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.
