Ученые из СПбГУ придумали, как точно рассчитать настройки систем, которые синхронизируют сигналы в телефонах, навигаторах и Wi-Fi-роутерах. Раньше инженеры использовали приблизительные формулы, из-за чего устройства могли терять связь или работать нестабильно. Новый метод исключает эти ошибки и дает простые расчеты, которые можно сразу применять в реальных проектах.

Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале IEEE Access.

Системы фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) сравнивают входящий сигнал — например, от роутера — с тем, что генерирует само устройство, и подстраивают его, чтобы связь была четкой. Без ФАПЧ связь была бы полна помех — представьте, что вы говорите по телефону, а ваш голос то ускоряется, то замедляется.

Но у таких систем есть два ключевых предела:

• Диапазон удержания — насколько сигналы могут разойтись по частоте, но система еще удержит синхронизацию.
• Диапазон захвата — в каких пределах устройство сможет «поймать» сигнал, даже если изначально он сильно отличается.

Раньше расчеты были сложными, потому что требовали решения громоздких уравнений. Ученые СПбГУ упростили задачу с помощью математической замены переменных и анализа скрытых колебаний — тех самых неочевидных процессов, которые раньше не учитывали и из-за которых связь могла неожиданно прерываться.

Мы объединили качественный анализ с теорией скрытых колебаний — за ее развитие в этом году дали Госпремию. Теперь можно точно вычислить диапазон захвата и избежать сбоев, критичных для навигации или энергосистем. Дальше будем улучшать метод для более сложных ФАПЧ и работать с инженерами над прототипами, — говорит Николай Кузнецов, завлабораторией ИПМаш РАН.

Компьютерное моделирование подтвердило: новые формулы работают. Это особенно важно для импортозамещения в электронике — теперь российские устройства смогут точнее настраивать связь.

• Главный плюс — надежность. Сбои в синхронизации сигналов в навигации (например, ГЛОНАСС) или энергосетях могут привести к серьезным последствиям. Новый метод снижает риск внезапной потери связи.
• Вторая выгода — экономия времени. Инженерам больше не нужно перебирать параметры методом проб и ошибок или использовать неточные формулы. Упрощенные расчеты ускорят разработку устройств.
• Третий момент — универсальность. Метод применим не только в Wi-Fi и спутниках, но и в медицине (например, МРТ-аппараты тоже полагаются на точную синхронизацию сигналов).

Отметим, что исследование рассматривает только один тип ФАПЧ — для более сложных систем (например, с адаптивными фильтрами) метод может потребовать доработки. Также неясно, как он поведет себя в условиях экстремальных помех — например, в зонах с мощными радиопомехами.

Ранее ученые успешно испытали новый метод измерения 5g-излучения мобильников и базовых станций.