Тривалий час для забезпечення супутникового зв’язку використовувалися масивні механічні антени-тарілки, які досі залишаються основною ланкою між земними станціями та космічними апаратами. Зі зростанням кількості супутників на низькій навколоземній орбіті такі традиційні рішення стають дедалі менш ефективними, суттєво обмежуючи пропускну здатність і гнучкість інфраструктури.
Про це розповідає ProIT
ArrayLink: новий підхід до супутникового зв’язку
Інженери Університету Каліфорнії в Сан-Дієго розробили альтернативну систему під назвою ArrayLink, яка пропонує замінити великі параболічні антени на мережі невеликих пласких мікроантен розміром з ноутбук. Такі антени можуть встановлюватися на дахах будівель, телекомунікаційних вежах і навіть на підприємствах. Це дозволяє суттєво знизити витрати, спростити розгортання наземних станцій і забезпечити масштабованість у міру зростання супутникових угруповань.
Системи супутникового зв’язку мають ключове значення не лише для інтернету, але й для GPS-навігації, фінансових операцій, метеопрогнозування, військового та екстреного зв’язку, авіації, морських перевезень, телемедицини і спостережень за Землею. Протягом останніх десяти років кількість активних супутників значно зросла, а найближчим часом їх стане ще більше. Хоча сучасні супутники значно потужніші, наземна інфраструктура не встигає за темпами розвитку галузі.
“Якщо комунікаційні супутники 1970-х років часто важили кілька тонн і передавали порівняно невеликі обсяги даних, то багато сучасних супутників на низькій навколоземній орбіті (LEO) є компактними програмно-керованими системами, здатними забезпечувати високошвидкісний широкосмуговий доступ до інтернету, прямий зв’язок зі смартфонами та передачу зображень у реальному часі”, — пише New Atlas.
Попри впровадження хмарних мереж, програмно-визначуваних радіосистем і електронно-керованих рішень, основна маса потужних каналів зв’язку досі залежить від великих тарілок. Сучасні фазовані антенні решітки можуть їх замінити, але їхня вартість та складність розгортання залишаються занадто високими для масового впровадження. Саме для вирішення цієї проблеми команда UC San Diego і створила ArrayLink.
Переваги розподілених мікроантен і технологія MIMO
Замість однієї великої антенни команди запропонувала об’єднати кілька менших фазованих панелей, які координуються як єдина система. ArrayLink використовує до 16 таких панелей, розміщених на площі в кілька кілометрів. Окремо кожна панель не забезпечує необхідної потужності, але разом вони формують ефективну альтернативу класичним супутниковим тарілкам. Завдяки рознесеності панелей система може використовувати ефект near-field line-of-sight MIMO — це дозволяє одночасно передавати кілька незалежних потоків даних між супутником і наземною станцією. У випробуваннях була досягнута підтримка до чотирьох просторових потоків на відстанях у сотні кілометрів та двох потоків при віддаленні понад 2 000 км, що забезпечує утричі більшу пропускну здатність у порівнянні з традиційними антенами.
Інноваційною є також здатність ArrayLink фокусувати енергію не лише у певному напрямку, а й на визначеній відстані, що зменшує ризик перешкод іншим супутниковим системам. Ця особливість може значно покращити якість та надійність зв’язку у густонаселених супутниками орбітальних ділянках.
Рохіт Редді Веннам (ліворуч) і доцент Дінеш Бхарадія демонструють систему ArrayLink на фоні старої супутникової тарілки. Фото: Qualcomm Institute UC San Diego / New Atlas
Важливо, що система вже була випробувана в реальних умовах. Під час тестувань на частоті 27 ГГц із використанням комерційно доступних фазованих антен та програмно-визначуваних радіосистем отримані результати майже повністю збіглися з теоретичними розрахунками та комп’ютерними симуляціями, що підтверджує ефективність підходу.
ArrayLink спроєктовано для практичного застосування: вона не вимагає спеціалізованого обладнання і ґрунтується на масово вироблюваних компонентах, аналогічних тим, які використовуються у супутникових терміналах. Команда дослідників також розглядає можливість розміщення таких антен на вже існуючих вежах стільникового зв’язку 5G, що значно спростить інтеграцію нової технології в інфраструктуру міст.
Наразі ArrayLink перебуває на стадії експериментальної системи, але її подальший розвиток і масштабування можуть зробити супутниковий інтернет доступнішим, надійнішим та швидшим для користувачів у всьому світі.