Профессор электроники и вычислительной техники Университета Райса Ахутош Сабхарвал подчеркивает, что инновационная полнодуплексная технология потребует минимального аппаратного перевооружения как мобильных устройств, так и сетей. Операторам будет достаточно провести ограниченную модернизацию своих базовых станций, не заменяя их целиком.

Мелисса Дуарте демонстрирует прототип полнодуплексного устройства, способного отправлять сразу два сигнала таким образом, чтобы они взаимно компенсировали друг друга. Фото: Rice University

Мелисса Дуарте демонстрирует прототип полнодуплексного устройства, способного отправлять сразу два сигнала таким образом, чтобы они взаимно компенсировали друг друга. Фото: Rice University

Вместе с тем новая технология потребует внедрения и новых беспроводных стандартов, а следовательно, она появится, скорее всего, уже после того, как операторы совершат переход на сети пятого поколения (5G). Сегодня крупнейшие телекоммуникационные операторы находятся на начальном этапе развертывания сетей 4G на базе технологии LTE (Long Term Evolution); другие предпочитают использовать получившие распространение немного раньше технологии WiMAX.

Полнодуплексная технология позволяет сотовому телефону или какому-то иному беспроводному устройству передавать и принимать данные на одной и той же частоте. Сегодняшние сети требуют использования разных частот для приема и передачи. Соответственно полнодуплексная технология обещает двукратное увеличение пропускной способности.

До сих пор полнодуплексная передача на одной частоте была невозможной, поскольку из-за собственной трансляции устройство «не слышит» своего «собеседника». Идея ученых состоит в отправке сразу двух сигналов таким образом, чтобы они взаимно компенсировали друг друга и приемная антенна отправляющего устройства своего сигнала "не слышала»; принимающее устройство, однако, сможет получить такой сигнал.

В Университете Райса отмечают, что их инновационное решение вызвало интерес у операторов беспроводной связи из самых разных стран. Операторы озабочены отсутствием достаточного спектра частот для обслуживания непрерывно растущего числа беспроводных устройств и сложных приложений, связанных, например, с передачей и обработкой видео.

В 2010 году Сабхарвал и его коллеги Мелисса Дуарте и Крис Дик опубликовали статью, в которой утверждали, что полнодуплексная связь возможна, а этим летом продемонстрировали работающий полнодуплексный канал, обладающий в 10 раз более высокой устойчивостью и пропускной способностью по сравнению с прототипами других исследователей.

Сабхарвал заявил о готовности интегрировать дополнительный полнодуплексный режим в уже существующее оборудование (например, в смартфоны, пространство внутри которых крайне ограничено). Это означает, что производителям смартфонов не придется использовать для поддержки полнодуплексной связи какое-то дополнительное оборудование.

Решение, предложенное учеными из Университета Райса, позволило адаптировать к новым требованиям антенную технологию MIMO (Multiple Input, Multiple Output), получившую достаточно широкое распространение. Технология MIMO предполагает использование сразу нескольких антенн, и исследователи сумели организовать отправку двух сигналов одной частоты таким образом, что они не мешали друг другу.

Идея компенсации сигналов для полнодуплексных сетей известна уже много лет. Однако на поиск способа реализации этой идеи при минимальных затратах и без усложнения нового оборудования может уйти довольно много времени.

Помимо полнодуплексной технологии, специалисты из Университета Райса представили платформу Wireless Open-Access Research Platform (WARP) на основе программного обеспечения с открытым кодом. С ее появлением исследователи из других организаций получили бесплатную возможность изучить полнодуплексные инновационные решения.

Команда Сабхарвала продемонстрировала возможность организации полнодуплексной связи в асинхронном режиме. В этом случае беспроводной узел может приступать к приему сигнала в процессе передачи данных, не дожидаясь ее завершения.

Сабхарвал и его коллеги опубликовали теоретические основы функционирования полнодуплексных беспроводных сетей. По словам авторов, этот документ может пригодиться инженерам, интересующимся применением новой технологии.