Ученые ТПУ обобщили знания по технологии для передачи энергии на расстоянии по сетям мобильной связи

| 396

Научный коллектив Томского политехнического университета совместно с зарубежными коллегами проделал серьезную работу, резюмировав все имеющиеся знания, касающиеся технологии для беспроводной передачи энергии на большие расстояния по сетям мобильной связи пятого поколения — 5 Generation (5G). Статья ученых была опубликована в высокорейтинговом журнале IEEE Communications Surveys and Tutorials (IF: 17.18).

Фото: networkworld.com

Напомним, ученые ТПУ вместе с коллегами из Университета Люксембурга, Университета Западного Онтарио (Канада) и Университета Эдинбурга (Великобритания) работают над задачей эффективной передачи энергии на значительные расстояния с минимальными потерями. В частности, был разработан алгоритм, который позволяет вместе с радиосигналом передавать энергию от устройства к устройству в контексте сотовой связи.

«В настоящее время энергоэффективность становится главной проблемой в телекоммуникационном сообществе, а развитие технологии 5G является императивом. Сверхвысокое качество видео и разрешение экрана в мобильных устройствах заставляют нас искать устойчивые источники энергии.

В результате сообщество сосредоточено на разработке новых технологий и стратегий распределения ресурсов для повышения самообеспеченности сетей беспроводной связи. Беспроводная передача энергии (WPT) — одна из технологий, которая помогает собирать энергию из окружающих источников или выделенного радиочастотного сигнала и улучшать самообеспеченность системы. Одновременная беспроводная передача информации и энергии представляет собой новую парадигму, позволяющую беспроводным узлам связи перезаряжать свои батареи от радиочастотных сигналов при декодировании информации. Кроме того, использование данной технологии обеспечивает решение ряда проблем в беспроводной передаче энергии, что может привести к заметным выигрышам с точки зрения энергопотребления, спектральной эффективности и управления помехами беспроводной связи», — говорит руководитель научного коллектива, профессор лаборатории информационно-телекоммуникационных систем Инженерной школы информационных технологий и робототехники ТПУ Налин Джаякоди.

Авторами исследования, опубликованного в IEEE Communications Surveys and Tutorials, стали ученые из ТПУ: профессор Налин Джаякоди и инженер-исследователь отделения информационных технологий Инженерной школы информационных технологий и робототехники Таринду Перера, а также исследователи из Университета Западного Онтарио и Университета Люксембурга.

«Статья представляет собой исчерпывающее резюме одновременной беспроводной передачи информации и энергии (SWIPT) и таких связанных с ней концепций, как WPT, использование радиочастотного излучения для подзарядки и управление помехами, со сравнительными таблицами и наглядными цифрами. Новые технологии рассматриваются как с научной, так и с индустриальной точек зрения. Кроме того, статья представляет одну из популярных тем в области беспроводной связи — управление помехами с их фундаментальным анализом. Наша задача — это обеспечить фундаментальные знания о SWIPT, а также предложения по плодотворным областям, связанным с концепцией SWIPT, для дальнейших исследований», — уточняет Налин Джаякоди.

В статье на обсуждение также вынесен вопрос будущего развития технологии SWIPT и его приложений в современных реалиях с рекомендациями по различным аспектам таким, как планирование, аппаратные нарушения, методы канального кодирования, исследование систем обратной связи и информации для повышения эффективности систем связи с поддержкой SWIPT и другим. 

«Мы рассматриваем большую часть концепции SWIPT и с точки зрения промышленности, опираясь на новейшие знания о таких новых технологиях, как системы с несколькими несущими, полнодуплексные системы, бистатическая радиосвязь (радиолокация), ретрансляция, технология NOMA (неортогональный множественный доступ), защищенная передача данных, передача гигабитных потоков в канале миллиметрового диапазона длин волн (mmWave) и многие другие.

В каждый из подразделов включена обобщающая информация и прогнозы на будущее развитие направления»,

— говорит профессор.

Отметим, в рамках работы над статьей ученые выявили ряд проблем как уникальных именно для технологии SWIPT, так и для развития систем связи в целом: распределение ресурсов в системах связи с поддержкой SWIPT, аппаратные нарушения, исследование информации о состоянии канала в сети, методы кодирования канала, безопасная передача, поддержка SWIPT для подключения устройств к устройству и другие. В настоящее время, по словам авторов, работа над указанными вопросами по-прежнему ведется. При этом исследователи определили ряд приоритетных направлений в каждом из подразделов новой технологии связи SWIPT.

«Методы SWIPT должны быть интегрированы с совместными ретрансляционными протоколами. Исследователям необходимо сосредоточиться на улучшении алгоритмов исправления ошибок при кодировании», — говорится в статье. 

Что касается будущего связи нового поколения, то одной из главных проблем в этом направлении, по мнению авторов статьи, является повышение энергоэффективности, что позволит свести к минимуму как дополнительные финансовые затраты для операторов беспроводной связи, так и вредное воздействие инфраструктуры информационно-коммуникационных технологий.

Справка:

5G — разрабатываемое пятое поколение мобильной связи (на данный момент операторы используют сети четвертого поколения). Согласно прогнозам специалистов, пятое поколение связи будет внедрено к 2020 году. Так как технологии 5G еще находятся в стадии разработок, четкого определения стандарта связи нового поколения не существует. Однако сформулирован ряд требований, которым будет отвечать связь нового поколения:

  • Пропускная способность сети свыше 10 Гбит/сек — это в 30 раз больше, чем в работающих сейчас сетях 4G. Полнометражный фильм в HD-качестве можно будет скачать за несколько секунд.
  • Поддержка одновременного подключения до 100 млн. устройств/км2.
  • Задержка передачи данных на радиоинтерфейсе не более 1 мс.