Придумано нами. «Умная» беспроводная сеть

Придумано нами. «Умная» беспроводная сеть

 Сотовая связь

Фото: «Мир Белогорья»

Сотовая связь… Если еще каких-то полвека назад о ней никто не знал, то сегодня мобильный телефон, по которому мы можем общаться, переписываться, выходить в Интернет из любой точки мира, есть почти у каждого. Чтобы добиться такого прогресса, эта система связи претерпевала различные изменения, а разработчики предлагали все более быстрые и надежные варианты ее осуществления. Пожалуй, самая совершенная и актуальная на сегодняшний день мобильная связь – это 4G, которая позволяет передавать данные с очень высокой скоростью: более 100 Мбит/с для подвижных и 1 Гбит/с для стационарных абонентов. Но и это далеко не предел.

С 2020 года в мире начнут тестировать 5G. И здесь без новых технических решений не обойтись. Белгородские ученые Дмитрий Ушаков и Иван Старовойт разработали уникальную технологию формирования и обработки сигналов, которые могут использоваться как в современных системах связи, так и в технологиях связи будущего. Главные преимущества – очень высокая скорость и качество передачи сигнала, несмотря ни на какие помехи в эфире.

С чего все начиналось

Немного поясним. Как работает беспроводная система связи? Абонентское устройство, будь то обычный телефон, смартфон, планшет или ноутбук с модемом, при выходе в Интернет связывается с ближайшей базовой станцией сети оператора мобильной связи с помощью электрических сигналов, которые передаются в радиоэфире. От того, какой вид и свойства эти сигналы имеют, зависят основные параметры связи: насколько быстро идет соединение с сетью, как далеко работает связь, надежна ли она или постоянно обрывается и т. д. Созданием таких, но только более совершенных сигналов и занимается доцент института инженерных технологий и естественных наук НИУ «БелГУ», кандидат технических наук Дмитрий Ушаков.

Так, белгородский ученый разработал метод формирования сигналов, который позволил бы увеличить скорость существующих технологий доступа: WiFi, WIMAX и LTE, – на 25 %! То есть качество мобильной связи было бы лучше, а картинки, музыка, видеоролики загружались бы ощутимо быстрее. Однако данные технологии сильно регламентируются международными стандартами, и внедрить в них специальные методы крайне проблематично.

Исследовательская работа на этом не закончилась. Совершенствование актуальных систем связи – это, безусловно, важно, но разработки, связанные с мобильной сетью нового поколения, – игра на опережение, которой так часто не хватает российским ученым. Вместе с доцентом НИУ «БелГУ», кандидатом технических наук, Иваном Старовойтом Дмитрий Ушаков начал трудиться в этом направлении.

«Мы хотели предложить новый класс сигналов для этой отрасли, которые позволили бы повысить эффективность систем: скорость передачи, дальность и устойчивость связи – на базе программно-определяемых устройств. Благодаря полученному президентскому гранту мы разработали новый подход к формированию уникальных адаптивных сигналов, не имеющих аналогов в мире, которые могут найти свое применение в интеллектуальных системах радиодоступа», – рассказал Дмитрий Игоревич.

5G – связь будущего

Здесь требуется еще одно небольшое отступление. Сегодня большинство пользуется беспроводным доступом в Интернет с помощью технологии LTE (или, как ее еще называют, 4G). Она позволяет быстро загружать различные сайты, смотреть видео высокого разрешения, заливать в сеть собственные ролики, пользоваться различными сетевыми сервисами и т. д. Но всегда хочется большего – еще более высокой скорости загрузки, чуть ли не моментальной заливки любой информации. Это в значительной степени подстегивают смартфоны, оснащенные мощными камерами, дисплеями высокого разрешения. А для того, чтобы иметь возможность использовать потенциал таких устройств по максимуму, нужны еще более совершенные системы связи.

Справиться с огромным объемом трафика и подключенных к Интернету устройств (по некоторым прогнозам, к 2020 году их численность достигнет 20 млрд) сможет сеть нового поколения 5G. Она даст возможность передавать данные со скоростью 1 Гигабит/сек для двигающегося абонента, иметь минимально возможные задержки в сети менее 1 мс, на одну соту может приходиться до 10 тыс. абонентов. Такая сеть объединит все существующие отдельные технологии доступа в единую инфраструктуру. Особое внимание уделяется сенсорным сетям, которые работают в «умных» домах, телеметрии и автомобильных приложениях. Получается такая единая сетевая среда, которая будет строиться преимущественно на новых технологиях с применением облачных и интеллектуальных систем. Вот такой технологический облик мобильных сетей будущего.

«Всё это станет возможным, если устройства в таких сетях будут иметь гибкую архитектуру и смогут адаптироваться к тем условиям, в которых они работают, – пояснил Дмитрий Ушаков. – Это можно реализовать с помощью устройств, все настройки и параметры которых задаются программно, а сами устройства имеют не большие габариты, большую вычислительную мощность и при этом могут работать с различными технологиями и системами связи одновременно».

Проще говоря, развитие систем связи требует все большей мобильности и приспосабливаемости устройств, которые в ней используются. В выигрыше будут те, кто сможет предложить самое универсальное, максимально адаптируемое решение.

Эра «умного» сигнала

Основная идея разработки белгородских ученых – позволить системе связи адаптироваться под среду передачи и радиоэфир. Представьте себе систему связи, которая обладает некоторым интеллектом, то есть умеет «думать». Она анализирует радиоэфир и автономно принимает решение, на какой частоте ей нужно передавать информацию, как работать и с какой скоростью, в каких участках спектра присутствуют сильные помехи и как их лучше обойти и т. п.

«Применяя разработанные сигналы, мы можем максимально реализовать огромные потенциальные возможности таких систем, учитывая их специфику, и обеспечить их соответствие тем требованиям, которые предъявляются для систем радиодоступа такого класса», – пояснил Дмитрий Ушаков.

Разработанный вариант сигнала получил название ASEMT Signal (Adaptive spectral efficient multi tone signal), что в переводе означает «спектрально-эффективный адаптивный многочастотный сигнал». Он может стабильно передавать информацию независимо от помех в радиоэфире, большой загрузки частот, а также при наличии различных узкополосных помех и сигналов других радиостанций. С помощью программно-конфигурируемого ядра устройства и за счет знаний об особенностях канала связи такой сигнал способен адаптироваться к любой среде передачи.

«Благодаря такому сигналу можно «огибать» нежелательные помехи и частотные диапазоны других передатчиков. Таким образом, радиочастотный спектр будет использоваться более эффективно, не создается помех для работы других устройств, а главное, передавать данные можно будет в тех участках спектра, где раньше такой возможности не было», – рассказал ученый.

Конечно, в России и мире существуют аналогичные способы эффективной передачи информации. По своим техническим возможностям они примерно равны: максимальная скорость передачи, низкий уровень нежелательных излучений, совместимость с существующими сигналами и технологиями. Белгородская разработка уступает существующим аналогам только в одном – вычислительной сложности, однако наши ученые работают над этим. Но самое главное, что перед всеми существующими аналогами ASEMT Signal имеет неоспоримое преимущество – способность подстраиваться под электромагнитную обстановку в радиоэфире лучше и эффективней других. По сути мы говорим об «умном» сигнале, который не только эффективно выполняет свои функции, но способен не терять в качестве практически в любой обстановке. Будущее – именно за такими технологиями.

«Мы не использовали и не копировали чужие технологии, а разработали свое оригинальное решение под требуемые задачи. Мы реализовали лучшее, учитывая, что наши разработки могут лечь в основу новых систем беспроводного доступа следующего поколения», – рассказал Дмитрий Ушаков.

Где может применяться

От технических тонкостей переходим к практической пользе. В первую очередь новая технология найдет применение там, где используются беспроводные роутеры. Она позволит не только поддерживать существующие стандарты WiFi-систем, но и работать более устойчиво при наличии любых помех.

«В случае использования разработанной технологии сразу решается проблема WiFi-систем в многоквартирных домах, когда множество точек доступа с соседних квартир и этажей пытаются работать на одних и тех же частотных каналах, и в результате качество такой связи резко снижается. Интеллектуальное ядро будет оценивать ситуацию в радиоканале и адаптировать сигнал под существующие препятствия и помехи, при необходимости изменяя несущую частоту», – рассказал Дмитрий Игоревич.

Как мы уже говорили, еще одна сфера применения разработанного сигнала – «умный» дом. В нем устанавливается беспроводной маршрутизатор с интеллектуальными функциями, который управляет потоками данных от всех остальных подключенных сетевых и мультимедийных устройств. Этот маршрутизатор создает единую сеть со всеми доступными гаджетами (естественно, с разрешения пользователя) и объединяет их воедино.

«Пользователь на своем планшете или смартфоне с помощью простого приложения может выводить изображение или видео на любое устройство, которое находится в этой сетевой области. Например, можно перенаправить видеопоток со спутникового ресивера на свой смартфон, подключить IP-камеру и транслировать с нее изображение на телевизор. Или со своего смартфона транслировать видео на монитор, установленный в другой комнате. И все это без проводов и дорогостоящих HDMI-кабелей», – рассказал белгородский ученый.

И это только малая часть возможных сценариев использования. Да, зарубежные аналоги такой технологии есть, но стоимость их доходит до 1 тыс. долларов США, а функционал куда более узок. Отечественный продукт обойдется в несколько раз дешевле.

А еще новую разработку по достоинству оценят путешественники, геолого-разведывательные службы, различные экспедиции и те, кто хочет всегда оставаться на связи. Технология может использоваться в специальных устройствах, снабженных аккумуляторами, солнечными панелями для подзарядки и портативной спутниковой антенной. Даже в глухом лесу или тайге всегда есть возможность направить антенну в небо и через спутники, которые находятся на орбите, осуществлять связь. На сегодняшний день устройств с такими возможностями на коммерческом рынке не может предложить ни один мировой производитель.

«В планах не останавливаться на достигнутом, – рассказал Дмитрий Ушаков. – Технологии постоянно развиваются. Главный двигатель их развития – абонент. Ему всегда мало предоставляемых услуг и скорости передачи данных, поэтому и технологии будут постоянно совершенствоваться и адаптироваться под требования абонента».

проспект Славы, 60 308000 Белгород +7 (4722) 58-44-00


Интересно? Поделись с друзьями!

Чтобы оставлять комментарии, авторизуйтесь с помощью вашей учетной записи в одной из социальных сетей или зарегистрируйтесь на сайте.

Герб Нового Оскола считается самым «рыбным» в области. Но по праву ли редкая рыба вырезуб, которая в реке Оскол не водится, расположилась на полотне герба? Или это ошибка герольдмейстеров?
На VIII Гайдаровском форуме губернатор Евгений Савченко представил свое видение долгосрочной стратегии развития сельского хозяйства страны, обозначив приоритетные направления и риски.
Белгородские юристы отмечают увеличение количества клиентов из других городов. Почему за юридической помощью обращаются именно к нашим специалистам и какие юридические услуги сейчас пользуются наибольшим спросом?
Заболевания опорно-двигательного аппарата – один из самых распространенных недугов. Избежать оперативных вмешательств поможет действенная и безопасная процедура – ударно-волновая терапия.
Какова стоимость монет из драгоценных металлов, реализуемых банками? Чем отличаются коллекционные монеты от инвестиционных? Кто их покупает, пользуются ли они спросом и выгодно ли вообще их приобретать?

Авторизуйтесь на сайте с помощью уже существующей учетной записи в любой социальной сети. Это просто!