Ускорили 5G

Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики, в этом году существенно укрепивший свои позиции в локальном рейтинге, во многом обязан росту именно научной школе, поднявшейся с 29 места по итогам рейтинга 2021 года до 18 места в 2023 году. Причиной такого скачка стали актуальные научные разработки.

Новый стандарт сотовых сетей пятого поколения 5G только появляется в нашей жизни, однако в ПГУТИ уже придумали способ его улучшить. Предлагается существенно поднять пропускную способность системы, исключив из него так называемые "защитные" временные интервалы, необходимые для борьбы с явлением межсимвольной интерференции. В университете на протяжении последних десятилетий разрабатывались методы оптимальной обработки сигналов, позволяющие исключить защитные промежутки, что сразу устраняет потери пропускной способности и существенно повышает помехоустойчивость.

При этом для реализации проекта не потребуется разработки нового оборудования для модернизации сетей 5G. Проблема решается изменением программного обеспечения действующего оборудования. Аналогов решению нет ни среди отечественных, ни среди зарубежных разработок. Применяться оно может в любых телекоммуникационных системах и сетях, нуждающихся в передаче дискретных сообщений по каналам с рассеянием.

Разработка проходит под руководством одного из старейших профессоров ПГУТИ, доктора технических наук Вячеслава Карташевского, который еще в 1995 году защитил докторскую диссертацию по вопросам пространственно-временной обработки сигналов в каналах с памятью, которая была отмечена ВАК в числе лучших.

Потенциальными пользователями найденного учеными ПГУТИ решения могут стать производители оборудования и провайдеры сетей 5G, а также производители всех видов телекоммутационного оборудования, использующего технологию OFDM, а это высокоскоростные цифровые линии передачи со скоростями до 100Мбит/с, цифровое телерадиовещание, технология Wi-Fi. Проект прошел экспертизу РАН, его поддерживают многие НИИ и корпорации.

Хоть в сейфе, хоть в контейнере

Еще одной актуальной разработкой ПГУТИ является создание ретранслятора сигналов радиочастотной идентификации. Сегодня интенсивная цифровизация идет во многих отраслях, в связи с чем активно внедряется система радиочастотной идентификации RFID. По сравнению со штриховым и QR-кодированием она имеет множество преимуществ, в том числе бесконтактное чтение и запись, работа вне прямой видимости и большая дальность считывания, а также одновременное считывание большого количества меток и их долговечность.

Но существующее оборудование по считыванию RFID-меток не гарантирует стопроцентного считывания. Причиной тому является несовершенство как системы распознавания, так и самих меток. Дело в том, что антенна считывателя создает электромагнитное поле сложной структуры с максимумами и минимумами, и существует большая вероятность того, что оказавшаяся в области минимума метка просто не прочитается. Сама RFID-метка также имеет затрудняющие считывание "провалы". Кроме того, проблемы с работой RFID возникают при размещении меток внутри объектов, которые не пропускают электромагнитные волны, например, контейнеры для морских и железнодорожных перевозок, а также металлические ангары, шкафы и сейфы.

Для решения этих проблем ученые ПГУТИ предложили уникальный способ ретрансляции сигналов из полностью или частично экранированных объемов посредством создания внутри RFID-излучения и использования фазированной антенной решетки (ФАР). Изменение фазы в определенном диапазоне обеспечивает уверенное считывание всех меток, при этом для изменения структуры интерференционной картины поля внутри экранированного объема ФАР применяется впервые.

В качестве конечного продукта предлагается разработать активный ретранслятор RFID-сигналов с двумя антеннами, одна из которых устанавливается внутри экранированного объема, а вторая снаружи. Сигнал со считывателя поступает на внешнюю антенну, затем через усилитель - на вход расположенной внутри ФАР, которая, в свою очередь, облучает метку. Фазы перебираются до тех пор, пока не будут считаны все расположенные внутри RFID-метки.

Стоит отметить, что существующие способы ретрансляции RFID-сигналов подразумевают либо использование контейнеров с диэлектрическим окном на одной из стенок, что снижает надежность, либо расположение считывателя непосредственно внутри, что существенно повышает стоимость контейнера. Также существует третий способ, когда внутри и снаружи контейнера устанавливаются приемо-передающие антенны, но в этом случае нет возможности изменять интерференционную картину поля внутри объема, и метки, попавшие в его минимумы, не будут считаны (что, кстати, относится и к первым двум способам).

Предлагаемое учеными ПГУТИ техническое решение этого недостатка лишено, так как имеется возможность изменять интерференционную картину поля и добиться корректного считывания всех меток. Практическая значимость проекта заключается в том, что RFID можно будет применять для цифровизации и автоматизации сложных транспортных процессов, инвентаризации и учета материальных ценностей, а также в торговых сетях - например, реализовав концепцию "магазин без продавцов". Разработка идет под руководством завкафедрой РЭС ПГУТИ, доктора физико-математических наук, профессора Дмитрия Клюева.

"Беспилотник" увидит все

Одна из разработок ПГУТИ стала очень актуальной в связи с проведением СВО. Речь идет о мобильной системе наблюдения, способной распознавать укрытые листвой, замаскированные и расположенные под поверхностью земли объекты прямо с борта БПЛА. Разработка позволяет строить радиолокационные изображения местности в режиме бокового обзора в любую погоду и любое время суток. Разрешающая способность - до 3 м в плане, а полоса захвата составляет до 20 км от траектории полета.

Разработчики ожидают, что система позволит обнаруживать скрытую листвой военную технику, а также протяженные подповерхностные объекты. Кроме того, предполагается, что на открытой местности можно будет обнаружить и человека. Носителем системы, общий вес которой составит пять-шесть килограммов, будет служить квадрокоптер. При этом на малых БПЛА размещение системы не предусмотрено ввиду высокой нестабильности траектории полета таких аппаратов и сложностьи при разработке алгоритмов, формирующих изображение высокого качества. Разрабатывается система под руководством профессора ПГУТИ, доктора технических наук, проректора по научной работе ПГУТИ Олега Горячкина.