Российские исследователи разработали специальные поверхности для усиления сигнала мобильной сети 5G. Они функционируют по принципу зеркала, но отражают не свет, а радиоволны. Установка таких покрытий на вышках мобильной связи позволит повысить скорость передачи данных без необходимости возведения дополнительных базовых станций. Эксперты считают, что данная технология уже готова к практическому применению для расширения емкости радиоканалов. Однако в условиях плотной городской застройки ее эффективность будет ограничена, тогда как в сельских областях она заметно улучшит покрытие. В городах с населением свыше миллиона человек внедрение более современного стандарта связи в России запланировано на следующий год.

Ученые из Института проблем передачи информации им. А.А. Харкевича (ИППИ) Российской академии наук создали с помощью 3D-печати элементы интеллектуальных поверхностей, которые способны управлять радиоволнами и усиливать сигналы 5G-сетей. Новый метод изготовления позволил увеличить ширину частотной полосы на 40%, в которой функционируют приборы, что ускоряет скорость передачи данных. Технология при этом стоит в пять раз меньше аналогичных решений. Это открывает возможность для массового применения и создания стабильного покрытия беспроводной сетью даже в удаленных регионах страны. Разработка поддержана грантом Российского научного фонда (РНФ).

— Предложенная методика не требует импортных дорогостоящих материалов — для печати используется ударопрочный полистирол российского производства. Такой подход позволит быстрее и приблизительно в пять раз дешевле, чем другие технологии, создавать устройства для 5G- и в будущем 6G-сетей. Это даст возможность в ближайшее время наладить отечественное производство реконфигурируемых интеллектуальных поверхностей и ускорить их интеграцию в национальные системы связи. В дальнейшем мы планируем применять данную технологию для создания нового прототипа реконфигурируемой интеллектуальной поверхности для 5G-сетей, — рассказал младший научный сотрудник лаборатории беспроводных сетей ИППИ РАН Андрей Тярин, участвующий в проекте.

В России сети 5G сейчас работают в пилотном режиме в Москве, Санкт-Петербурге, Иннополисе и Сколково. В основном ими пользуются крупные компании и корпоративные клиенты. С 2026 года планируется активное развёртывание технологии для большого числа абонентов. По сравнению с предыдущими стандартами, 5G обеспечивает более высокую скорость передачи данных и увеличенную пропускную способность, что открывает новые возможности для интернета вещей, беспилотного транспорта и VR-технологий.

Тем не менее для надежного покрытия сетями 5G и будущих поколений потребуется значительное количество новых базовых станций, что дорого обходится. В то же время можно повысить эффективность передачи сигнала от уже существующих вышек с помощью интеллектуальных поверхностей, разработанных в ИППИ. Эти устройства функционируют как зеркала, отражая радиосигналы вместо света. Перенаправляя радиоволны, они усиливают сигнал и улучшают качество связи, отмечают авторы проекта.

Ранее подобные прототипы изготавливали с помощью затратной технологии печатных плат, когда на непроводящие пластины наносили тонкое медное покрытие с помощью химической обработки. Этот способ требует сложного промышленного оборудования и дорогостоящих материалов, поэтому операторы связи редко применяли его.

Вместо этого специалисты ИППИ применили 3D-печать, используя в качестве материала ударопрочный полистирол — доступный материал, пропускающий радиоволны и почти не искажающий их, что делает его удобным для основы "умного зеркала". Полистироловую основу распечатали на 3D-принтере с ячеистой структурой на внутренней поверхности, после чего нанесли проводящий слой из медной фольги.

В ходе испытаний исследователи подтвердили способность поверхностей усиливать радиоволны. Эксперименты показали, что сочетание ячеистой структуры, созданной с помощью 3D-печати, и простого покрытия из фольги позволило получить элемент умной поверхности с рабочей полосой частот, на 40% шире существующих аналогов. Это способствует повышению скорости передачи данных устройствами на основе этих элементов.

Разработанная технология способна увеличить информационную емкость радиоканала и имеет потенциал для практического использования, считает начальник отдела прикладных исследований и разработок перспективных решений сотовой связи МФТИ Григорий Серегин.

— Исследование представляет большую ценность для развития систем мобильной связи 5G Advanced (усовершенствованная версия 5G. — «Известия») и 6G. Расширение ширины рабочей полосы частот положительно влияет на общую информационную емкость радиоканала. Новая технология может активно применяться в пассивных реконфигурируемых поверхностях, — отметил он.

Главный редактор портала Ferra.ru, специализирующегося на гаджетах и технологиях, Евгений Харитонов подчеркнул, что технология принесет определённую пользу, но не сможет полностью заменить необходимость высокой плотности базовых станций для перехода на более современные стандарты, по крайней мере в плотно застроенных городских районах.

— В условиях городов такие поверхности могут считаться удобным дополнением, однако не обеспечат кардинального улучшения или ускоренного внедрения 5G. Эффект можно сравнить с более качественным Wi-Fi-роутером. Зато в сельских местностях, где среда менее загружена вертикальными бетонными строениями, эти устройства действительно улучшат покрытие, — отметил Евгений Харитонов.

Массовое внедрение 5G-сетей в 2026 году маловероятно — скорее всего пользователи смогут воспользоваться ими лишь в 2027-м, полагает эксперт.

Директор научного центра моделирования беспроводных сетей нового поколения РУДН Мутханна Аммара Салех Али считает, что разработка будет весьма эффективна и в условиях мегаполисов, поскольку радиозеркала легко разместить на различных инфраструктурных поверхностях для создания единой программируемой радиосреды на территории городов.

— Увеличение ширины рабочей полосы частот на 40% напрямую повышает пропускную способность системы согласно фундаментальным законам теории информации. Это обеспечивает более быструю обработку сигналов и снижает задержки, что критически важно для приложений реального времени и систем с ультранизкими задержками, — отметил специалист.

По его мнению, более широкая полоска частот значительно улучшает работу системы в условиях многолучевого распространения, характерного для городской среды.