Шахтный сигнал вырос на 22 дБ после подъёма антенны на 16.5 см

Тоннель выглядит для радиосвязи как длинный волновод с особенно злым характером. Сигнал приходит к приёмнику прямым лучом, отражениями от стен, пола, рельсов и техники; в одной точке эти копии складываются, в соседней — почти гасят друг друга. В шахте Edgar Experimental Mine исследователи поймали именно такой провал на 2.42 ГГц: при высоте приёмной платформы 1.038 м уровень был −65 dBm, а на 1.203 м стал −43 dBm. Всего 16.5 см по вертикали вернули 22 дБ.

Тоннель рисует провалы через каждые сантиметры

Это не удачная единичная иллюстрация к известной теории. В LOS-измерениях на дистанциях от 8.3 до 18.3 м авторы провели приёмник по высоте примерно от 1.00 до 1.20 м и на пяти несущих 2.40–2.48 ГГц увидели размах между пиками и провалами от 19 до 26 дБ. В геометрии без прямой видимости на расстоянии 6 м один из максимумов дал 20 дБ восстановления при сдвиге на 6.5 см. Высота сильного сигнала менялась и с частотой, и с расположением узлов: найденная точка не становится универсальной настройкой для всего тоннеля.

Для поиска таких точек собрали QuadBeam: экранированный корпус несёт четыре 2.4-ГГц патча на боковых гранях, чтобы обслуживать разные направления шахтной mesh-сети. Рядом предусмотрен 900-МГц монополь для резервной голосовой связи. Соседние патчи на стенде развязаны лучше −46 dB; выше 2.43 ГГц измеренная связь между ними опускалась ниже −50 dB. Это позволяет рассматривать каждую грань как относительно самостоятельный радиоканал, а не как четыре сильно связанные антенны на общем ящике.

Четыре грани ищут четыре разных лепестка

Замысел здесь смелее, чем механический подъём всего узла. Каждый патч должен получать собственную высоту и подстраиваться под локальную картину многолучёвости в своём направлении. Тогда один узел сможет одновременно искать сильные лепестки для нескольких соседей, вместо компромисса в виде единой высоты корпуса. Авторы проверили, что ручное перемещение соседних патчей и установка 900-МГц штыря заметно не меняли RSS активной линии, хотя одновременная работа нескольких радиолиний пока не испытывалась.

Прототип остаётся ранней механикой этой идеи. Шаговый линейный привод стоит лишь на одном держателе и имеет ход 34 мм; остальные три регулируются вручную. Сам яркий результат в 22 дБ получен вовсе не этим приводом: исследователи вручную двигали всю приёмную платформу. Передавали непрерывную волну мощностью 20 dBm, а Tektronix RSA306B записывал RSS на входе приёмника без поправки на кабельные потери и антенные усиления.

Привод пока отстаёт от идеи

Поэтому QuadBeam ещё не доказал автоматическое спасение шахтной сети, не измерил BER, PER, скорость или задержку. Зато эксперимент хорошо показывает физику задачи: в тесном металлическом и каменном коридоре высота антенны — полноценный управляемый параметр канала. Иногда радиотень находится буквально на ладонь ниже, а запас 20 дБ можно найти приводом, который умеет искать правильное место.