Российские ученые заставили рацию работать без помех
В условиях отсутствия связи (шахты, горы, тайга) критически важна надежная передача данных. Ученые Пермского Политеха разработали цифровую радиостанцию, устойчивую к помехам и физическим препятствиям, включая бетонные стены. Устройство передает данные в двух сетях MANET одновременно, обеспечивая скорость до 300 кбит/с (низкоскоростной канал) и 54 Мбит/с (высокоскоростной). Рация работает как ретранслятор и узел сети, что делает ее незаменимой для спасателей, промышленности и туристов. Ключевые преимущества разработки: помехоустойчивость, дальность связи до 30 километров и работа при -25°C до +55 градусов Цельсия.
На изобретение выдан патент. Исследование выполнено в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».
Портативная или переносная радиостанция – это компактное беспроводное устройство для двусторонней радиосвязи, предназначенное для работы «в поле». Она выглядит как небольшая рация с антенной, экраном, кнопками, разъемом для зарядки и гарнитуры, а также аккумулятором. Это незаменимый инструмент там, где нет мобильной связи или интернета – в лесах, горах, шахтах или на удаленных объектах. Такие устройства необходимы для служб спасения, через них общаются охранники, их могут использовать в экстремальном туризме.
Радиостанции работают по принципу передачи и приема радиоволн, которые несут в себе информацию – звук, данные или иные сигналы. Микрофон улавливает голос и преобразует его в электрический сигнал, модулятор изменяет его частоту, передатчик усиливает и отправляет его через антенну в виде радиоволн, а приемник другой рации улавливает волны, декодирует сигнал и воспроизводит его через динамик. Дальность и качество связи зависит от мощности передатчика, частоты, которую использует рация, и физических препятствий (здания, деревья, рельеф), поскольку не каждая радиоволна может проходить через них.
Существующие в России переносные радиостанции, как правило, работают в узкополосных каналах связи, которые очень подвержены помехам (в отличие от широкополосных). Это ограничивает их возможности: например, в лесу или в городе связь может пропадать, а возникающие помехи будут мешать обмениваться информацией.
Ученые Пермского Политеха разработали автономную переносную цифровую радиостанцию «ХИТ МАНЕТ», которая способна передавать одни и те же данные одновременно в двух частотных диапазонах (трактах). В результате такого изобретения повышается надежность и достоверность передачи данных, поскольку при отказе или наличии помех в первом тракте второй продолжит работу.
Устройство выглядит как обычная рация, но с двумя антеннами для разных частотных диапазонов, имеет экран, кнопки и разъемы. Внутри есть микропроцессор, который управляет всеми функциями: цифровая обработка голоса и данных, фильтрация звука, работа с интерфейсами Wi-Fi, Bluetooth.
В рацию встроены два трансивера – устройства-микрочипы, которые объединяют и передатчик, и приемник. Один из них, низкоскоростной, работает в метровом диапазоне радиоволн – 130-1000 МГц, а другой, высокоскоростной, – в дециметровом – 2400-2500 МГц. Они обеспечивают лучшее покрытие в различных условиях: радиоволны метрового диапазона огибают природные препятствия, такие как холмы или рощи, а дециметрового – проходят сквозь бетонную стену с металлической арматурой. Это позволяет поддерживать стабильную связь даже в сложных условиях – например, в городах с плотной застройкой, в горах, шахтах.
В низкоскоростном трансивере используется метод расширения спектра сигнала связи, который повышает устойчивость к помехам. Это происходит благодаря тому, что мощность сигнала «размывается» по спектру и при наложении узкополосных помех теряется только одна часть передаваемого сигнала, так что информация может быть затем восстановлена в приемнике, причем такое возможно даже при сигнале ниже уровня шумов. Это обеспечивает увеличение дальности связи и одновременно снижение мощности передатчика.
Высокоскоростной трансивер использует современные способы модуляции сигнала (BPSK, QPSK и М-QAM), а также технологию OFDM, которая повышает помехоустойчивость. Это особенно важно для городских районов с многоэтажной застройкой, где возникают дополнительные помехи из-за многолучевого переотражения радиоволн – ситуации, когда радиоволны многократно отражаются от поверхностей (стен домов), складываются и как бы искажают сами себя, в результате чего приемник не может принять сигнал.
– Главным отличием нашей разработки от современных аналогов, таких как, например, рации Р-187-П1 Азарт производства НПО Ангстрем, AN/PRC-163 от L3HARRIS и других, является то, что мы используем не одну сеть MANET, а две, причем одновременно на двух частотных диапазонах. Это делает связь более надежной. Сеть MANET (Mobile Ad Hoc Network) – это такая технология связи, благодаря которой рации соединяются между собой напрямую, то есть без вышек или центрального управления. Ее главное преимущество – в том, что отказ одного или нескольких устройств не приведет к полной потери связи. Это делает сеть более гибкой. Использование двух блоков MANET в радиостанции повышает надежность связи в случае сбоя одного из них, а также позволяет покрывать большую территорию, улучшая качество сигнала и доступность сети, – рассказывает Сергей Тюрин, старший преподаватель кафедры «Автоматика и телемеханика» ПНИПУ.
Например, если пожарные в многоэтажном здании потеряют связь с командным пунктом через сотовую сеть, то все равно сохранят ее между своими устройствами благодаря MANET.
Еще одним отличием от аналогов является применение методов «когнитивного радио»: рация может анализировать, какие частоты заняты помехами, и автоматически переходит на свободные. В устройстве также есть и дополнительные функции, отсутствующие в упомянутых выше существующих моделях: адаптивное понижение мощности передачи (для того, чтобы сигнал сложнее было перехватить), защищенный мессенджер и поддержка смартфонов через Bluetooth, две кнопки включения передачи на разных каналах, клонирование настроек и другие функциональные улучшения.
Радиостанция «ХИТ МАНЕТ» обладает и улучшенными техническими характеристиками. Среди них повышенная скорость передачи данных, энергетическая и структурная скрытность (затруднение пеленгации) за счет модуляции с расширением спектра, режим ППРЧ (когда сигнал рации много раз в секунду перепрыгивает по рабочим частотам по особым законам для повышения скрытности), а также информационная скрытность радиопереговоров за счет шифрования AES-256. Мощность передатчиков адаптивно изменяется от 10 мВт до 8 Вт, что обеспечивает дальность связи между соседними узлами сети до 5-30 километров. Полного заряда аккумулятора хватит на три дня работы в условиях рабочего диапазона температур от -25°С до 55°С.
Новая радиостанция превосходит существующие по надежности передачи данных, повышению достоверности передаваемой информации и помехоустойчивости. Создание такой радиостанции особенно актуально в условиях отсутствия сотовой связи: во время чрезвычайных ситуаций, в спасательных операциях, при работе в удаленных районах.
Telegram 
Дзен 
VK Процессы, сопровождающие жизнь черных дыр, интересуют не только теоретиков. Ученые уже знают, что энергия и частицы могут покидать черные дыры и теперь работают над способами эту энергию использовать.
Ученые подтвердили один из самых необычных эффектов Общей теории относительности (ОТО): вращение Земли действительно «увлекает» за собой пространство-время. Новое измерение, выполненное с помощью спутника LARES-2, оказалось примерно в 10 раз точнее предыдущих и еще сильнее ограничило пространство для альтернативных теорий гравитации.
В отличие от микрочастиц, наночастицы не только эффективно проходят барьеры дыхательной системы, но и идут дальше — в мозг человека. До сих пор масштаб смертности от них был неясен. Теперь исследователи выяснили, что она доходит до миллионов человек каждый год.
Кит живет двести лет, умеет пробивать головой полуметровый лед и поет океанский джаз голосом несмазанной дверной петли. Охотоморские гренландские киты — это не просто многотонные ледоколы. Это древние узники, которые остались жить в Охотском море со времен последнего оледенения. Это счастливцы, которые смогли пережить гарпуны китобоев XIX-XX веков, но сегодня уязвимы не меньше. Чтобы спасти этих поразительных китов, российским ученым и команде фонда «Природа и люди» приходится: считать хвосты, читать биографии по шрамам, прятать подростков от хищников, стрелять (спутниковыми метками) с парамоторов и тяжелых дронов. Рассказываем, как устроена жизнь гренландских китов России и кто помогает им не исчезнуть навсегда с лица планеты.
Ученые выяснили, почему интервальное голодание для многих оказывается эффективнее обычных диет. Исследование показало, что ограничение времени для приема пищи избавляет худеющего от изнуряющего ощущения жесткого контроля и при этом позволяет сбросить ровно столько же, сколько при скрупулезном подсчете калорий.
Деревья растут и люди стареют не потому, что идет время, а из-за происходящих внутри них процессов. Но можно ли сказать, что именно эти процессы порождают время? Ученый создал маленькую Вселенную, в которой дела обстоят именно так.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Американские ветеринары установили, что длина шага передних лап у пожилых собак отражает возрастные изменения в работе мозга. Когда у собак развивается деменция, шаги их передних лап становятся короче, причем эта связь не зависит от хронической боли в суставах.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно