Системы связи *

Приветствую всех!

Два года назад я уже рассказывал о том, как запустить у себя дома базовую станцию 4G LTE. Тем не менее, в той сети работал только мобильный интернет, тогда как при попытке позвонить или отправить SMS связь немедленно обрывалась.

Самое время восполнить это упущение. Сегодня мы поднимем сеть, в которой будут работать все эти функции. Заодно разберёмся, как работают звонки в LTE-сетях, как запустить такую сеть при помощи SDR и как заставить это всё работать. Как водится, будет много интересного.

В детстве, которое пришлось на 90-е, мне очень хотелось иметь Интернет. Родители не собирались его подключать, поэтому я позвонил провайдеру и сказал, что хочу создать аккаунт. У меня спросили фамилию, я назвал вымышленную. Потом у меня спросили номер кредитной карты, я сказал, что мне нужно найти бумажник, после чего я перезвоню.

Из книги Big Secrets и нескольких выпусков журнала 2600 я знал пару фактов о кредитных картах. Номера карт American Express всегда состояли из 15 цифр и начинались с тройки, а номера карт Visa состояли из 16 цифр и начинались с четвёрки. Первая пара цифр обозначала банк-эмитент, затем шёл номер счёта; последняя цифра вычислялась при помощи алгоритма Луна и использовалась как контрольная сумма всех предыдущих цифр.

Обязательным условием всех способов повышения помехоустойчивости при передаче информации по зашумленным каналам связи является введение информационной избыточности. Вид избыточности и ее размер определяется используемым способом помехоустойчивого кодирования. Выбор способа кодирования происходит с учетом параметров сигнала и характеристик канала связи: для цифрового канала – интенсивности ошибок, для аналогового канала – уровня шума и помех. Большое значение имеет степень сложности кодирования/декодирования и, соответственно, требуемая вычислительная мощность. Практически во всех корректирующих кодах, обеспечивающих автоматическое исправление ошибок, степень вводимой избыточности определяется способом кодирования и жестко связана с размером кодируемого информационного блока. Поэтому представляет интерес возможность использования избыточности, размер которой регулируется в соответствии с уровнем шума в канале связи.

Тривиальный способ введения избыточности – увеличение длительности сигнала добавлением фрагмента любой длительности и любого содержания, например, нулевого. Это способ фиксирует параметры шума в канале, но не позволяет уменьшить уровень искажений сигнала. Но если избыточность вводить не в сигнал, а в спектр сигнала, результат оказывается другим. При цифровой обработке сигналов широко используется операция интерполяции (передискретизации) – повышение частоты дискретизации. При этом к высокочастотному концу цифрового спектра добавляется нулевой фрагмент требуемой длительности. В результате обратного преобразования Фурье (ОПФ) формируется сигнал, содержащий большее количество отсчетов, то есть, имеющий ту же форму, но более высокую частоту дискретизации. При передаче этого сигнала по каналу связи происходит наложение аддитивного случайного шума. В приемнике в процессе устранения введенной избыточности есть возможность провести усреднение случайного шума и снизить уровень искажений. Проведено моделирование в среде MATLAB этого способа передачи.

«Во всех самолётах есть черный ящик. A UART‑логирование это черный ящик вашей прошивки.»

В этом тексте я написал про то как работать с UART на микроконтроллерах.
Вы узнаете как пользоваться UART до того, как он будет включен.

Допустим вы решили делать в своей прошивке printf‑отладку. Или даже забабахать UART‑CLI (Shell).

Первое с чем Вы столкнетесь — это настроить UART‑трансивер. Как же реализовать алгоритм работы с UART периферией?

Приветствую всех!

В середине двухтысячных в крупных городах началось распространение подключения к интернету по выделенному каналу. В те годы появилось множество провайдеров, часть из которых работает и поныне, а множество пользователей впервые смогли получить высокоскоростное соединение.

Помимо привычного нам приходящего в квартиру кабеля некоторые операторы использовали другие методы подключения. Об одном из них, на мой взгляд, весьма необычном по нынешним меркам, мы сейчас и поговорим. Узнаем, как это работало, посмотрим на оборудование и попробуем его запустить. Как водится, будет много интересного.

За месяц интенсивной работы quic-test эволюционировал от узкоспециализированного CLI-инструмента до полнофункциональной платформы с Web GUI и REST API. Мы добавили удобный веб-интерфейс, создали комплексную техническую документацию и значительно расширили функциональность.

В первой части мы обсудили, зачем вообще квантовой криптографии понадобились спутники, чем низкоорбитальные аппараты отличаются от геостационарных, и прикинули «на пальцах»: если с Земли отправить 100000000 фотонов, то до низкоорбитального спутника “долетит” порядка тысячи — то есть потери составят около 50 дБ. Этого достаточно, чтобы интуитивно почувствовать масштаб проблемы, но не очень понятно, откуда берутся эти 40 – 50 дБ и почему такие потери вообще реалистично выдерживать.

Привет Хабр! Меня зовут Алексей и я занимаюсь беспроводными технологиями. В прошлой статье (Опрос 100 тысяч абонентов или почему люди недовольны своими провайдерами — результаты 3-летнего исследования) я рассказывал о том, как мы проводили большое исследование, связанное с опросом абонентов провайдеров. В результате этого исследования мы выявили одну аномалию и решили собрать решение, которое бы позволяло провайдерам без затрат привлекать новых абонентов. Но обо всём по порядку.

Картинка: freepik.com

Мы привыкли к тому, что технологическое использование света всё больше и больше находит применение в нашей цивилизации: оптические развязки электронных схем, оптические линии связи (в том числе между спутниками), даже прогнозирующийся переход на оптические схемы и оптические процессоры (в относительно недалёком будущем)…

Но есть и ещё одна область использования света, которая будет, наверное, не так широко знакома широкой публике, но тем не менее любопытна сама по себе — назовём её условно «оптические линии ближнего радиуса».

Обсудим дорожные карты и ход развития квантовых сетей, а также технологические барьеры, с которыми сталкиваются исследователи и инженеры в данной области: от стабильности квантовых состояний до масштабируемости инфраструктуры.

Изучая вопрос наличия подходящего софта для проведения связей через популярный у радиолюбителей спутник RS44 (ДОСААФ-85), с удивлением обнаружил, что подходящей мне программы просто нет. SDR всяких написано уже не мало, но вот так чтоб работал дуплекс, при этом были разные диапазоны приёма и передачи, коррекция допплера, да ещё и разные виды модуляции на приём и передачу – такого не сумел найти. По этой причине пришлось написать свой минималистичный SDR, специально ориентированный на решение только одной задачи – проведения связей через RS44. По традиции, решил написать программу на Rust. За деталями работы программы и ссылкой на гитхаб прошу под кат.

Когда мобильная связь подводит, особенно важно оставаться на связи с близкими. Почему бы тогда не организовать собственную телефонную сеть на основе VoIP? Меня зовут Дима Абакумов, и под катом расскажу, как я решал эту задачу и с какими трудностями столкнулся

Преодоление пути от точки А до точки Б может быть весьма увлекательным приключением, которое может стать куда более важно самого пункта назначения. Однако, чаще всего присутствует желание как можно быстрее преодолеть этот путь. В работах жанра фэнтези и научная фантастика часто встречается технология (или заклинание) для моментального переноса человека из одно место в другое — телепортация. Теоретически, это вполне возможно реализовать, но пока нам до этого еще очень далеко. А вот квантовая телепортация информации стала намного ближе благодаря исследователям из Штутгартского университета (Штутгарт, Германия), которым удалось перенести данные между двумя фотонами из разных квантовых точек. Как именно была осуществлена телепортация данных, что для этого потребовалось, и насколько ближе стала реализация квантового интернета? Ответы на эти вопросы мы найдем в докладе ученых.

Если вы когда-нибудь пытались построить стабильный VPN поверх реального Интернета, то знаете: ключевая проблема не в криптографии и даже не в пропускной способности канала. Проблема — в том, как протокол ведёт себя, когда сеть начинает «качать».

Мы много лет экспериментировали с OpenVPN, WireGuard и разными вариациями UDP-туннелей. В хорошей сети → работают все. В плохой сети → перестают работать почти все. Поэтому когда в экосистеме QUIC появился MASQUE, мы решили проверить: а можно ли собрать VPN, который действительно переносит нестабильные условия?

Оказалось, что можно.

Передача информации по радиоканалу всегда сопровождается воздействием шумов и помех. Для уменьшения их влияния на надежность передачи разработано большое число методов, однако ни один из них не является оптимальным и не может гарантировать заданную помехоустойчивость, особенно при наличии преднамеренных помех. Поэтому на практике применяются подоптимальные способы защиты от активных помех, такие как перестройка несущей частоты, изменение частоты следования импульсов, их длительности и формы и т. д. Способ случайной смены кода фазовой модуляции от импульса к импульсу обеспечивает снижение флуктуационных составляющих ошибок на 20–30 %. Достаточно широко используемым способом повышения устойчивости к воздействию помех разного вида  является метод передачи информации с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты. Особенно эффективен метод прямого расширения спектра и псевдослучайной перестройки рабочих частот для решения задачи устранения эффекта замирания, вызванного многолучевым распространением сигналов, а также работы в условиях преднамеренных помех.

Для организации помехоустойчивых каналов активно используются сигналы с ортогональным частотным мультиплексированием (orthogonal frequency division multiplexing – OFDM-сигналы) и их разновидность – COFDM (Сoded OFDM), сочетающая канальное кодирование и OFDM. COFDM-сигналы обладают высокой помехоустойчивостью и относительно простой аппаратной реализацией. К недостаткам можно отнести необходимость точной синхронизации приемника и повышенные требования к линейности усилителей передатчиков, обусловленные высоким пик-фактором COFDM-сигналов. Дополнительным достоинством технологии COFDM является возможность применения различных помехоустойчивых кодов, в том числе широко используемых каскадных кодов БЧХ и LDPC, применяемых, например, в форматах цифрового телевидения DVB-S2, DVB-T2. Сочетание кодов Рида-Соломона и LDPC-кода для кодирования канала радиосвязи позволяет работать при отношении сигнал/шум около 2 дБ.

Одной из основных характеристик глобальной навигационной спутниковой системы ГЛОНАСС является точность оценки координат и высоты, полученных в навигационной аппаратуре потребителей (НАП) только по спутниковым сигналам без привлечения дополнительной информации. Большое влияние на точность позиционирования оказывают характеристики НАП. Стандартные образцы НАП не обеспечивают необходимый уровень помехоустойчивости при существующем уровне мощности принимаемых сигналов ГЛОНАСС порядка минус 166…156 дБВт.

Точность  измерения координат определяется количеством спутников, одновременно видимых навигационным оборудованием. Ошибки ГЛОНАСС составляют  3-6 м при использовании 7-8 спутников. На большей части поверхности земли над горизонтом находятся одновременно до 11 спутников ГЛОНАСС, однако отношение сигнал/шум в канале связи, необходимое для безошибочного приема информации,  часто обеспечивается только для 2-4 спутников. На рисунке 1 показан пример видимости спутников разных систем навигации в условиях городской застройки.

Голография, как метод восстановления волнового фронта, может быть использована не только для записи и восстановления трехмерных изображений объекта. Фундаментальное свойство голографии – делимость голограммы (возможность восстановления полного изображения объекта по фрагменту голограммы) – представляет интерес для помехоустойчивого кодирования произвольных сообщений. Свойство делимости может эффективно использоваться при передаче информации по каналу связи с большим уровнем шума и/или при недостаточном уровне сигнала, когда могут быть искажены или утрачены большие фрагменты сообщения.

В этой связи интересен перенос принципов голографической обработки изображений на кодирование произвольных цифровых данных и разработка голографических методов помехоустойчивого кодирования, позволяющих корректировать множественные ошибки.

Принципиальным отличием помехоустойчивого кодирования от задач обработки изображений, обладающих внутренней избыточностью и допускающих приемлемую потерю точности, является требование точного соответствия декодированного блока данных исходному.  Рассмотренный метод основан на представлении исходного цифрового блока произвольных данных как изображения и расчете интерференционной картины волнового фронта, создаваемого этим изображением.

Кодирование информации (моделирование голограммы) и декодирование (восстановление цифрового массива) требует достаточно больших вычислительных ресурсов. Сложность вычислений можно значительно сократить, если использовать для представления исходного блока цифровой информации не двоичный, а единичный позиционный код. В этом случае оптическим объектом, для которого строится голограмма, является точечный источник на черном фоне, а информация закладывается в координаты точки на поле объекта. Результатом кодирования является простейшая голограмма – зонная пластинка Френеля, координаты центра которой несут кодируемую информацию.

При обработке широкополосных сигналов часто возникает задача подавления узкополосных помех. Сложность задачи подавления узкополосной помехи зависит от степени информированности о ее наличии, основной частоте и степени изменчивости этой частоты. Если помеха стационарна, ее частота заранее известна и источник помехи не перемещается в пространстве, для ее подавления достаточно узкополосного режекторного фильтра.  

Для подавления нестационарных помех необходимо использовать адаптивные методы фильтрации. Кроме традиционных цифровых фильтров к ним можно отнести  использование  адаптивной антенной решетки. В этом случае подавление помех обеспечивается формированием  провалов (нулей в диаграмме направленности) цифровой антенной решетки и основной задачей является расчет вектора весовых коэффициентов, изменяющих диаграмму направленности антенной решетки. Второй способ режектирования узкополосных помех с заранее неизвестными частотой и мощностью – это поиск пиков в спектре сигнала и замена всех найденных отсчетов, превышающих среднюю амплитуду спектра, на среднее значение спектра.  

В этом тексте я хотел бы рассказать про свой опыт работы с однокристальным радио приёмникои SI4703 от компании Silicon Laboratories.

SI4703 - это миниатюрный настраиваемый FM радио приемник c DSP обработкой, управляемый по I2C, с возможностью принимать бинарные данные от радиостанций по протоколу RDS .

Чип производит демодуляцию частотно модулированного сигнала, пропускает его через цифровой гетеродин и выдает на наушники аналоговый сигнал. Тут есть два смесителя: первый аналоговый, второй цифровой. Аналоговый смеситель снимает FM сигнал с несущей. Цифровой смеситель подстраивает цифровой гетеродин на конкретную радиостанцию. Это классический гетеродинный приемник.

Можно использовать iperf3, но он про TCP и базовый UDP. Можно взять отдельные QUIC-библиотеки, но без визуализации и нагрузки. Можно написать кастомные симуляторы, но они не отражают реального поведения каналов. Хочешь проверить, как BBRv3 ведет себя на трассе Москва — Новосибирск? Пожалуйста, найди три сервера в разных дата-центрах, настрой netem, собери метрики вручную и надейся, что результаты будут воспроизводимы.