Навесні цього року Федеральною комісією з регулювання зв’язку США був проведений аукціон, на якому продавався спектр радіочастот у межах 700 мегагерц (МГц). На цих частотах у США працювали кілька десятків аналогових телеканалів, але тепер – після переходу на цифрове телебачення – вони звільнилися. На аукціоні було виручено понад $19 млрд. Саме стільки за право користуватися спектром заплатили комунікаційні гіганти Verizon та АТ&Т.
ЧАСТОТИ – В ДЕФІЦИТІ
Всі держави продають ліцензії на частоти, для того щоб різні види радіохвиль не перешкоджали роботі одні одним: скажімо, мобільний телефонний зв’язок – радарам цивільної авіації. Радіоспектр переповнений хвилями від різних пристроїв, не лише корисних: наприклад, робота великих електродвигунів також ствоює радіошуми.
Корисний діапазон радіохвиль – від десятків МГц до 6,5 гігагерц (ГГц). Майже половина з усього спектру частот використовується не повною мірою. Раніше ці хвилі не можна було задіяти з огляду на недоліки технологій, а зараз занадто багато поколінь радіо-пристроїв прив’язані – внаслідок своєї конструкції – до тих діапазонів, що вже й так перевантажені. Саме тому в одній соті мобільного зв’язку стандарту GSM одночасно можуть розмовляти лише близько двохсот осіб. Спробуйте подзвонити зі стадіону чи масової демонстрації – напевно почуєте «мережа перевантажена».
Вихід є – необхідно, щоб телефон (або інший радіопристрій) міг самостійно обирати вільну частоту, на якій можна безперешкодно працювати. Так не буває, скажете ви. Буває, доводять прихильники ідеї програмного радіо (ПР). Слово «програмний» означає, що характеристики такого радіо задаються комп’ютерною програмою.
ПРОГРАМИ ЗАМІСТЬ ЕЛЕКТРОНІКИ
Появу ПР уможливив «закон Мура» – за останні півстоліття кожні два роки потужність комп’ютерних процесорів зростає удвічі. Комп’ютери стали достатньо потужними, щоб реалізувати головну ідею програмного радіо – замінити всі деталі в радіопристрої на програмний код. За винятком хіба що антени.
Звичайний процесор з частотою в 3 ГГц здатен обробляти більшість існуючих типів радіосигналів. При цьому з’являються дуже цікаві нові можливості:через те, що електрон ні схеми змінювати важко, а комп’ютерні програми – легко. Саме через те, що програмне радіо може змінювати свою внутрішню будову миттєво, на ходу, простою заміною програми – замість купи різних за формою, розміром, вагою, ціною та призначенням приладів, може бути лише один. Пристрій, що з мобільника перетворюється на засіб радіозв’язку формату WiFi, WіMax, супутникове та FM-радіо, цифровий телевізор, зрештою – і це найголовніше! – на приймач і пере- давач у будь-якому, навіть ще не існуючому, стандарті зв’язку.
Тож ПР може стати революцією в спілкуванні, повністю перевернувши наше уявлення про зв’язок, як свого часу це зробили мобільні телефони.
РАДІО «КОГНІТИВ»
Найкраща на цей момент система зв’язку – мобільна – базується на старанно розбудованій інфраструктурі. Левова частка тарифу мобільного телефону – це плата за ліцензію на використання частини спектру радіочастот, плюс кошти, які спрямовуються на влаштування та підтримку мережі станцій. Але вже найближчими роками можна очікувати появу рухомих мереж комунікацій. Вони будуть децентралізовані – ані сот, ані веж, ані обслуговуючого персоналу.
Сила нових мереж – у їх кінцевих точках, тобто в самих прийомопередавачах. Поки що це ком п’ютери (ноутбуки, надолонники тощо), та вже за декілька років можуть з’явитися компактні пристрої, що міститимуть в собі всі необхідні компоненти для програмного, тобто комп’ютерного, радіо.
З огляду на те, що спеціальна інфраструктура не потрібна, ціна послуг у таких мережах буде набагато менша. Прийомопередавальні пристрої зможуть створювати мережі між собою "на льоту", у разі потреби та в будь-якій конфігурації.
Вони зможуть самостійно змінювати власну робочу частоту, вирішуючи таким чином проблему дефіциту спектру. Кожен пристрій самостійно визначатиме повну картину радіосигналів у тій чи іншій точці, та обмінюватиметься цією інформацією зі своїми сусідами. Таким чином, мережа подібних пристроїв утворюватиме систему сенсорів, або когнітивне радіо. Вона буде знати все про локальну радіосцену, щоб вибрати потрібну, не перевантажену частоту, тип і протокол обміну даними.
P.S. Крім обміну даними всередині, такі мережі можуть залучати до спільної роботи й усі наявні виходи в Інтернет. І тоді будь-які дані – наприклад, цифрова телефонія – можуть бути передані в будь-яку точку світу. Щоправда, в такому світі майже не залишиться місця для діючих нині телекомунікаційних компаній. Цікаво, що вони скажуть у відповідь на можливість такої перспективи?
[716][717]
ЗРОБИ САМ
Проект Radio GNU – роздержавлення частот
Вже зараз ті, хто знайомі з програмуванням на С++ та Python та готові витратити близько $1000 на радіоконвертор, можуть долучитися до цієї революції. Заходьте на http://gnuradio.org і приєднуйтесь.
У межах проекту «Радіо GNU» (це вільне програмне забезпечення – детальнішепро це читайте Тиждень №25, 2008) розроблено майже 700 компонентів коду, що є основними елементами конструкції найрізноманітніших радіопристроїв.
На сьогодні комп’ютери з установленим на них «GNU радіо» вже можуть:
• приймати й одразу записувати передачі одночасно від десятків FM-станцій;
• бути приймачем і передавачем телевізійного цифрового зображення високої якості (HDTV);
• модулем супутникової навігації (GPS);
• мобільним телефоном або модемом стандарту GSM;
• пасивним радаром;
• детектором і читачем чипів радіоідентифікації (RFID).
ДЕТАЛЬНО
Насправді, всі деталі в радіопристрої замінити програмами неможливо, принаймні зараз. Радіохвилі – це так званий аналоговий, безперервний сигнал. Комп’ютери ро зуміють цифри: й перед тим, як аналоговий сигнал потрапить на обробку до процесора, його потрібно перевести у цифрову форму. Саме для цього призначений АЦП (аналого- цифровий-перетворю вач) – один з небагатьох модулів у такому радіо, який не можна замінити на програму. Інший, симетричний компонент ЦАП (цифро- аналоговий перетворювач) робить зворотнє – перетворює оброблений комп’ютером цифровий радіосигнал знову в аналоговий. Останнє потрібно, коли виникає потреба використовувати наше комп’ютерне радіо як передавач: наприклад, щоб на основі ноутбука зробити базову станцію для мобільних телефонів – можливо й таке! Та на цей час, для успішної роботи програмного радіо, необхідний ще один електронний компонент – конвертор радіочастоти. АЦП не здатні обробляти сигнали з великою частотою – лише десятки МГц. Сучасні цифрові конвертори можуть вирізати з тієї частини спектру, що нас цікавить (наприклад, для мобільного стандарту GSM – 850–900 МГц) смуги по 50 МГц шириною й перетворювати їх на 0-50 МГц. А це вже – діапазон, який можна обробити АЦП. Сучасні радіоконвертори відрізняються від попередників ще й тим, що можуть на льоту перепрограмовуватися під будь-який спектр частот у проміжку від 30 МГц до 5,6 ГГц. Це дає змогу програмному радіо перевіряти весь робочий діапазон радіочастот.