європи, США, Індії, Китаю. 

Шанхай буквально створює нові кордони в технологіях, запускаючи першу у світі «демонстраційну спільноту широкосмугового хмарного зв’язку 10G» на основі технології 50G-PON. Ця ініціатива, яка є результатом співпраці між шанхайською компанією China Telecom і народним урядом району Янпу, — це майбутнє, наповнене блискавичною швидкістю Інтернету та захоплюючим цифровим досвідом.

Мережа 10G могла б оптимізувати потокове передавання, роботу та, по суті, наш спосіб життя

Нова послуга, яка отримала назву F5G-A (розширена повністю оптична мережа), використовує інфраструктуру 50G-PON для забезпечення приголомшливого 10-гігабітного хмарного широкосмугового доступу. Уявіть собі, що ви завантажуєте величезний 2-годинний фільм у форматі 8K розміром 90 ГБ лише за 72 секунди – різкий контраст із 12-хвилинним часом очікування, пов’язаним зі стандартним гігабітним широкосмуговим зв’язком. Цей експоненційний стрибок у швидкості відкриває двері в ціле нове царство можливостей.

Мережа 10G обіцяє змінити спосіб життя, роботи та взаємодії в Інтернеті. Мешканці демонстраційної спільноти можуть розраховувати на кристально чисті 3D- дисплеї, які видно неозброєним оком, або насолоджуватися трансляцією подій у прямому ефірі з плавним переглядом під вільним кутом. Висока пропускна здатність усуває затримку та забезпечує безперебійну роботу. 

Надшвидка передача даних розширює можливості технологій розумного дому, забезпечуючи миттєву синхронізацію для хмарних рішень для зберігання даних або майже миттєвий доступ до великих файлів із домашнього сервера. Безпроблемна інтеграція в хмару стає реальністю завдяки легкій співпраці, обробці даних у реальному часі та зв’язку без затримок, і все це завдяки надійній мережі 10G.

Цей проєкт служить схемою для створення «15-хвилинного життєвого кола спільноти», передбаченого China Telecom та урядом району Янпу. Ця ініціатива спрямована на створення процвітаючого міського середовища, де мешканці мають усе необхідне – роботу, відпочинок, освіту та основні послуги – у радіусі 15 хвилин.

Сінгапурська компанія SpeQtral, що працює в галузі квантових комунікацій, оголосила про запуск мобільної квантово-оптичної наземної станції TarQis для забезпечення захищеного зв’язку із супутниками.

Зв’язок супутників зі станцією проводитиметься за допомогою квантового розподілу ключів (QKD). Супутники SpeQtral будуть використовувати для своїх цілей уряди, військові, телекомунікаційні компанії, фінансові установи та центри обробки даних.

Станція обладнана модульним квантовим приймачем, сервером керування QKD та оптичним телескопом. Всі ці пристрої помістилися у стандартний 6-метровий контейнер, що спрощує транспортування. У роботі використовуються стандартні інтерфейси передачі даних, що дозволяють користувачам розгортати TarQis будь-де для забезпечення супутникового зв’язку QKD на великі відстані.

TarQis – це готове рішення для державного та оборонного секторів, телекомунікацій, фінансових послуг та центрів обробки даних. Станція може працювати локально, а також функціонувати як вузол міської оптоволоконної мережі забезпечуючи розширене підключення до інших міських мереж за допомогою QKD. Джерело

Впровадження NASA гібридної антени в DSN знаменує значний прогрес у космічному зв’язку, забезпечуючи швидшу передачу даних і задовольняючи потреби майбутніх досліджень. Здатна приймати як радіочастотні, так і оптичні сигнали, гібридна антена DSN відстежує та декодує лазер на низхідній лінії зв’язку з DSOC на борту місії NASA Psyche.

Експериментальна антена отримала як радіочастотні сигнали, так і лазерні сигнали ближнього інфрачервоного діапазону від космічного корабля НАСА «Психея», коли він подорожує крізь глибокий космос. Це показує, що гігантські тарілки мережі NASA Deep Space Network (DSN), які спілкуються з космічними кораблями через радіохвилі, можуть бути модернізовані для оптичного або лазерного зв’язку. Упаковуючи більше даних у передачі, оптичний зв’язок забезпечить нові можливості дослідження космосу, одночасно підтримуючи DSN, оскільки попит на мережу зростає.

Удосконалення комунікацій у глибокому космосі

34-метрова (112-футова) радіочастотно-оптична гібридна антена під назвою Deep Space Station 13 відстежує лазер низхідної лінії зв’язку з демонстрації технології Deep Space Optical Communications (DSOC) з листопада 2023 року. Технічна демонстрація польотного лазерного трансивера (див. зображення нижче) їде з космічним кораблем агентства Psyche, який стартував 13 жовтня 2023 року.

Гібридна антена розташована в Голдстоунському комунікаційному комплексі DSN у глибокому космосі поблизу Барстоу, штат Каліфорнія, і не є частиною експерименту DSOC. DSN, DSOC і Psyche управляються Лабораторією реактивного руху NASA в Південній Каліфорнії.

«Наша гібридна антена змогла успішно та надійно зафіксувати та відстежити низхідну лінію DSOC незабаром після запуску технічної демонстрації», — сказала Емі Сміт, заступник менеджера DSN у JPL. «Він також отримав радіочастотний сигнал Психеї, тож ми вперше продемонстрували синхронний радіо- та оптичний зв’язок у глибокому космосі».

Наприкінці 2023 року гібридна антена передала дані з відстані 20 мільйонів миль (32 мільйони кілометрів) зі швидкістю 15,63 мегабіт на секунду – приблизно в 40 разів швидше, ніж радіочастотний зв’язок на цій відстані. 1 січня 2024 року антена передала групову фотографію, яка була завантажена в DSOC перед запуском Psyche.

Прорив подвійних функціональних можливостей

Щоб виявити фотони лазера (квантові частинки світла), сім надточних сегментованих дзеркал було прикріплено до внутрішньої сторони вигнутої поверхні гібридної антени. Подібні до шестикутних дзеркал космічного телескопа Джеймса Вебба НАСА, ці сегменти імітують світлозбірну апертуру телескопа з апертурою 3,3 фута (1 метр). Коли лазерні фотони потрапляють на антену, кожне дзеркало відбиває фотони й точно перенаправляє їх у камеру високої експозиції, прикріплену до субрефлектора антени, підвішеного над центром тарілки.

Лазерний сигнал, зібраний камерою, потім передається через оптичне волокно, яке подається в кріогенно охолоджуваний напівпровідниковий нанодротяний детектор одного фотона. Розроблений і створений Лабораторією мікропристроїв JPL, детектор ідентичний тому (див. зображення нижче), який використовується в Паломарській обсерваторії Каліфорнійського технологічного інституту в окрузі Сан-Дієго, штат Каліфорнія, яка діє як наземна станція DSOC.

«Це високотолерантна оптична система, побудована на 34-метровій гнучкій конструкції», — сказав Барзія Тегерані, заступник менеджера з наземних систем зв’язку та менеджер з доставки гібридної антени в JPL. «Ми використовуємо систему дзеркал, точних датчиків і камер, щоб активно вирівнювати та направляти лазер із глибокого космосу на волокно, яке досягає детектора».

Тегеран сподівається, що антена буде достатньо чутливою, щоб виявити лазерний сигнал, який надсилається з Марса в найвіддаленішій від Землі точці (у 2,5 раза більше відстані від Сонця до Землі). Психея опиниться на цій відстані в червні на шляху до головного поясу астероїдів між Марсом і Юпітером, щоб дослідити багатий на метал астероїд Психея.

Семисегментний рефлектор на антені є доказом концепції для збільшеної та потужнішої версії з 64 сегментами – еквівалент 26-футового (8-метрового) телескопа з апертурою – який можна буде використовувати в майбутньому.

Компанія SpaceX подала заявку до Федеральної комісії з зв’язку (FCC) на отримання дозволу для тестування безпілотних барж у морі як морські інтернет-станції. На баржі планують встановити 12 наземних звичайних комплексів Starlink для перевірки роботи системи в морських умовах. Як ці комплекси з’єднуватимуться з наземною мережею, не уточнюється. Можливо, всього цього інші завдання і не обов’язково цивільні.

Супутниковий інтернет Starlink влаштований таким чином, що його користувачі (термінали) підключаються до інтернету через мережу наземних станцій Starlink, з’єднаних із глобальною мережею через оптичні лінії. Супутники Starlink на орбіті виступають ретрансляторами, які передають дані від терміналів користувачів до наземних станцій Starlink. Якщо термінал і наземна станція поза досяжністю для одного супутника, то в космосі починається ретрансляція лазерного променя від одного супутника до іншого, поки термінал і наземна станція не з’єднаються потоком даних.

На цьому принципі будується морське покриття Starlink. Компанія з липня 2022 року надає пакет послуг Starlink Maritime вартістю $5 тис. на місяць. Якщо безпілотні баржі SpaceX, які створювалися для підхоплювання в океані сходів ракет компанії, що повертаються, перетворять на «шлюзи» для супутникової мережі, то, можливо, послуга Starlink на морі стане дешевшою. Поки що про проект нічого не відомо. Дозвіл на проведення тестування наземного комплексу на морі теж поки що не видано.

З урахуванням зростання напруженості в Азіатсько-Тихоокеанському регіоні не можна виключати, що морські станції можуть розглядатися як спосіб забезпечення інтернет-зв’язком корабельних угруповань.

Компанія SpaceX оголосила, що на звичайних смартфонах вперше вдалося відправити та отримати SMS за допомогою супутників Starlink Direct to Cell. Ці супутники були запущені на орбіту зовсім недавно, 2 січня, вони вміють безпосередньо підключатися до смартфонів, які не мають підтримки супутникового зв’язку. За заявою компанії, через 6 днів після запуску звичайні смартфони змогли успішно обмінятися текстовими повідомленнями в мережі оператора T-Mobile за допомогою нових супутників Starlink.

SpaceX планує запуск сервісу обміну текстовими повідомленнями за допомогою супутникового зв’язку вже цього року. Це може бути особливо актуальним у віддалених регіонах, де немає стільникового покриття. При цьому для підключення до таких сервісів не буде потреби купувати новий мобільний пристрій з окремою функцією супутникового зв’язку. 

Можливість передачі таким чином голосу, даних, а також інтернет речей можуть з’явитися вже у 2025 році, зазначає компанія. Її мета – забезпечити кожну людину зв’язком у будь-якому місці без необхідності використовувати спеціальні телефони або програмне забезпечення. Зв’язок має бути доступний повсюдно і за допомогою вже існуючих смартфонів, заявили в SpaceX.