549_Sovremennye_problemy_telekommunikatsij_

2. преимущество на 0,3 дБ по сравнению с лучшим из представленных турбокодов; преимущество на 2,5–3,0 дБ, т. е. 30-процентный прирост в мощности, по сравнению со

стандартом DVB-S.

Литература

1.Кузнецов, А.А. Симметричные криптосистемы на алгебраических блоковых кодах / А.А. Кузнецов: Харьковский университет Воздушных Сил // Научные ведомости БелГУ. Сер. Информатика и прикладная математика. - 2006. - №1(21), вып. 2.- с. 127-141.

2.Гоппа В.Д. Коды на алгебраических кривых. ДАН СССР, т.24, п.1, 1981, 170-172.

3.Гоппа В.Д. Алгебро-геометрические коды. Изв. АН СССР, Сер.Мат., т.46, п.4, 1982, 762-

781.

4.Габидулин Э. М. Теория кодов с максимальным ранговым расстоянием // Проблемы передачи информации. 1985. вып. 21. № 1. с. 3–16.

5.Грабчак, В. И. Анализ перспективных направлений в развитии методов интегрированного обеспечения конфиденциальности и достоверности передачи данных [Текст] / В. И. Грабчак, А. П. Мельник // Вісник Сумського державного університету. Серія Технічні науки. - 2009. -

№ 3. - с. 94-100.

6.Сидельников В.М., Шестаков С.О. О системе шифрования, построенной на основе

обобщенных кодов Рида-Соломона. Дискретная математика, Т.4, вып.З, 1992, с.57-63.

7. Зубарев Ю.Б., Овечкин Г.В. Помехоустойчивое кодирование в цифровых системах передачи данных [Электронный ресурс]. URL: http://www.mtdbest.iki.rssi.ru/pdf/obzor_dvoichnie_kodi_2.pdf (дата обращения 11.01.2015)

Носкова Наталья Владимировна

к.т.н., доцент кафедры систем радиосвязи СибГУТИ, (630102, Новосибирск, ул. Кирова, 86) тел. (383) 2-698-206, e-mail: cj@ngs.ru

Review of existing methods providing the transmitted data security

N.Noskova

The work is devoted to the data systematization of information protection methods in wireless networks based on cryptographic techniques, error-correcting coding and data compression algorithms.

Keywords: cryptography, code-theoretic schemes, antinoise coding, Reed-Solomon codes, lowdensity codes

201

Исследование характеристик когнитивных радиосистем

М.Л. Ролич

Работа посвящена проблематике когнитивных систем, рассматривается проблема сканирования спектра и обнаружения «дыр» в спектре. Приведены алгоритмы определения состояния занятости спектра. Также затрагиваются возможные сценарии появления помехи при сканировании спектра.

Ключевые слова: когнитивные системы, сканирование спектра, раздельный доступ к ресурсам сети.

1. Введение

За последнее время в мире наблюдается сильная перегруженность отдельных полос частот спектра.

Значительно повысить эффективность использования спектра возможно путем его динамического распределения согласно которому вторичным пользователям, не закрепленным за данным частотным диапазоном, предоставляется возможность использовать диапазоны первичных пользователей, закрепленных за данным диапазоном, на время, пока этот диапазон не используется первичным пользователем, это возможно за счет технологии когнитивного радио.

ВРоссийской Федерации, для сетей когнитивного радио предполагается использовать полосу частот 470-790 МГц которая интенсивно используется для ТВ вещания.

Всвязи с этим наиболее острым является вопрос обеспечения ЭМС существующих пользователей радиочастотного спектра от возможных помех со стороны когнитивных систем.

2.Особенности когнитивных сетей

Когнитивные сети были спроектированы таким образом, что они могут узнать о всех изменениях в их окрестностях. Таким образом сканирование спектра является основой данного типа сетей. Сканирование спектра позволяет обнаруживать «дыры» в спектре, а также обеспечивает защиту первичных пользователей спектра от неблагоприятного воздействия со стороны вторичных пользователей. Например, в стандарте IEEE 802.22 сканирование спектра является обязательным условием, при котором вторичные пользователи проверяют спектр на наличие трех различных первичных пользователей: аналогового телевидения, цифрового телевидения и лицензируемых маломощных вспомогательных устройств, таких как беспроводные микрофоны.

3. Методы сканирования спектра

Для этой цели могут быть использованы различные методы. Существующие методы сканирования делятся на две основные категории. К первой группе относятся методы, в

202

которых первичные пользователи обеспечивают вторичных пользователей необходимой информацией об использовании спектра. Существует три подобных метода.

1.Использование централизованной базы данных, содержащей данные об используемых каналах.

2.Использование сигнальных сообщений, при котором информация о использовании спектра транслируется на выделенный канал.

3.Использование пилот-сигналов первичными пользователями на частотах занятых лицензируемыми пользователями. При обнаружении пилот-сигнала вторичные пользователи определяют состояние канала в данный момент.

Все эти методы ведут к упрощению оборудования вторичных пользователей, но соответственно требуют модернизации оборудования первичных пользователей сети.

Во второй группе методов сканирование спектра исключительно зависит от вторичных пользователей и их способности сканировать спектр и находить «дыры» в нем. Кроме того при обнаружении активности первичных пользователей спектр должен быть немедленно освобожден. Из-за меньшей стоимости инфраструктуры, по сравнению с первой группой методов, и совместимости с существующим оборудованием, вторая группа методов получила большее распространение. Например, данные методы используются в стандарте

IEEE 802.22.

Существуют два алгоритма, когда вторичные пользователи отвечают за сканирование спектра. Метод обнаружения приема информации первичными пользователями состоит в том, что вторичные пользователи обнаруживают «дыры» в спектре по средствам мониторинга приема данных первичными пользователями. Однако в действительности достаточно сложно организовать измерения уровня сигнала непосредственно в канале между первичными передатчиком и приемником. Поэтому был разработан метод обнаружения занятости спектра через мониторинг состояния передатчика первичных пользователей. Данный метод основан на обнаружении слабых сигналов передачи данных от первичных пользователей. Существуют три реализации данного метода.

Когда информация, передаваемая от первичных пользователей известна вторичной сети, оптимальным детектором для аддитивного белого Гауссовского шума будет являться согласованный фильтр, так как он увеличивает значение входного отношения сигнал/шум. Однако использование согласованного фильтра требует априорного знания характеристик первичного сигнала, таких как: тип модуляции и форма импульса. Поэтому, если данная информация не известна, то данный метод работает плохо.

В случае, когда приемник не может собрать достаточное количество информации о сигналах первичных пользователей используется альтернативный метод – обнаружение энергии. Детектор энергии просто измеряет энергию, принимаемую на частотах спектра используемые первичными пользователями и определяет «дыры» в спектре, когда уровень измеренной энергии становится ниже чем пороговое значение. По сравнению со случаем с использованием согласованного фильтра данный метод требует более длительного времени сканирования для получения удовлетворительного результата. Однако низкая стоимость данного решения и простота внедрения сделали данный метод весьма перспективным решением для сканирования спектра в когнитивных сетях.

Модулированные сигналы в целом связаны с синусоидальными несущими. Эта характеристика используется в методе функции обнаружения, где частотные характеристики обнаруживаются с помощью анализа спектральной корреляционной функции. Основное преимущество метода функции обнаружения в том, что он может дифференцировать энергию шума от энергии модулированного сигнала, которая является результатом того, что шум в широком смысле стационарный сигнал без корреляции на основной сигнал. Таким образом метод функции обнаружения может работать лучше, чем метод обнаружения энергии в распознавании в условиях шума из-за его устойчивости к неопределенности мощности шума. Однако он требует сложных вычислений и требует значительного времени наблюдения.

203

4. Заключение

Несмотря на стандартизацию методов сканирования остается открытым вопрос оптимальности применения тех или иных параметров. Как пример, нет четко определѐнной границы оптимального периода сканирования. В то время как оптимизация данного параметра позволит увеличить надежность системы и повысить энергоэффективность системы.

Литература

1.Гурьянов И.О. Когнитивное радио: новые подходы к обеспечению радиочастотным ресурсом перспективных радиотехнологий. «Электросвязь», № 8, 2012. – С. 5-8.

2.Галкин В.А. Основы программно-конфигурируемого радио / В. А. Галкин; Нац. исслед. ун-т, Моск. гос. ин-т электрон. техники (техн. ун-т). - Москва: МИЭТ, 2010. - 224 с.

3.Akyildiz, W. Lee, M. C. Vuran, and S. Mohanty, “Next generation/dynamic spectrum

access/cognitive radio wireless networks: A survey,” Computer Networks, Elsevier, vol. 50, pp. 2127–2159, Sept. 2006.

Ролич Максим Леонидович

аспирант СибГУТИ, г. Новосибирск, e-mail: MRolich@nvg.ru

Investigation of the characteristics of cognitive radio systems

M. Rolich

The work is devoted to the problems of cognitive systems, the problems of spectrum scanning and detection of “holes” in the spectrum. There is shown the algorithms, which determine the status of spectrum occupancy. Also addressed possible scenarios of interference by scanning the spectrum.

Keywords: cognitive systems, scanning of the spectrum, separate access to network resources.

204

Методика анализа ЭМС РЭС, работающих в общих полосах частот с сетями телерадиовещания в диапазонах до 1000 МГц

М.Л. Ролич, В.И. Носов

Работа посвящена проблематике электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств, рассматриваются сложности совместного использования полос спектра в диапазоне до 1000 МГц. Была сформулирована задача анализа ЭМС РЭС. Описана необходимость использования защитного отношения.

Ключевые слова: электромагнитная совместимость, когнитивное радио, защитное отношение.

1. Введение

Стремительное развитие беспроводных телекоммуникационных систем, таких как: системы сотовой и спутниковой радиосвязи, т. н. локальные беспроводные сети и Интернет по технологии Wi-Fi и Wi-MAX, выявило серьезную проблему. Практически весь частотный диапазон к настоящему времени распределен и лицензирован. Кроме того, современные устройства беспроводных технологий мешают друг другу работать, создавая помехи и конкурируя за полосы пропускания.

Значительно повысить эффективность использования спектра позволяет механизм динамического управления спектром, согласно которому вторичным пользователям, не закрепленным за данным частотным диапазоном, предоставляется возможность использовать диапазоны первичных пользователей, закрепленных за данным диапазоном, на время, пока этот диапазон не используется первичным пользователем.

Механизм динамического управления спектром сложен технически, и может применяться только в, так называемых, интеллектуальных (когнитивных) радиосистемах.

Основной частотный диапазон, который планируется отвести для когнитивных систем, это радиочастоты высвобождаемые при переходе на цифровое эфирное телевидение. Предполагается использование «белых пространств» (White Spaces, WS), пропусков в сетке вещательных ТВ-каналов.

Связано это с особенностями частотного планирования наземных сетей ТВ вещания, когда между мощными ТВ станциями существует возможность дополнительно использовать маломощные радиоэлектронные средства (РЭС). Также с внедрением цифрового вещания, имеющего более высокую помехоустойчивость по сравнению с аналоговым вещанием и соответственно позволяющего более эффективно использовать радиочастотный спектр.

2. Общие положения

Полосы частот до 1 ГГц, которые выделены согласно Регламента радиосвязи для телерадиовещания, используются многими другими видами РЭС, такими как мобильные системы связи, системы сбора новостей, средства радиоастрономии и т.д.

Использование РЧС в этом диапазоне частот имеет ряд особенностей. Потери распространения на трассе между каждым передатчиком и приемником, являются случайной величиной, распределенной по логнормальному закону. Помеха в месте приема создается,

205

как правило, несколькими передатчиками, находящимися на разных расстояниях от приемника, причем флуктуации потерь распространения сигналов на каждой из линий связи можно считать независимыми случайными величинами. Случайные флуктуации потерь распространения обусловлены следующими факторами:

-неточным знанием параметров профиля трассы распространения и отсутствием точных методов учета этих параметров при расчете этих потерь, что обуславливает неточность оценки потерь для разных мест приема сигналов, находящихся на равном расстоянии от передатчика сигнала,

-неточным знанием параметров атмосферы, которые со временем изменяются, вызывая изменения рефракции распространяющихся в ней сигналов, что влияет на степень открытости трассы распространения.

Важными исходными данными, необходимыми для проведения анализа ЭМС, являются требования к качеству приема полезных сигналов при воздействии на вход приемника помех. Эти требования выражаются значениями защитного отношения на входе приемника, отношений мощностей полезного сигнала и помехи, устанавливаемыми Рекомендациями МСЭ-R или другими регламентирующими документами. При этом каждому значению защитного отношения соответствует определенный, также регламентируемый процент времени, а в случае, например, сетей телерадиовещания, и процент мест, в которых осуществляется прием полезных сигналов данной вещательной станцией с надлежащим качеством.

3.Методика анализа ЭМС

Во многих встречающихся на практике случаях, в частности в задачах, связанных с планированием сетей телерадиовещания или с решением вопросов совмещения в общих или соседних полосах частот таких сетей с сетями других назначений, таких как когнитивного радио, мобильной связи и т.п., постановка задачи анализа ЭМС РЭС может быть сформулирована следующим образом.

Внескольких зонах, это могут быть зоны обслуживания сети вещания, в частности, сети синхронного вещания, либо зоны обслуживания базовых станций сети подвижной связи или широкополосного беспроводного доступа, развернуты несколько передающих станций, работающих в общих полосах частот. Прием сигналов осуществляется в определенной точке,

ирасположенной в зоне обслуживания, которую будем называть центральной. Это точка может быть расположена, например, на краю зоны обслуживания определенной вещательной сети, для которой определяется влияние помех со стороны РЭС, работающих в других сетях.

Таким образом, имеется m зон обслуживания, в них расположены n передатчиков, каждый из которых имеет мощность Ptrij, (i=1…n; j=1…m), при этом также следует учитывать коэффициент усиления передающей антенны. Передатчики расположены на расстоянии R от центра своей зоны обслуживания и на расстоянии D от точки, в которой расположен приемник полезного сигнала.

Методика анализа ЭМС РЭС состоит совокупности расчетных выражений, позволяющих определить при заданных параметрах источников полезного и мешающих сигналов и их расстояниях до приемного устройства вероятность того, что отношение сигнал/помеха будет ниже защитного отношения не более, чем в заданных процентах мест и времени pd и pt.

Всетях телерадиовещания и подвижной связи часто приходится иметь дело с ситуацией, когда в место приема приходят как полезные, так и мешающие сигналы, уровни которых, как показывают экспериментальные данные, распределены по логнормальному закону. Анализ помехоустойчивости таких систем требует нахождения распределения вероятностей суммы таких случайных величин. Данный метод был предложен американским исследователем Фентоном в 1960 г. В настоящее время он является одним из методов, которые рекомендованы МСЭ для использования при решении задач планирования сетей вещания.

206

Следует также отметить, что в рекомендациях по защите от помех средств, принадлежащих некоторым службам, например, службе сбора новостей, мобильной связи, радиоастрономии и др., часто указываются значения необходимого защитного отношения, допустимой напряженности электромагнитного поля помехи или допустимого увеличения мощности шума на входе приемника, возникающего из-за действия помех, однако соответствующие проценты мест и времени, для которых должны выполняться эти значения, не определяются. Однако значения соответствующих процентов мест и времени являются необходимыми для проведения анализа ЭМС исходными данными, определяющими качество приема сигналов в радиоканалах, в которых ослабление сигналов является случайным и непрерывно изменяется во времени. Без этих данных сделать обоснованное заключение об обеспечении условий ЭМС между разными взаимно воздействующими системами радиосвязи невозможно.

4. Заключение

При анализе электромагнитной совместимости когнитивных сетей с сетями цифрового телевизионного вещания, работающими в полосах частот 470 – 790 МГц. следует учитывать, что на вход приемника полезных сигналов воздействует множество помех, создаваемых другими станциями. Также при расчетах необходимо принимать во внимание одну из особенностей оборудования когнитивных сетей, заключающаяся в том, что мощность сигналов, излучаемых абонентскими станциями и базовой станцией, автоматически регулируется в зависимости от расстояния между ними. Такое регулирование позволяет снизить помехи, создаваемые когнитивными сетями сетям телевизионного вещания.

Литература

1.Рекомендация МСЭ-R P.1546-4. Метод прогнозирования для трасс связи "пункта с зоной" для наземных служб в диапазоне частот от 30 МГц до 3000 МГц. Женева 2009.

2.М.А. Быховский; Т.В. Иванова; В.И. Носов и др. Управление использованием

радиочастотного спектра и обеспечение электромагнитной совместимости радиосредств. Учебное пособие. – М: ЭКО-ТРЭНДЗ, 2006. – 395 с.

3. Fenton L.F. The sum of lognormal probability distribution in scatter transmission systems, IRE Trans. CS-8, № 1, 1960 - p.57-67

Ролич Максим Леонидович

аспирант СибГУТИ, г. Новосибирск, e-mail: MRolich@nvg.ru

Носов Владимир Иванович

доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой систем радиосвязи СибГУТИ, тел. (383) 269-82-54, e-mail: nvi@sibsutis.ru

EMC analysis technique, working in bands shared with broadcasting networks in the range up to 1000 MHz

M. Rolich, V. Nosov

The work is devoted to problems of electromagnetic compatibility of radio electronic means, considered the complexities of spectrum sharing in bands range up to 1000 MHz. Formulated the task of analyzing EMC. Described the need for protection ratio

Keywords: Electromagnetic compatibility, cognitive radio, protective ratio.

207

Нахождение оптимальной конфигурации параметров передающей станции наземного цифрового телевизионного вещания стандарта «DVB-T2» с помощью оптимизации излучаемой мощности и высоты подвеса антенны передающей

станции

К.В. Сартаков, В.И. Носов

Работа посвящена нахождению оптимальной конфигурации параметров передающей станции наземного цифрового телевизионного вещания стандарта «DVB-T2». В данной работе оптимальную конфигурацию предлагается найти методом оптимизации излучаемой мощности и высоты подвеса антенны передающей станции сети с применением коэффициента m (коэффициент, характеризующий процент зоны обслуживания передающей станции) с наименьшими финансовыми затратами. Указанный метод для заданной территории с определѐнным количеством частотных каналов будет являться не тривиальным критерием отбора наиболее подходящей сети наземного цифрового телевизионного вещания стандарта «DVB-T2».

Ключевые слова: оптимальная высота антенны передающей станции цифрового телевизионного вещания, оптимальная излучаемая мощность передающей станции цифрового телевизионного вещания, коэффициент обслуживания передающей станции цифрового телевизионного вещания.

1.Введение

Косновным исходным данным, лежащим в основе оптимизации параметров сети наземного цифрового телевизионного вещания стандарта «DVB-T2» (сети НЦТВ), относятся:

радиус (D0) зоны обслуживания (ЗО) радиотелевизионной передающей станции (РТПС) и требования к качеству приема полезных сигналов на границе ЗО. Исходя из этих данных

выбирается эффективная излучаемая мощность передающей станции (Ptrs), высота передающей антенны (h1), а также определяется необходимый территориальный разнос (D1) между разными ЗО, в которых для вещания используется один и тот же частотный канал

(рис. 1). Отношение D1 / 3 D0 2 определяет, количество частотных каналов, необходимых

для создания сети НЦТВ для заданного региона, а нахождение оптимальной конфигурации сети НЦТВ для заданной территории с определѐнным количеством частотных каналов и с наименьшими финансовыми затратами может являться критерием отбора наиболее подходящей сети НЦТВ для заданного региона [1, 2].

208

D1

Рисунок 1. Расположение полезной и мешающей вещательных станций.

2. Требования к качеству принимаемого сигнала

Требуемое качество принимаемого сигнала определяется значением напряженности электромагнитного поля на границе ЗО Егр, которая определяется в соответствующих Рекомендациях МСЭ-Р:

где первое условие Еs ≤ Егр на границе ЗО должно выполняться не более, чем в LЕ% мест

N

и TЕ% времени (LЕ% и TЕ%<50); второе условие p Prs Prlk A (здесь ρ – отношение

k 1

сигнал/помеха, Prs и PrIk – мощности полезного сигнала и N помех, поступающих на вход приемника, А – защитное отношение) должно выполняться на границе ЗО не более, чем в

LА% мест и TА% времени (LА% и TА%<50) [5, 6].

При планировании сети НЦТВ для стационарного приема принимают высоту приемной антенны равной h2=10 м, а для мобильного приема h2=1,5 м. Высота передающей антенны h1 выбирается исходя из расстояния прямой видимости:

где h1 и h2 в метрах.

Между антеннами передающей станции и приѐмного устройства будет иметь место прямая видимость до тех пор, пока линия, проходящая через электрические центры антенн, на всѐм протяжении идѐт выше уровня земной поверхности. При уменьшении величины просвета от H0, когда открыта 1/3 зоны Френеля, до H = 0, когда расстояние между приѐмником и передатчиком равно расстоянию прямой видимости, величина потерь увеличивается на 25 дБ [3, 4].

209