ТЕХНОЛОГИЯ СВЕРХСВЕТОВОЙ СВЯЗИ

  Теории относительности Эйнштейна запрещает передачу информации со  сверхсветовой скоростью  и утверждает что, никакая материальная частица не может двигаться быстрее, чем свет в вакууме. Но как ни  странно - оказывается  "эхо" от  движения частицы может нарушать этот запрет.

  На этом предположении и основана гипотеза Хоушанга Ардавана из Кембриджа о том что импульсы пульсаров, ни что иное как  ударные волны, вызванные источником, перемещающимся быстрее, чем свет, подобно ударной волне, вызванной преодолением сверхзвукового барьера. Подробнее >>>

  Первый сверхсветовой физический объект - лазерный импульс в усиливающей среде - был впервые обнаружен  в 1965 году. В середине прошлого года в журналах появилось сенсационное сообщение о том что очень короткий лазерный импульс движется в особым образом подобранной среде в сотни раз быстрее, чем в вакууме.   Подробнее >>>

  Можно конечно пользоваться для сверхсветовой связи и азбукой Морзе, но сегодня существует и  гораздо более подходящая технологии временной модуляции в сверхширокополосном диапазоне, или иначе говоря - технология сверхкороткого импульса. Именно ей и посвящена эта статья.

Технология сверхкороткого импульса

  Сегодня, для передачи информации, мы  используем два основных метода модуляции ( или кодирования) несущей синусоидальной волны радиосигнала - амплитудную(АМ - изменение амплитуды волны) и частотную модуляцию( FМ или ЧМ- небольшое изменение частоты несущей) . Амплитудная модуляция технически реализуется проще, а  частотная позволяет обрабатывать сравнительно больший объем информации. Использование несущей волны позволяет сравнительно легко  разделять диапазон передач(по центральной частоте несущей) на участки(каналы) - по каждому из которых передаётся своя информация. Однако существует и принципиально иной подход.

  В импульсной радиотехнике существует интересная закономерность: чем короче импульс, тем шире его спектр, тем больше частот в нем содержится. В сверхкоротком импульсе есть частоты от десятков герц до гигагерц (10⁹ Гц). Его спектр неотличим от обычного шума, из которого, однако, можно выделить сигнал передатчика.

  Носителем информации служит последовательность сверхкоротких импульсов длительностью от 0,2 до 1,0 наносекунды, частота которых занимает сверхширокополосный интервал в несколько гигагерц, то есть практически весь радиодиапазон. Спектральная мощность этих сигналов очень мала. Сигнал как бы "размыт" и напоминает обычный шумовой фон. Для традиционных средств связи он не доступен не только к приему, но даже и к определению самого факта своего существования.

  Вся информация скрыта в особо точно контролируемом сочетании временных промежутков между отдельными сверхкороткими импульсами. А время может быть чрезвычайно малым. И, следовательно, количество передаваемой информации огромно. Как и практически не ограничено число каналов связи, не требующих выделенного частотного диапазона.

  Если радиоимпульсы сделать совсем короткими, порядка 500 пикосекунд (1 пс = 10^-12 с), электромагнитной волны как таковой уже не будет. От нее останется только короткий всплеск (а). Чтобы послать сообщение в цифровом виде, "гребенку" таких импульсов модулируют, увеличивая или уменьшая расстояние между ними (б).

  Сообщение в виде последовательности импульсов в передатчике смешивается с кодированным сигналом, задающим номер канала, и поступает в блок переменной задержки. Там импульсы сдвигаются на заданную программой величину и, таким образом, зашифровываются. Перехваченный сигнал становится невозможно прочесть. После усиления последовательность импульсов уходит в эфир. В приемнике на сигнал накладывается код канала вместе с импульсами задержки, дешифрирующими сообщение.

  Такой сигнал  исключительно устойчив ко всем видам помех. В том числе к свойственным обычным радиоволнам наложениям переотраженных сигналов на основной. Ему не требуется определенный диапазон волн, частоты которых ограничены и давно распределены между пользователями. Он не мешает работе традиционных средств связи и сам не испытывает беспокойства от их не слишком рационального существования.

  Но это еще на все. Сигнал сверхширокополосного частотного интервала прекрасно распространяется в любых условиях: внутри здания, среди домов, на местности со сложным рельефом. Он легко преодолевает преграды и расстояния, требуя минимальной мощности передатчика и чувствительности приемника. А это еще и отличное решение проблемы источника питания.

  Таким образом, мы имеем дело с практически идеальным способом связи, обладающим уникальными свойствами. И это не только мобильный телефон или служебная радиостанция. Это - возможность создания беспроводных, надежно работающих даже внутри помещений локальных компьютерных сетей, помехоустойчивых и высокоскоростных, в том числе с включением их в Интернет. А еще внутридомовая связь, возможность безграничного развития программы "разумное жилище" и многое другое.

Разработки

  Создателем технологии временной модуляции в сверхширокополосном диапазоне считают американца Larry Fullerton'а. Его компания "Time domain"  начала свою деятельность в 1987 году. И уже через три года в их активе имелись четыре патента, которые вскоре получили материальное воплощение в виде успешно функционирующих средств связи с дальностью действия 6 миль (1992 г.).

  В 1997 году совместно с компанией IBM была изготовлена первая микросхема, обеспечивающая возможность практического использования технологии, два года спустя - вторая. Заметим, что это - два наиболее сложных и важных компонента. Дальность действия опытных образцов достигла 10 миль.

  Но приемник сигнала и маломощный передатчик - только одна часть успеха. А если надо увеличить скорость передачи информации и дистанцию между передатчиком и приемником? Тогда проблема генерации сигнала с требуемыми параметрами (мощность, частота повторения, точность позиционирования во времени) катастрофически усложняется, закрывая доступ технологии к широкому применению. Идеи и технологии решения этой проблемы появились в России.

  В начале 80-х годов в Ленинградском физико-техническом институте им. А. Ф. Иоффе были открыты два интереснейших эффекта - сверхбыстрого восстановления напряжения и сверхбыстрого обратимого пробоя в высоковольтных переходах. Это привело к созданию принципиально новых полупроводниковых приборов (удостоенных Государственной премии), способных коммутировать большие мощности в малых временных промежутках. И сама идея, и ее материальное воплощение принадлежат одной и той же группе разработчиков во главе с доктором физико-математических наук А. Ф. Кардо-Сысоевым.

  Эти уникальные приборы позволяют в принципе формировать сверхкороткие импульсы нано- и пикосекундной длительности мощностью до десятков мегаватт и частотой повторения до десятков мегагерц, контролируя при этом их временное положение с точностью лучше десяти пикосекунд. И хотя с ростом частоты повторения импульсов их пиковая мощность падает, но по-прежнему остается много выше, чем полученная с помощью любых других устройств. А сами приборы имеют практически неограниченный полупроводниковый ресурс.

  Использование этих технологий и позволяет создать тот передатчик - источник сверхкороткого сигнала в сверхширокополосном диапазоне. И не один из прочих существующих в мире методов не позволяет столь эффективно решить такую задачу.

  Предлагаемая технология помимо связи имеет много интересных применений. Это, прежде всего, локатор, обладающий уникальными свойствами, обусловленными именно сверхширокополосным спектром. Если какая-то частота сильно поглощается в среде, то сработает другая - ведь сигнал захватывает весь диапазон. Такой локатор существенно проще, компактней и дешевле известных конструкций. Он обладает более высоким разрешением, ему не страшны преграды, перед которыми пасуют обычные радиолокаторы, может работать внутри здания, "просвечивая" стены и конструкции из любого материала, или безошибочно определять местонахождение и состояние подземных коммуникаций, размещаясь в небольшом кейсе. Это не только идеальный прибор для строительства и ремонта, но и надежный помощник служб спасения. По такому же принципу могут быть созданы сверхчувствительные сенсоры для систем безопасности, охранной сигнализации, сверхточная система определения координат и расстояний с точностью до сантиметра.

Версия для печати
Дата публикации 01.12.2003гг

Назад