Новые коды коррекции ошибок для спутниковой связи

Национальный институт информационных и коммуникационных технологий (NICT) совместно с Нагойским технологическим институтом (NITech) и при участии Японского агентства аэрокосмических исследований (JAXA) продемонстрировали революционный прорыв в области наземно-спутниковой лазерной связи. Впервые в мире были успешно применены новые коды коррекции ошибок, эффективно компенсирующие влияние атмосферной турбулентности.

Атмосферные возмущения представляют собой серьёзную проблему для лазерных каналов связи, вызывая периодические сбои и приводя к пакетным ошибкам данных. Коды коррекции ошибок являются ключевым решением для минимизации этих эффектов.

В ходе эксперимента исследователи использовали передовые коды коррекции ошибок с высокой степенью исправления (5G NR LDPC и DVB-S2). Результаты подтвердили, что эти коды способны эффективно устранять пакетные ошибки, вызванные атмосферной турбулентностью, что значительно повышает качество связи по сравнению с традиционными методами.

Это достижение открывает путь к практическому внедрению наземно-спутниковой лазерной связи, основанной на этих передовых технологиях.

NICT активно занимается разработкой и внедрением практических решений для наземно-спутниковой лазерной связи, и борьба с атмосферной турбулентностью является одной из главных задач.

С целью решения этой проблемы, NICT провел эксперименты по лазерной связи между наземной станцией и геостационарным спутником, используя 1-метровый оптический телескоп NICT и систему Laser Utilizing Communication System (LUCAS) на борту спутника JAXA. Эти эксперименты помогли детально изучить влияние атмосферной турбулентности на качество связи.

Исследование выявило, что атмосферная турбулентность вызывает замирания сигнала длительностью от нескольких миллисекунд до десятков миллисекунд, что приводит к пакетным ошибкам данных. Эти ошибки снижают и дестабилизируют качество связи. В настоящее время существуют два основных подхода к решению этой проблемы: системы оптической компенсации и коды коррекции ошибок.

Отдавая предпочтение кодам коррекции ошибок из-за их простоты в реализации (исключающей необходимость сложных оптических систем управления), NICT сосредоточился на разработке более совершенных кодов. Команда планировала продемонстрировать коррекцию ошибок с использованием новых кодов, обладающих более высокой коррекционной способностью, чем традиционные коды Рида-Соломона. В их число входят 5G NR LDPC для 5G-приложений и DVB-S2 для спутникового вещания.

В рамках данного эксперимента NICT совместно с NITech провели передачу данных с использованием новых кодов коррекции ошибок (5G NR LDPC и DVB-S2) через наземно-спутниковый канал лазерной связи на скорости 60 Мбит/с. Связь осуществлялась между 1-метровой оптической наземной станцией NICT и системой LUCAS на геостационарном спутнике.

Опираясь на накопленный опыт NICT в изучении атмосферной турбулентности, были оптимизированы параметры методов чередования и самих кодов коррекции ошибок для эффективного противодействия пакетным ошибкам, вызванным замираниями сигнала.

Анализ полученных экспериментальных данных успешно подтвердил коррекцию пакетных ошибок, спровоцированных замираниями сигнала из-за атмосферной турбулентности. Это стало первым в мире подтверждением того, что коды 5G NR LDPC и DVB-S2 способны значительно улучшить качество связи по сравнению с традиционными кодами.

Эти передовые коды не только обеспечивают высокую способность к коррекции ошибок, но и, благодаря простоте аппаратной реализации и потенциальной совместимости с будущими системами связи 5G, могут способствовать практическому применению в наземно-спутниковой лазерной связи.

Это достижение ведет к повышению качества связи в наземно-спутниковых лазерных каналах и ускоряет их практическое внедрение. Оно также позволяет применять существующие наземные протоколы 5G и стандарты спутникового вещания в космических системах связи. В будущем эта технология, вероятно, сыграет ключевую роль в развитии наземно-спутниковых лазерных коммуникационных систем.