Инженерам из Колумбийского университета удалось сконструировать чип, способный одновременно передавать и получать данные на одной и той же частоте при помощи одной и той же антенны. По сути, пропускная способность канала получается в два раза выше, чем у классических беспроводных технологий. Правда, чип пока не способен работать на тех уровнях энергии, которые требуются для современных беспроводных сетей.
Современные устройства используют раздельные антенны для приёма и передачи сигналов, при этом им приходится «договариваться» либо о разделении времени передачи (когда приём и передача данных происходят по очереди), либо о разных частотах для приёма и передачи сигналов.
По сравнению с традиционными технологиями, новый чип не тратит время и не занимает лишних частот, что позволяет передавать больше данных в единицу времени и освобождать частоты под другие нужды. Автор технологии Хариш Кришнасвами [Harish Krishnaswamy] поясняет, что это выглядит как диалог двух человек, разговаривающих друг с другом одновременно, и при этом прекрасно друг друга понимающих. Технологию под его чутким руководством развивает его студент, Негар Рейскаримьян [Negar Reiskarimian]
Использовать две антенны приходилось из-за принципа взаимности Лоренца, по которому электромагнитные волны идут по одному и тому же пути, неважно, распространяются они вперёд или назад. Для обхода этого явления обычно принято использовать циркуляторы, работающие при помощи магнитов.
Но такие устройства нельзя разместить на чипе из-за габаритов и магнетизма. Вместо этого инженеры разместили транзисторы таким образом, что они перенаправляют полученные и испускаемые сигналы, и в результате те не мешают друг другу. Как поясняет Кришнасвами, сигналы в чипе, по сути, циркулируют по часовой стрелке.
Кроме того, не помешала и другая технология, разработанная в той же лаборатории – эхоподавляющий приёмник, решающий проблему появления «эха» сигналов в полнодуплексном режиме. Он вычитает паразитные эхо-сигналы из обрабатываемого полученного сигнала, и таким образом очищает его от шума.
Пока что чип не готов для работы в привычных сетях GSM или WiFi – мощность его трансляции составляет от 10 до 100 мВт. Следующим этапом работы инженеров будет улучшение характеристик устройства.
Комментарии (20)
ittakir
18.04.2016 18:36Современные устройства используют раздельные антенны для приёма и передачи сигналов
Все-таки обычно антенна используется одна, но она переключается то к передатчику, то к приемнику. В реальной ситуации для устройств навроде сотового телефона, мне кажется, невозможно одновременно принимать и передавать сигнал. Потому как мощность передаваемого сигнала в несколько порядков больше, чем мощность принимаемого. Даже если сделать хитрое разделение сигналов, вычитая из приемного сигнала то, что мы сейчас передаем, все равно нельзя будет восстановить сигнал для приемника без искажений. Грубо говоря, вы в антенну закачали ровно 1Вольт при передаче. От другой стороны пришел сигнал и добавил еще 1 мкВ. Теперь из напряжения на антенне 1.000001В нужно вычесть 1.000000В и этот сигнал дальше усилить в приемнике.
Думаю, система будет работать только в сильно ограниченой области применения, где приемник и передатчик находятся близко друг с другом.
olartamonov
18.04.2016 18:48+1Для ответа на этот вопрос надо знать ровно одно число — чувствительность в децибелах в дуплексном режиме.
А вот то, что его как-то не особо афишируют — может намекать, что с ним действительно пока всё не столь хорошо.
ToSHiC
19.04.2016 09:59+1Именно для того, чтобы не вычитать, и используют циркуляторы. А суть изобретения из статьи — они смогли запихать аналог циркулятора в кремний.
olartamonov
18.04.2016 18:37+5работающие при помощи магнитов
Ферритов. Работающие при помощи ферритов. Ферритовые циркуляторы. Даже не глядя в оригинал, могу уточнить, что там было слово magnetic, а не magnet.
Alexeyslav
19.04.2016 14:31Насколько я понял, ферритовые циркуляторы как раз работают за счёт магнитов. Именно магнитов. И по сути это всё же некие аналоги электронных ключей — только магнитные ключи, что сделало их интересными для работы в области СВЧ.
И пока что удалось найти информацию что циркулятор обеспечивает разделение на уровне 40дб, этого очень недостаточно в то время как типичный мобильный телефон/WiFi работают с уровнями передача/приём порядка 100дБ(+10 передача, -90 приём) Чтобы удвоенная пропускная способность сравнялась с пропускной способностью существующего решения с мультиплексированием каналов циркулятор должен обеспечить разделение не хуже 87дб. Однако… далековато им до совершенства.
Это наверно и подразумевается под словами «совершенствовать характеристики...»olartamonov
19.04.2016 14:36+2Магниты в циркуляторах есть, но они всё равно ферритовые, а не магнитные ;) Терминология такова. И в оригинале действительно magnetic (что означает ферромагнитный материал, например, сердечник трансформатора — это magnetic core), а не magnet (что, собственно, и есть магнит).
40 дБ — это действительно грустно. Я хотел было сказать, что в ячеистых IoT-сетях такой чип очень бы пригодился — он бы сильно снизил задержки, но тут тоже принято с чувствительностью порядка 100 дБ работать.ptica_filin
19.04.2016 22:4640 дБ — это очень хороший ферритовый циркулятор. Таких очень мало. Обычно развязка у них децибел 20-25.
olartamonov
20.04.2016 08:34«В стране слепых и кривой — король»
ptica_filin
20.04.2016 10:36Ну их обычно применяют не для мультиплексирования. А чтобы защитить выход усилителя от рассогласования, 20 дБ хватает.
ptica_filin
18.04.2016 23:01+2Вроде электронные циркуляторы уже давно заявляли в патентах:
http://www.google.com.tr/patents/US3860893
http://www.google.com.tr/patents/US4801901
И даже в СССР: http://www.findpatent.ru/patent/124/1244736.html
Тут новизна в том, что сумели разместить внутри микросхемы что ли?
algour
19.04.2016 16:06Особенность же в возможности одновременно принимать и передавать, а не в использовании одной и той же антенны. Одну антенну применяют совместно с переключателем с цифровым управлением. Антенна коммутируется либо с малошумящим усилителем (во время приема), либо с усилителем мощности (во время передачи). А тут вместо переключателя предлагается использовать эту хитроумную микросхему, что при всех прочих равных дает выигрыш в количестве переданных данных за единицу времени в 2 раза. Потрясающе.
qrck13
19.04.2016 16:07Возможно речь о 10..100 мкВт?
Т.к. 100 мВт — это довольно не мало, такой мощности вполне достаточно чтобы любительская поделка «ловилась» метров за 50-100, на любительский приемник же.
AVX
Я вот ну никак не могу так говорить.
strang3r
Немного неправильная аналогия, имхо. Это было бы правдой, если бы человек слушал ртом. Ну или говорил ушами.
AVX
Воспринимает и выдаёт информацию всё равно мозг, и когда это одновременно — несколько тяжело идёт восприятие. С технической точки зрения, Вы наверное правы.
impetus
Я с парой давних друзей могу говорить именно так. Реально вдвое быстрее получается обмен и это не пустопорожний разговор — мы оба прекрасно понимаем собесебника и успеваем править свою речь сообразно услышанному.
Фича тут в том, что «говорилка» у человека потребляет довольно небольшой канал и небольшую вычислительную мощность, особенно если это DMA про какое-нибудь событие без его оценки, когда надо тупо гнать дамп памяти в речь. Соотв. в это время вполне можно слушать такой же. Но со стороны конечно выглядит полным сюром. И да — это навык нужен обоюдный-взаимный, причём по всему — темпу, тембру, монотонности (без интонаций, не дай бог вопрос вставить — оба конейера разом крэшаться, почти физическя боль)… и — лицо в лицо, видеть нужно (не знаю зачем, может просто фокус внимания удерживать), на что-то ещё уже не хватает ресурса внимания…
С другой стороны — эмоционально-мимическое общение без слов — вполне себе полный дуплекс и так умеют многие.
AVX
Тут же ещё и зрение подключается. А это ещё один канал, весьма мощный. Попробуйте по телефону так — не для всех такое легко даётся.
impetus
«крэшаТСя», сорри, случайно
mutari_dirk
Ну прям написано же, что «прекрасно… понимающих». Не просто «слышащих».