В эксперименте с технологией 5G миллиметровые волны преодолели более 10 километров
Технология 5G этим летом прошла ключевое испытание в месте, где никто из местных жителей не ожидал ее обнаружить. В августе группа студентов из Нью-Йоркского университета (NYU) загрузила в фургон радиоаппаратуру и отправилась в десятичасовое путешествие на окраину города Ринера на юго-западе Вирджинии. Оказавшись там, молодые исследователи установили передатчик на крыльце небольшого горного домика своего профессора, Теда Раппапорта, и направили его в сторону леса.
Затем студенты провели два долгих дня, рассекая на своем фургоне по пригородным дорогам туда обратно, чтобы найти 36 мест в окрестных холмах, подходящих для испытаний. Общественная стоянка — идеальный полигон для испытаний, но их сложно встретить на пути по проселочным дорогам. В каждом таком месте они поставили приемник, который искал в горном воздухе следы миллиметровых волн, которые исходили от оборудования, расположенного на крыльце. Ниже представлена схема расстановки приемников на местности.
В ходе эксперимента группа выяснила, что волны могут «путешествовать» более чем на 10 километров в сельской местности, даже если холмы или кроны деревьев блокировали прямой путь к приемнику. Команда обнаружила волны от передатчика на расстояниях до 10,8 километров в 14 точках, которые были в прямой видимости, и в 10,6 километрах в 17 точках, где сигнал отражался от холмов или лиственных рощ. Все это было достигнуто при радиовещании на частоте 73ГГц с минимальной мощностью — менее 1Вт.
Схемы работы передающего и принимающего сигнал оборудования
«Я был удивлен, что мы превысили 10 километров с несколькими десятками милливатт — говорит Раппапорт. — Я предполагал, что мы сможем выйти из зоны прямой видимости на несколько километров, но мы смогли выйти за пределы десяти».
Полоса частот 73ГГц намного выше, чем традиционные частоты, которые используются в сотовой связи. В июне комиссия по связи в США открыла спектр 11ГГц в диапазоне миллиметровых волн (который охватывает от 30 до 300ГГц) поставщикам услуг, которые занимаются разработкой технологии 5G.
Раппапорт уверен, что их результаты демонстрируют потенциальную возможность использования миллиметровых волн как в сельских микросотах, так и на больших базовых станциях. До сих пор волны такой длины использовались для широкополосного доступа в интернет через фиксированную связь, в которой информация перемещается между двумя стационарными точками. Теперь технологию 5G можно успешно использовать и для сотовой связи.
Роберт Хит, эксперт по беспроводным технологиям в Техасском университете Остине отмечает, что работа группы NYU внесла свой вклад в развитие 5G. «Я думаю, это ценно, поскольку многие люди не думали о расширенных диапазонах 5G в сельской местности. Им кажется, что диапазон ограничен высокими частотами».
Расположение передающей сигнал антенны относительно окружающей среды
В прошлом году группа Раппапорта продемонстрировала, что приемник, размещенный на улице, может успешно поймать сигнал 5G, транслируемый на 28ГГц и 73ГГц, на расстоянии 200 метров, используя менее 1Вт мощности передатчика, даже если путь к нему перекрывают высокие здания. Работа ученых показала, что отражение сигналов от фасадов зданий все-таки позволяет обеспечить последовательное покрытие сети по крайней мере снаружи, на улице. Будет ли результат последнего исследования значить то же самое и для пригородных районов, еще не известно. Глава исследовательской группы уверен, что их работа поможет коммерциализировать технологию, в том числе заменить оптоволоконное соединение и транспортные сети связи.
«Общественность ошибалась, думая, что миллиметровые волны не могут пройти большие расстояния в ясную погоду в свободном пространстве. На самом деле, они могут распространяться так же далеко, как и нынешние более низкие частоты, если антенны будут одного размера. Я думаю, что эта технология жизнеспособна для мобильной связи» — отмечает Раппапорт.
Группа ученых наблюдала за поведением миллиметровых волн за городом для того, чтобы оценить стандарт распространения, который консорциум 3GPP выдвинул для моделирования волн в сельских районах. В 14 версии стандартов сила сигнала, испускаемого базовой станцией за городом измеряется в соответствии с такими факторами, как высота вышки, рост среднего пользователя, высоты зданий, ширина улицы, а также частота, которая используется для передачи сигнала.
Исследователи из Нью-Йоркского университета считают, что стандарт был принят несколько поспешно и основывается на использовании более низких частот, которые плохо подходят для того, чтобы точно предсказать поведение волн на высоких частотах. Поэтому, по мнению команды, стандарт преувеличивает потери на больших расстояниях.
Другие ученые скептически относятся к достижению команды Нью-Йоркского университета. Профессор Габриэль Ребайц, который проводит исследования беспроводных технологий в Калифорнийском университете, указывает на то, что испытания проводились в два безоблачных дня. Дождь может привести к ухудшению 73ГГц-сигналов на уровне 20 децибел за километр, что эквивалентно снижению интенсивности сигнала в 100 раз на каждый километр пути. Он считает, что в конечном счете 5G принесет больше пользы в городах, но сомневается в целесообразности для сельских сетей сотовой связи.
Джордж МакКартни мл., аспирант факультета беспроводной инженерии в Нью-Йоркском университете считает, что стандарт 5G будет актуален для сельской местности лет через пять или десять после того, как он окончательно «созреет». Чтобы эта технология прочно вошла в нашу жизнь, антенны должны передавать сигнал с высокой точностью, чтобы точно убедиться, что сигнал доходит до конкретного пользователя. Это важно, потому что волны могут отражаться от объектов и распространяться разными путями от передатчика к приемнику. Что касается успешного использования миллиметровых волн за пределами городской среды в ближайшие несколько лет, Джордж говорит следующее: «Я немного скептически настроен просто потому, что для этого понадобится много маленьких элементов антенны и придется задавать направление сигнала и управлять им».
Научная работа опубликована на arXiv.org (ArXiv:1608.05384v2 [cs.CV])
