Долгое время для обеспечения спутниковой связи использовались массивные механические антенны-тарелки, которые до сих пор остаются основной связующей ланкой между наземными станциями и космическими аппаратами. С увеличением количества спутников на низкой околоземной орбите такие традиционные решения становятся все менее эффективными, существенно ограничивая пропускную способность и гибкость инфраструктуры.
Об этом сообщает ProIT
ArrayLink: новый подход к спутниковой связи
Инженеры Университета Калифорнии в Сан-Диего разработали альтернативную систему под названием ArrayLink, которая предлагает заменить большие параболические антенны на сети небольших плоских микроантенн размером с ноутбук. Такие антенны могут устанавливаться на крышах зданий, телекоммуникационных вышках и даже на предприятиях. Это позволяет существенно снизить затраты, упростить развертывание наземных станций и обеспечить масштабируемость по мере роста спутниковых группировок.
Системы спутниковой связи имеют ключевое значение не только для интернета, но и для GPS-навигации, финансовых операций, метеопрогнозирования, военного и экстренного связи, авиации, морских перевозок, телемедицины и наблюдений за Землей. В течение последних десяти лет количество активных спутников значительно возросло, а в ближайшее время их станет еще больше. Хотя современные спутники значительно мощнее, наземная инфраструктура не успевает за темпами развития отрасли.
“Если коммуникационные спутники 1970-х годов часто весили несколько тонн и передавали сравнительно небольшие объемы данных, то многие современные спутники на низкой околоземной орбите (LEO) являются компактными программно-управляемыми системами, способными обеспечивать высокоскоростной широкополосный доступ в интернет, прямую связь со смартфонами и передачу изображений в реальном времени”, — пишет New Atlas.
Несмотря на внедрение облачных сетей, программно-определяемых радиосистем и электронно-управляемых решений, основная масса мощных каналов связи по-прежнему зависит от больших тарелок. Современные фазированные антенны могут их заменить, но их стоимость и сложность развертывания остаются слишком высокими для массового внедрения. Именно для решения этой проблемы команда UC San Diego и создала ArrayLink.
Преимущества распределенных микроантенн и технология MIMO
Вместо одной большой антенны команды предложили объединить несколько меньших фазированных панелей, которые координируются как единая система. ArrayLink использует до 16 таких панелей, размещенных на площади в несколько километров. Отдельно каждая панель не обеспечивает необходимой мощности, но вместе они формируют эффективную альтернативу классическим спутниковым тарелкам. Благодаря разнесенности панелей система может использовать эффект near-field line-of-sight MIMO — это позволяет одновременно передавать несколько независимых потоков данных между спутником и наземной станцией. В испытаниях была достигнута поддержка до четырех пространственных потоков на расстояниях в сотни километров и двух потоков при удалении более 2000 км, что обеспечивает утроенную пропускную способность по сравнению с традиционными антеннами.
Инновационной является также способность ArrayLink фокусировать энергию не только в определенном направлении, но и на заданном расстоянии, что уменьшает риск помех другим спутниковым системам. Эта особенность может значительно улучшить качество и надежность связи в густонаселенных спутниками орбитальных участках.
Рохит Редди Веннам (слева) и доцент Дине́ш Бхара́дия демонстрируют систему ArrayLink на фоне старой спутниковой тарелки. Фото: Qualcomm Institute UC San Diego / New Atlas
Важно, что система уже была испытана в реальных условиях. Во время тестов на частоте 27 ГГц с использованием коммерчески доступных фазированных антенн и программно-определяемых радиосистем полученные результаты почти полностью совпали с теоретическими расчетами и компьютерными симуляциями, что подтверждает эффективность подхода.
ArrayLink спроектирована для практического применения: она не требует специализированного оборудования и основана на массово производимых компонентах, аналогичных тем, которые используются в спутниковых терминалах. Команда исследователей также рассматривает возможность размещения таких антенн на уже существующих вышках сотовой связи 5G, что значительно упростит интеграцию новой технологии в инфраструктуру городов.
В настоящее время ArrayLink находится на стадии экспериментальной системы, но ее дальнейшее развитие и масштабирование могут сделать спутниковый интернет более доступным, надежным и быстрым для пользователей по всему миру.