Labāka antena mobilajiem tīkliem

Kad runājat pa mobilo tālruni, jūs kopīgojat radio frekvences ar visiem pārējiem, kas to izmanto trīs kilometru rādiusā no tuvākās bāzes stacijas. Kā visi zina, šī koplietošana ne vienmēr darbojas perfekti — tīkla pārslodze var izraisīt statiskus, pārtrauktus zvanus un lēnu datu lejupielādi.

Bet ko tad, ja jums nevajadzētu koplietot mobilā tālruņa signālu? Ko darīt, ja tuvākā bāzes stacija varētu vērst radio staru tieši pret jūsu tālruni, kamēr jūs pārvietojaties, nevis raidīt signālus visos virzienos? Šādā gadījumā jūs varētu sagaidīt skaidrākus balss zvanus un ātrāku digitālās informācijas, piemēram, tīmekļa lapu vai video, piegādi. Un, izsūtot vairākus starus, jūsu mobilo sakaru operators var nodrošināt uzlabotus signālus arī citiem klientiem.

Šo pieeju mobilo tīklu jaudas palielināšanai sauc par adaptīvo staru veidošanu. Un Nokia inženieri ātri tuvina to komerciālai lietošanai. Lai gan Somijas telekomunikāciju gigants ir vislabāk pazīstams ar saviem tālruņiem, tas ir arī nozīmīgs tīklu un pārraides iekārtu piegādātājs mobilo sakaru operatoriem. Nokia pētniecības centra apakšpagrabā Helsinkos, Somijā, kur viņu aprīkojums ir karantīnā no mobilo signālu kliedzieniem, pētnieki būvē un testē staru kūli veidojošu bāzes stacijas antenas prototipu, kas varētu trīskāršot jaunākās paaudzes antenas jaudu. mobilos tīklus.

[ Noklikšķiniet šeit, lai skatītu antenas, tās apkārtnes un turētāju attēlus.]

Šie jaunie tīkli vēl nav pārslogoti. Bet tas nav iemesls pašapmierinātībai. 3G sistēmas, piemēram, platjoslas CDMA, tikai sāk ieviest visā pasaulē, tāpēc tīkli pašlaik nekādā gadījumā nav pārslogoti, saka Hannu Kauppinens, Nokia pētniecības centra radiotehnoloģiju vecākais pētniecības vadītājs. Taču mēs paredzam, ka nākotnē operatoriem būs nepieciešamība palielināt jaudu. Tāpēc mēs pētām šo funkciju.

Ja tradicionālais mobilo tālruņu tornis darbojas kā zāliena laistītājs, kas izstaro apli, staru veidojoša antena darbojas kā šļūtene. Pamatideja ir tāda, ka pārpildītā vietā vēlaties dot maksimālu signālu atbilstošajai personai, nevis tērēt enerģiju, sadalot to plašākā apjomā, skaidro Gregs Hindmens, Torrance, Kalifornijā bāzētās Nearfield Systems prezidents un līdzdibinātājs. , kas veido testēšanas un mērīšanas sistēmas radioiekārtu ražotājiem. Daudzi mūsu klienti strādā pie tā.

Ir nepieciešami jauni veidi, kā atbalstīt vairāk zvanītāju, jo mobilo tālruņu tīkli izmanto ierobežotu resursu: radio spektru. Sākotnējais paņēmiens vairāku bezvadu lietotāju apkalpošanai apdzīvotā vietā, kas tika izveidots pirms vairāk nekā 40 gadiem, bija telpas sadalīšana šūnās, no kurām katru apkalpoja atsevišķa bāzes stacija. Taču, tā kā šūnas bija lielas un tajās varēja būt daudz klientu, ar to nepietika. Signāli bija jāsadala, izmantojot dažādas radio frekvences vai kanālus.

Tomēr Amerikas Savienotajās Valstīs ar valdības piešķirto spektru pirmās paaudzes analogajiem mobilo sakaru tīkliem pietika, lai atbalstītu tikai 56 kanālus vienā šūnā — 57. zvanītājam jebkurā šūnā nepaveicās. Tāpēc frekvences bija jāsadala tālāk.

Time Division Multiple Access (TDMA) digitālajos tīklos katrs informācijas pārrāvums noteiktā frekvencē tiek sadalīts trīs laika nišos, katrs ir dažas milisekundes garš. Šie sloti ir piešķirti trīs dažādiem tālruņiem, no kuriem katrs var apkopot datus no sava laika nišas nepārtrauktā sarunā. Rezultāts ir tāds, ka trīs tālruņi vienlaikus var izmantot vienu un to pašu frekvenci, trīskāršojot katras šūnas jaudu līdz aptuveni 168 kanāliem. TDMA ir tādu protokolu pamatmetode kā globālā mobilo sakaru sistēma jeb GSM, ko izmanto lielie uzņēmumi, piemēram, China Mobile, T-Mobile, jaunā AT&T nodaļa Cingular, un Personal Communications Services jeb PCS, ko izmanto Sprints.

Alternatīva metode ir pilnībā atteikties no kanāliem un tā vietā izplatīt vairākas sarunas mazos gabaliņos visā šūnu spektrā. Izmantojot šo metodi, kas pazīstama kā Code Division Multiple Access (CDMA), visi tālruņi konkrētā šūnā klausās vienādu frekvenču diapazonu un saņem tos pašus neapstrādātos datus, taču katra datu daļa tiek ievadīta ar digitālu kodu, kas ir unikāls viena klienta tālrunim. . Tikai šis tālrunis var atlasīt un no jauna salikt detaļas, kas veido lietotāja sarunu. CDMA ir vēlamais Verizon Wireless bezvadu protokols ASV, Orange Eiropā un NTT DoCoMo Japānā.

Trešās paaudzes (vai 3G) CDMA versija tiek saukta par platjoslas CDMA, atsaucoties uz tās lielāku spēju pārsūtīt tādus datus kā mūzika un dzīvus kustīgus attēlus. Ideālos apstākļos WCDMA tīkli var nosūtīt datus ar gandrīz DSL ātrumu: 384 kilobiti sekundē kustīgiem lietotājiem un 2 megabiti sekundē stacionāriem lietotājiem, salīdzinot ar aptuveni 50 kilobitiem sekundē otrās paaudzes tīkliem. Šo standartu jau ir pieņēmuši NTT DoCoMo un citi operatori, un Nokia ir ieguldījusi lielus ieguldījumus protokolā, veidojot nepieciešamos tālruņus, bāzes staciju aprīkojumu, datorsistēmas un programmatūru.

Tā kā Nokia tagad gatavojas risināt paredzamos sastrēgumus WCDMA tīklos, tās pētnieki ir sasnieguši pilnu apli: viņi ir atgriezušies pie idejas sadalīt šūnu signālus telpiski. Tāpat kā pirmās paaudzes šūnu tehnoloģija sadalīja telpu šūnās, staru kūļa veidošana sadala šūnas šķēlēs, no kurām katru apkalpo atšķirīgs stars. (Siju veidošanas tehnoloģiju var izmantot jebkura veida digitālajos mobilajos tīklos, ne tikai uz CDMA balstītajiem.)

Lai gan pati staru kūļa veidošana nav jauna ideja, tā nekad nav veiksmīgi izmantota mobilajā telefonijā. Tā pamatā ir veca militārā tehnoloģija, saka Kauppinens. Daži radari ar šo principu darbojas jau ļoti ilgu laiku. Bet tikai dažos pēdējos gados mums ir bijusi izpratne par to, kā staru veidošana faktiski darbotos šūnu tīklos.

Helsinku laboratorijā pārbaudāmā staru kūļa antena patiesībā ir astoņas antenas vienā. Tas ir veidots no vara sloksnēm, katra aptuveni astoņus centimetrus diametrā, sametināta virsmā, kas aptver apmēram vienu kvadrātmetru. Ierīce gudri modulē radioviļņus, kas pārklājas no astoņām antenām, lai virzītu signālus noteiktos virzienos. (Varētu izmantot vairāk antenu, taču signālu vadīšanai nepieciešamie aprēķini krasi palielinās, jo tiek pievienots vairāk antenu.)

Iedomājieties, ka vienlaikus iemetat divus akmeņus nekustīgā dīķī. Dažās vietās izplatīšanās viļņojuma virsotnes sakritīs, veidojot augstākas virsotnes. Citās vietās viena viļņojuma virsotnes dzēsīs otras viļņus, atstājot mierīgu ūdeni. Turklāt, nometot akmeņus nedaudz atšķirīgos laikos, tiks mainītas vietas, kur virsotnes sakrīt. Precīzi aprēķinot laika intervālus, teorētiski jūs varētu likt augstākajām virsotnēm sarindoties noteiktā virzienā.

Tā darbojas Nokia staru veidojošā antena. Korpusā aiz vara loksnes ir izsmalcināti pastiprinātāji un digitālās signālu apstrādes shēmas, kas nepieciešamas, lai virzītu līdz astoņiem atsevišķiem stariem dažādos virzienos. Praksē katra stara lokā, iespējams, būtu daudz zvanītāju, tāpēc katrā starā tiktu izmantotas standarta kodu dalīšanas metodes, lai apkalpotu vairākus zvanītājus, teorētiski palielinot kopējo tīkla jaudu par astoņiem koeficientiem. Tomēr sarežģījošu faktoru, piemēram, ģeogrāfijas un staru traucējumu dēļ, astoņu staru izmantošana faktiski nepalielinātu tīkla kapacitāti astoņas reizes. Daļēji pilsētas un pilsētas vides simulācijās mēs atklājām, ka [staru veidojošā antena] palielināja jaudu divas līdz trīs reizes, saka Kauppinens.

Nokia uzskata, ka tas ir pietiekams uzlabojums, lai ieinteresētu mobilo sakaru operatorus. Un ir vēl viens šīs tehnoloģijas pievilcības iemesls: atšķirībā no citiem antenu blokiem staru kūli veidojošai antenai nav nepieciešami vairāki biezi, smagi un dārgi vara kabeļi, lai izveidotu savienojumu ar pastiprināšanas iekārtu uz zemes. Tā vietā viss nepieciešamais aprīkojums atrodas pašā antenā.

Ja jums ir jābūt četriem kabeļiem, katrs varbūt vienu collu biezs, lai sasniegtu antenu bloku, tas ir praktisks šķērslis, un tas ir galvenais iemesls operatoru nevēlēšanās uzstādīt antenu blokus, saka Tomass Hēns, Kauppinen pētnieks. lab. Tagad, kad pastiprinātājs ir integrēts antenā, tas nozīmē, ka mēs varam vadīt plānu optisko šķiedru līdz antenai. Un jaudas pastiprinātājam nav jābūt īpaši spēcīgam, jo ​​mēs pievienojam antenu signālus kopā.

Kauppinens saka, ka prototipa elektronika darbojas labi. Pēc dažām nedēļām komanda pārbaudīs staru veidojošo antenu uzņēmuma pazemes bezatbalss kamerā. Pēc tam viņi to uznesīs uz jumta un redzēs, kā tas darbojas Helsinku spirgtajā gaisā. Mēs vēlamies parādīt, ka mūsu simulācijas ir patiesas, un iegūt praktisko pieredzi, saka Kauppinens.

Nav skaidrs, kad staru kūļa formēšanas antenas varētu būt pieejamas komerciālai lietošanai. Tas ir koncepcijas pierādījuma projekts, uzsver Kauppinens – izstrādāts, lai pārliecinātu uzņēmuma biznesa vienības, ka tehnoloģiju var attīstīt dzīvotspējīgā produktā.

Pat ja Nokia ies uz priekšu, tā nebūs viena. Pēc Hindmana no Nearfield Systems teiktā, daudzi uzņēmumi, tostarp diezgan daudzi Ķīnā, Dienvidkorejā un Taivānā, pērk iekārtas staru kūļa formēšanas pārbaudei. Šķiet, ka šī tehnoloģija kļūs par vēl vienu no trikiem, ko mobilo sakaru operatori izmanto, lai izpildītu solījumu par augstas kvalitātes platjoslas bezvadu pakalpojumu.

paslēpties