Группа исследователей из компании Columbia Engineering разработали новую технологию, позволяющую реализовать полнодуплексную связь, одновременный прием и передачу данных, на одной и той же самой частоте, лежащей в диапазоне работы систем беспроводной связи. Более того, им удалось воплотить реализацию этой технологии в виде наноразмерных CMOS-компонентов приемника и передатчика, размещенных на кристалле миниатюрного чипа CoSMIC (Columbia high-Speed and Mm-wave IC), который может без труда быть установлен в смартфонах и других миниатюрных электронных устройствах.
До последнего времени считалось, что реализация полнодуплексной связи на одной частоте попросту невозможна, во всех современных системах беспроводной связи приемники и передатчики могут работать одновременно только на немного отличающихся частотах. «Нам удалось создать то, что в корне изменит все принципы построения систем беспроводной радиосвязи» — рассказывает профессор Хэриш Кришнэсвами (Harish Krishnaswamy), — «Дальнейшее развитие нашей технологии позволит удвоить ресурсы спектров радиочастот, используемых планшетными компьютерами, смартфонами и другими устройствами».
В преддверии так называемой эры Больших Данных на первый план все сильней и сильней выдвигается кризис, связанный с ограниченной пропускной способностью радиочастотного спектра, в результате которого беспроводные сети будущего уже не смогут справиться со все увеличивающимися потоками данных. Современные стандарты, такие, как 4G/LTE, поддерживают работу в 40 различных диапазонах, между которыми практически не осталось свободного пространства для дальнейшего расширения. А 5G-сетям следующего поколения, которые должны обеспечить передачу в тысячи раз большего количества данных, и существующего диапазона будет совершенно недостаточно.
Чип CoSMIC
Возможность использовать один и тот же диапазон для приема и передачи данных позволит удвоить пропускную способность беспроводных сетей без необходимости расширения рабочей полосы. И это может стать решением вышеописанной проблемы. «Другие исследовательские группы и даже целые компании уже демонстрировали в теории и на практике возможность реализации полного дуплекса на одной и той же частоте» — рассказывает профессор Кришнэсвами, — «Но никому до нас не удавалось реализовать в виде одной крошечной интегральной схемы».
Самой большой проблемой, которую пришлось решить исследователям, являлась проблема подавления эха собственного передатчика. Представьте себе, что вы пытаетесь услышать кого-то, находящегося достаточно далеко, когда рядом с вами кричит другой человек. Но, если вы сумеете подавить звук крика ближайшего к вам человека, то вы сможете услышать человека, находящегося на удалении от вас.
«При помощи некоторых решений и тщательной экранировки цепей передатчика от цепей приемника нам удалось решить проблему подавления эха» — рассказывает профессор Кришнэсвами, — «В нашем случае все было усугублено еще тем, что все это делалось в пределах одного кристалла крошечного чипа»
В настоящее время исследовательская группа готовится к проведению ряда тестов, в которых будет создана сложная беспроводная сеть с множеством узлов. «В случае соединения точка-точка наша технология без проблем демонстрирует удвоение пропускной способности рабочей частоты» — рассказывает профессор Кришнэсвами, — «Теперь мы кардинально усложним задачу и выясним, на какой прирост пропускной способности можно будет рассчитывать в случае сложных сетей, максимально приближенных к существующим сетям беспроводной связи».
