На одной и той же частоте можно будет создать до пятидесяти пяти различных каналов

Итальянские ученые придумали интересный метод передачи радиосигнала с использованием по-разному поляризованных радиоволн. С помощью него на одной и той же частоте можно будет создать до пятидесяти пяти различных каналов. И при этом не будет никаких помех. Данная технология сможет раз и навсегда прекратить "диапазоновые войны" между корпорациями.

Фото:

В современном мире людям все время чего-то не хватает. Продовольствия, питьевой воды, энергоресурсов — этот список можно продолжать до бесконечности. Не так давно стало ясно, что человечество начало ощущать нехватку… свободных радиочастот. Столько нынче желающих развелось их заграбастать — просто ужас.

Напомню, что радиочастотами называют частоты электромагнитных колебаний, устанавливаемые для обозначения единичной составляющей радиочастотного спектра. Диапазон этих частот составляет от трех кГц до 3000 ГГц. Однако это вовсе не значит, что любую частоту данного диапазона может использовать всяк, кто не пожелает.

Так, например, в России для гражданской радиосвязи выделены три диапазона частот: 27 МГц (разрешенной выходной мощностью передатчика до 10 Вт), 433 МГц (мощность передатчика — не более 0,01 Вт) и 446 МГц (мощностью передатчика — не более 0,5 Вт). Все остальные диапазоны обычным радиолюбителям использовать нельзя — они зарезервированы для государственной, военной, авиационной и прочих служебных радиосвязей (ну и, конечно же, диапазон 48,5-862,0 МГц используется телевидением).

Читайте также: У роботов появится собственный интернет

Но ведь радиочастоты сейчас используются не только в радио- и телевещании. В настоящее время мобильные смартфоны, беспроводной интернет и цифровое телевидение высокого и особо высокого качества сигнала создали ситуацию настоящего дефицита частот. То есть желающих, как вы сами понимаете, много, а вот ресурс весьма и весьма ограничен. И ведь, если следовать традиционным методам передачи, то разным передатчикам (например, на радиостанциях) нельзя пользоваться одной и той же частотой — от этого возникают помехи. Поэтому уже давно в мире началась битва между разными компаниями, использующими радиосвязь, за "место в эфире".

Примером могут служить многочисленные судебные баталии между так называемой "большой тройкой" (поставшики услуг сотовой связи"Билайн", "Мегафон", МТС) и компанией Скартел, хозяином бренда Yota (в придачу ко всем этим "битвам" подключился Ростелеком). А причина разбирательств была одна — для обеспечения качественной LTE связи оказалось необходимым отдать одному оператору беспроводного Интернета значительный диапазон радиочастот. Ну, а к чему это могло привести и так было понятно — при "захвате" нужного диапазона хотя бы в одном регионе Скартелом "большая тройка" даже при большом желании не сможет соревноваться с Yota — она оказывается абсолютно вне конкуренции. То есть становиться монополистом.

Подобное же положение дел, как это не странно, не сулит ничего хорошего не только тем, кто оказался "за бортом", но и в первую очередь саму победителю. В самом деле, несложно догадаться, что при росте числа абонентов тех же LTE-сетей максимально достижимая скорость через какое-то время начнет падать. Просто потому, что она напрямую зависит от наличия определенной полосы частот, не занятой в каждый конкретный момент другим пользователем той же сети. И монополисту придется вновь "отвоевывать" себе следующие диапазоны. То есть при таком раскладе, как вы понимаете, войнам за частоту конца и края не будет.

Есть ли выход из сложившейся ситуации? На самом деле, да. Его недавно предложила группа астрофизиков, работающих под руководством Фабрицио Тамбурини. Предложенный ими метод позволяет использовать радиоволны с одной частотой для разных нужд. А для того, чтобы не возникало помех, итальянские ученые предлагают воспользоваться волнами с различной поляризацией.

Напомню, что поляризацией называют нарушение симметрии распределения возмущений в поперечной волне относительно направления ее распространения. Как мы помним, любая поперечная волна характеризуется двумя направлениями — волновым вектором и вектором амплитуды, который всегда направлен перпендикулярно первому. Но, поскольку волны распространяются в трехмерном пространстве, то этот самый вектор амплитуды может как бы вращаться вокруг волнового вектора.

Если говорить об электромагнитных волнах, то при их поляризации векторы напряженности электрического поля и напряженности магнитного поля колеблются друг относительно друга. Это явление сразу же создает куда больше степеней свободы. Поэтому-то поляризованный свет (являющийся, как мы помним, электромагнитной волной) вовсю используют для создания оптических иллюзий. Например, в 3D-кинематографе поляризация используется для разделения изображений, предназначенных правому и левому глазу, — оттого-то мы и видим объемную картинку на экране.

Ну, а ведь радиоволны тоже являются электромагнитными, следовательно, при поляризации и их поведение будет похожим. Следовательно, их тоже можно поляризовать, заставив вектор амплитуды вращаться вокруг волнового вектора (собственно, характеризующего частоту). И на одной частоте можно будет посылать совершенно разные волны, которые не будут накладываться друг на друга и, соответственно, создавать помехи.

Итак, г-н Тамбурини и его коллеги попробовали использовать для передачи информации радиоизлучение на одной частоте, но с разной поляризацией. Им удалось одновременно передать два сообщения на частоте 2,4 Гц (но с разнонаправленной поляризацией) на расстояние 442 метра. При этом исследователи использовали для излучателя и приемника две специальные параболические антенны с поляризационными устройствами.

Считается, что на одной частоте таким образом можно создать до 11 физических каналов связи, используя радиоволны с одиннадцатью разными степенями поляризации. Условно говоря, в этот спектр входят каналы от -5 (волны с левозакручиваюшейся поляризацией) до +5 (соответственно, с правозакручивающейся). Однако это далеко не предел — Тамбурини и его коллеги утверждают, что их количество можно довести до пятидесяти пяти. Это возможно сделать, применяя метод объединения нескольких логических каналов для передачи по одному физическому каналу (например, при помощи временного или субчастотного его разделения на подканалы).

Читайте также: IBM предрекает светлое будущее

Итальянские ученые считают, что их изобретение можно будет использовать не только для того, чтобы прекратить "войну за частоты". Оно может пригодиться, например, и для для расширения возможностей Wi-Fi-сетей. Действительно, перспективы тут открываются просто сказочные — помимо увеличения количества пользователей, которых можно будет подключить к одном беспроводному роутеру, эта технология позволит значительно ускорить Wi-Fi-соединение. Так что, как видите, поляризованные радиоволны способны не только примирить враждующих поставщиков беспроводного интернета, но и сделать его более быстрым.

Все самое интересное читайте в рубрике "Наука и техника"