АРС-ПРЕСС

Многие из нас пользуются Интернетом с помощью беспроводных сетей wi-fi – дома, в кафе, в общественных местах. И знают, что чем дальше расстояние от роутера – передающего прибора, тем хуже качество сигнала. На скорость передачи данных и на количество ошибок влияет многое – соседние сети, включенные электроприборы (пылесос, холодильник и т.д.), гроза, да и на расстоянии сигнал затухает…

Чтобы связь, несмотря на все эти посторонние «шумы» (которые измеряются, как и любой шум, в децибелах), была надежной и быстрой, работала на большом расстоянии, нужны современные методы исправления ошибок. Одним из них является многопороговое декодирование помехоустойчивых кодов, разработкой и улучшением которого больше десяти лет занимаются в Рязанском государственном радиотехническом университете, на кафедре вычислительной и прикладной математики.

Руководитель научной группы – заведующий кафедрой, декан факультета вычислительной техники, доктор технических наук, профессор, заслуженный работник высшей школы РФ Александр Пылькин. Одним из членов коллектива является автор метода, доктор технических наук профессор Валерий Золотарев. Также в исследованиях принимают участие доктор технических наук Геннадий Овечкин и кандидат технических наук Павел Овечкин. Недавно эта научная группа получила на год грант в 500 тысяч рублей по итогам регионального научного конкурса. Конкурс проводил Российский фонд фундаментальных исследований совместно с Правительством нашей области (финансирование гранта они осуществляют в равных долях).

Разработкой метода исправления ошибок при передаче кодированных данных по различным каналам, в основном, беспроводным, на кафедре занимаются с 1999 года. Исследования возникли не на пустом месте. В радиоуниверситете давно изучали вопросы обеспечения надежной передачи данных (этим, в частности, занимался ушедший из жизни Леонид Коричнев). Параллельно в Москве, в Научно-исследовательском институте радио, Валерий Золотарев с 70-х годов занимался методом многопорогового декодирования (исправления ошибок) помехоустойчивых кодов. Эти разработки также велись в НИИ «Квант» (Москва), Воронежском НИИ связи и др. В перестройку исследования прекратились, а двенадцать лет назад Валерий Золотарев вовлек в работу коллег из Рязани. Сейчас он одновременно работает в радиоуниверситете и в Московском институте космических исследований. За свои научные разработки В. Золотарев в 2005 году получил премию Правительства РФ по науке и технике.

Сейчас на кафедре радиоуниверситета занимаются научными разработками: расчетами, компьютерным моделированием, а Институт космических исследований взял на себя часть научной работы и аппаратную реализацию – то есть создание опытных образцов продукции. За время исследования специалисты научной группы смогли повысить эффективность метода по отношению сигнал/шум почти на 2 дБ. Много это или мало? Приведем пример. Если ученые «выигрывают» 3 дБ, это позволяет в два раза снизить мощность передатчика, на 50 процентов повысить скорость передачи данных, на 30 процентов уменьшить размер антенн, на 40 процентов повысить дальность связи, в два раза уменьшить занимаемую полосу частот, на 3 дБ снизить требования к уровню шума.

На практике спутник, который получает энергию от солнечных батарей, сможет уменьшить потребляемую мощность для передачи данных. За счет выигрыша от кодирования можно уменьшить массу спутника, размер антенн (они дорогие), увеличить дальность, улучшить качество связи и т.д. К тому же все радиочастоты распределены и стоят недешево, и если передавать тот же объем данных в гораздо меньшей полосе частот, налицо экономия.

А на Земле важна проблема расстояния. Например, система передачи данных действует в радиусе нескольких километров. А если необходимо установить передатчик и приемник на большем расстоянии? Сигнал будет сильно «затухать», ошибок будет больше… Если же сделать метод помехоустойчивого кодирования более эффективным, можно решить эту проблему.

«Тут как на Олимпиаде, – говорит Геннадий Овечкин. – Соревнование идет на доли децибела. И чем лучше результат, чем ближе мы работаем к пропускной способности, тем сложнее его улучшить. Сначала у нас эффективность росла быстро, сейчас мы движемся медленнее, но постоянное улучшение показателей необходимо для того, чтобы оставаться в лидерах».

Механизм коррекции ошибок таков: на передающей стороне в данные вносится некоторая дополнительная информация, которая затем на принимающей стороне используется для исправления ошибок. На этом основаны все методы помехоустойчивого кодирования. А отличаются они способами внесения и обработки информации. Существует много разных подходов, есть сложные, есть простые, но малоэффективные.

Метод многопорогового декодирования, разрабатываемый в радиоуниверситете, прост для реализации: он поддерживает огромные скорости передачи данных и при этом позволяет работать при уровне шума, близком к предельно допустимому. Его корректирующая способность сопоставима с зарубежными методами, а быстродействие существенно лучше.

Еще один плюс – невысокая цена и высокая надежность. Ведь чем сложнее прибор, тем чаще он ломается. В отличие от зарубежных методов можно использовать недорогие программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС). К примеру, для реализации декодера стандарта передачи широковещательного видео DVB-S2 в НИИ радио применялась ПЛИС стоимостью порядка 3 000 долларов, а декодер радиоуниверситета при той же эффективности и скорости требует ПЛИС всего за 100 долларов.

И все-таки при этих показателях внедрение метода в жизнь пока затягивается. Хотя методы многопорогового декодирования уже реализованы и проверены в аппаратуре космической связи НИИ радио, где за 20 лет создано 5 поколений декодеров, они успешно применялись Воронежским НИИ связи, есть другие внедрения, в том числе и в сфере оборонки, но все это частные случаи. Дело в том, что в мире существуют стандарты внесения дополнительной информации в передаваемые данные, а новый метод под стандарт не подходит.

В тех же технологиях wi fi и wi-maх используются не самые эффективные подходы к коррекции ошибок, но за этими мировыми стандартами стоят огромные деньги, вложенные в разработку, в производство оборудования, в продажи. И эти интересы иностранные государства, корпорации будут отстаивать, чтобы не потерять доходы. Поэтому для сохранения конкурентоспособности нужно продолжать работу над совершенствованием метода, его внедрением в современные системы передачи и хранения данных, его стандартизацией.

Рязанские ученые разрабатывают уникальные методы улучшения передачи данных

Последние новости