555_Innovatsii_inauchno-tekhnicheskoe_tvorchestvo_molodezhi2014_

Доклад посвящен является разработка цифрового приемника, который обеспечит наилучшие показатели приема сигнала и его последующей обработки. Рассмотрена структурная схема радиоблока, включающего в себя селектор каналов (тюнер), демодулятор сигналов OFDM/QAM, деперемежители, канальные декодеры (Витерби и Рида-Соломона), а так же блоки питания и стабилизаторы.

Обобщенная структурная схема наземного цифрового ТВ – приемника содержит радиоблок, декодер MPEG (осуществляет преобразование, обратное процедуре сжатия сигнала изображения и звука) и воспроизводящие устройство изображения и звука с соответствующими блоками развертки, ЦАП

В докладе подробно рассматривается принципиальная схема цифрового приемника наземного ТВ вещания.

РАЗРАБОТКА ЗНАКОСИНТЕЗИРУЮЩЕГО МОДУЛЯ

Назаров Н.Е. СибГУТИ, Новосибирск

Научный руководитель – Шушнов М.С., доцент СибГУТИ

Знакосинтезирующие модули предназначены для отображения текстовой и псевдографической информации. Эти модули имеют знакогенератор и встроенную ПЗУ с таблицей знакогенератора. Дисплеи на основе модулей нашли широкое применение в различной сфере от информационной, до рекламной. В последнее время модули применяются в автоинформаторах на транспорте.

Основными техническими характеристиками модулей являются:

объем отображаемой информации (количество символов и количество строк);

тип встроенного контроллера - от него зависит интерфейс общения с "внешним миром", язык шрифта знакогенератора;

напряжение питания модуля;

геометрические размеры, расположение крепежных отверстий (элементов);

угол зрения - это угол падения взгляда на панель индикаторов модуля, при котором контрастность изображения максимальна;

тип и цвет свечения;

диапазон рабочих температур.

Об особенностях проектирования знакосинтезирующего модуля рассказывается в данном докладе.

221

РАЗРАБОТКА СИНТЕЗАТОРА ЧАСТОТ СТАНДАРТА LTE

Паршута В.Е. СибГУТИ, Новосибирск e-mail: vparshuta1@yandex.ru

Научный руководитель – Шушнов М.С., доцент СибГУТИ

Сети четвертого поколения стандарта LTE внедряются на данный момент по всему миру. Высокоскоростной доступ к ресурсу связи постепенно вытесняет сети второго и третьего поколений, о чем свидетельствует статистика объема потребляемого абонентами трафика. С появлением высокоинтеллектуальных мобильных аппаратов операторы связи свои основные доходы получают не от разговорного трафика и SMS, а от больших объемов интернет трафика, видеотелефонии и других услуг, появление которых стало возможным лишь с появлением скоростей LTE.

В Российской Федерации операторами мобильной связи также активно внедряются сети четвертого поколения. Министерство Связи и Массовых Коммуникаций Российской Федерации в своем приказе от 24 июня 2011 года «Об утверждении Правил применения абонентских терминалов сетей подвижной радиотелефонной связи стандарта LTE» стандартизирует использование данной технологии на территории России, в частности выделяя 40 частотных диапазонов. Данные частотные диапазоны частично либо полностью перекрывают диапазоны уже существующих сотовых сетей младших поколений.

Данный факт ставит перед инженерами задачу разработки универсального приемника, который способен перестраиваться в широком частотном диапазоне без потери качества связи, сохраняя требуемые параметры приемника. Во многом это зависит от используемого синтезатора частот. С технической точки зрения он должен иметь частотный диапазон перестройки, достаточный для приема радиосигнала во всех 40 используемых диапазонах. С экономической точки зрения синтезатор частот должен состоять из максимально надежной и минимальной по цене элементной базы, чтобы сократить расходы на производство, но не потерять клиентов из-за качества продукции.

Таким образом, задача разработки универсального синтезатора частот для стандарта приемника стандарта LTE является крайне актуальной на сегодняшний день. При правильном инженерном решении подобный синтезатор может принести как технический, так и экономический выигрыш.

222

ИССЛЕДОВАНИЕ ПУТЕЙ ПОСТРОЕНИЯ ПРИЕМОИНДИКАТОРОВ СИСТЕМЫ ГЛОНАСС

Прохоренко В.К. СибГУТИ, Новосибирск

Научный руководитель – Фалько А.И., профессор СибГУТИ

Отечественная система среднеорбитальная СРНС ГЛОНАСС (ГЛОбальная НАвигационная Спутниковая Система) предназначена для непрерывного и высокоточного определения пространственного (трехмерного) местоположения, вектора скорости движения, а также времени космических, авиационных, морских и наземных потребителей в любой точке Земли или околоземного пространства. В настоящее время она состоит из трех подсистем:

-подсистема космических аппаратов (ПКА), состоящая из навигационных спутников ГЛОНАСС на соответствующих орбитах;

-подсистема контроля и управления (ПКУ), состоящая из наземных пунктов контроля и управления;

-аппаратуры потребителей (АП).

Приемоиндикаторы СРНС, состоящие из радиоприемника и вычислителя, предназначены для приема и обработки навигационных сигналов спутников с целью определения необходимой потребителям информации (пространственновременных координат, направления и скорости, пространственной ориентации и т.д.).

Пространственное положение потребителя обычно определяется в приемоиндикаторе в два этапа: сначала определяются текущие координаты спутников и первичные навигационные параметры (дальность, ее производные и др.) относительно соответствующих НС, а затем рассчитываются вторичные – географическая широта, долгота, высота потребителя и т.д.

В докладе рассматриваются структурная и принципиальная схемы приемоиндикатора для СРНС ГЛОНАСС.

ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ СИНТЕЗАТОРОВ ЧАСТОТЫ ПРИЁМОПЕРЕДАТЧИКА СОТОВОЙ СЕТИ CDMA

Репа Е.Ю. СибГУТИ, Новосибирск

Научный руководитель – Фалько А.И., профессор СибГУТИ

Прежде, чем синтезаторы частот получили широкое применение, радио- и телеприёмники полагались на ручную настройку автогенератора с помощью барабанных переключателей. Однако перепады температур и старение компонентов вызывали уход частоты. И, несмотря на введение системы автоматической подстройки частоты, зачастую всё же требовалось личное вмешательство человека для получения необходимого значения частоты. Так

223

как частоты передатчика заведомо известны и очень стабильны, то выход из проблемы – также сгенерировать набор фиксированных и стабильных частот.

Простое и эффективное решение предусматривает использование нескольких высокостабильных кварцевых резонаторов – по одному на каждую рабочую частоту. Но такой метод решения «в лоб» оправдан только при очень ограниченном количестве частот и абсолютно непрактичен в большинстве случаев в силу громоздкости и возросшей цены устройства. Понятно, что для современных устройств нужна более изящная идея.

За долгое время исследований было изобретено много различных вариантов синтеза, в том числе когерентного синтеза, избавляющего нас от использования многочисленных резонаторов. Говоря теперь о мобильном приёмопередающем терминале, такой метод является наиболее оптимальным, потому что он сравнительно простой и дешёвый в изготовлении. В частности, применяется система синтеза на основе фазовой автоподстройки частоты, которая при некоторых недостатках позволяет компактно реализовать синтезатор частот всего лишь на одной микросхеме, что несомненный плюс для мобильного устройства. Более того, производство синтезаторов на основе кольца ФАПЧ хорошо освоено и именно они составляют основу большинства коммерческих радиоустройств, так что их использование, опять же, экономически оправдано. Поэтому в дипломной работе была выбрана система на основе кольца ФАПЧ.

В докладе рассматриваются принципы построения синтезаторов частоты устройств приема и обработки сигналов сети CDMA.

РАЗРАБОТКА ПРИЕМНИКА СПУТНИКОВОГО ТВ ВЕЩАНИЯ

Спичкин В.В. СибГУТИ, Новосибирск

Научный руководитель – Фалько А.И., профессор СибГУТИ

Спутниковое ТВ вещание является одним из экономичных и надежных способов передачи ТВ сигналов высокого качества в любую точку обширной территории нашей страны. К преимуществам спутникового ТВ вещания относятся:

•Возможность приема сигнала практически неограниченным числом приемных установок.

•Высокая надежность ИСЗ связного типа.

•Независимость затрат на приемную установку от расстояния между источником ТВ сигнала и абонентом (в пределах зоны обслуживания).

•Незначительное влияние атмосферы и географических особенностей местности на устойчивость приема.

Эти преимущества обусловили исследование и создание во многих странах мира современных систем спутникового ТВ вещания, обслуживающих сотни миллионов жителей. В настоящее время программы ТВ вещания составляют более 70% трафика спутниковых систем в мире, а в отдельных системах

224

достигают 100 %. К наиболее крупным коммерческим международным системам спутниковой связи относятся Intelsat, Eutelsat, Intersputnik, Arabsat, Asiasat. В России первой системой спутникового ТВ является “НТВ-Плюс”.

Большинство спутниковых систем осуществляют цифровое ТВ вещание. Применение в спутниковых системах непосредственного ТВ вещания современных цифровых методов передачи ТВ сигналов, которые предполагают использование международного стандарта кодирования с информационным сжатием MPEG-4, позволяет по спутниковым радиоканалам передавать по 100150 ТВ сигналов различных программ практически во всех регионах России.

Целью данного дипломного проекта является разработка приемника спутникового ТВ вещания, отвечающего современным требованиям качественного и надежного приема.

РАЗРАБОТКА ТЮНЕРА ЦИФРОВОГО ТЕЛЕВИЗИОННОГО ПРИЕМНИКА ДЛЯ СТАНДАРТА DVB-T2

Тимофеева М.А. СибГУТИ, Новосибирск

Научный руководитель – Показаньева Т.Я., доцент СибГУТИ

На территории РФ активно ведется развитие эфирного телевидения в формате DVB-T2. К 2015 году аналоговое вещание на территории страны будет полностью прекращено. В связи с этим становится актуальной задача освоения студентами соответствующих образовательных учреждений технологии цифрового телевидения как на программно-теоретическом уровне, так и на схемотехническом.

Сигнал в телевизионном приемнике проходит следующие основные этапы обработки - это выделение в тюнере нужного канала, демодуляции, демультиплексирование, декодирование выбранных цифровых потоков, преобразование в аналоговую композитную форму в одном из выбранных стандартов цветности. Поэтому в схеме можно условно выделить пять функциональных модулей: входного интерфейса, обработки MPEG сигнала, условного доступа, модуль контроллера и выходной модуль.

Тюнер - составная часть входного интерфейса, основным элементом которого является селектор каналов. В докладе рассматриваются структурные схемы трех групп модификации «кремниевых» селекторов каналов. Название «кремниевые» селекторы получили, потому что они могут представлять собой только одну микросхему на основе широко распространенного химического элемента кремния с незначительным числом внешних деталей.

Разработкой «кремниевых» селекторов занимаются такие известные фирмы PHILIPS, MICRONAS, MICROTUNE, MOTOROLA и другие.

Большинство российских компаний ориентированы на производство аппаратуры для организации телерадиовещания и передачи сигналов. Однако существует компания «ЮникАйСиз», которая занимается разработкой приемных устройств стандартов, принятых в России и чипсетов для них.

225

В докладе приводятся анализ структурных схем тюнеров цифровых телевизионных приемников стандарта DVB-T2, описание «кремниевых» селекторов разных производителей и варианты принципиальной схемы тюнера.

РАЗРАБОТКА ПРИЕМНИКА СПУТНИКОВОЙ СИСТЕМЫ СВЯЗИ (НАЗЕМНЫЙ СЕГМЕНТ)

Чимит-Доржу Ч.В. СибГУТИ, Новосибирск

Научный руководитель – Фалько А.И., профессор СибГУТИ

Спутниковые системы связи (ССC) известны давно, и используются для передачи различных сигналов на большие и средние расстояния. С момента своего появления спутниковая связь стремительно развивалась, и по мере накопления опыта, развития методов передачи сигналов, совершенствования аппаратуры произошел переход от отдельных линий спутниковой связи к локальным и глобальным системам. Такие темпы развития ССC объясняются рядом достоинств, которыми они обладают:

-простота реконфигурации систем спутниковой связи при изменении мест расположения абонентов;

-широкая полоса пропускания, которая позволяет принимать и передавать большой объем информации;

-огромные перекрываемые пространства;

-высокое качество и надежность каналов связи.

Принцип действия систем спутниковой связи (ССС) основан на использовании промежуточного спутникового ретранслятора, через который обеспечивается связь между земными станциями.

Актуальность данной темы обусловлена огромным ростом нужд в дальней межконтинентальной связи и передаче телевизионных программ, выдвигаемых развитием человеческого общества. Спутниковая связь может качественно изменить всю индустрию телекоммуникаций и оказать влияние на обычный уклад жизни общества.

РАЗРАБОТКА ДЕМОДУЛЯТОРА ПРИЕМНИКА АБОНЕНТСКОГО ТЕРМИНАЛА CDMA

Шрейбер М.В. СибГУТИ, Новосибирск

Научный руководитель – Фалько А.И., профессор СибГУТИ

Системы сотовой связи наиболее быстро развиваются среди телекоммуникационных средств. Использование современных технологий позволяет обеспечить абонентам таких систем высокое качество речевых и мультимедийных сообщений, надежность и конфиденциальность связи, защиту от несанкционированного доступа в сеть и миниатюрность радиотелефонов.

226

Влияние технологий мобильной связи на нашу жизнь переоценить невозможно. Мобильная связь рассматривается в настоящее время как необходимость, а технологии мобильной связи являются наиболее востребованными и быстро растущими. Системы мобильной связи эволюционировали в очень короткое время.

Одной из наиболее важных проблем в мире мобильной связи является ограниченность частотного ресурса выделенного конкретному оператору связи. При переходе к системам связи третьего поколения намечается слияние двух передовых стратегий. Первая стратегия – это стратегия узкополосных систем, таких как D-AMPSи GSM, главным отличием которых является временное разделение каналов (TDMA). Вторая стратегия – широкополосные системы связи, их отличием является кодовое разделение каналов (CDMA).

Емкость базовых станций системы CDMAот десяти до двадцати раз выше, чем у аналоговых систем, и в три-шесть раз превышает емкость других цифровых систем. Сети, построение на ее основе, эффективно используют радиочастотный ресурс, благодаря возможности многократного использования одних и тех же частот в сети.

Для создания столь сложных систем связи необходима производительная элементная база, позволяющая реализовать необходимые алгоритмы в масштабе реального времени. Такой основой являются цифровые сигнальные процессоры и интегральные схемы с программируемой логикой. С появлением современных технологий появилась возможность делать сложные системы, адаптирующиеся к изменяемым условиям приема.

В докладе рассматривается разработка демодулятора приемника сотовой сети с кодовым разделением каналов.

ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ CИНТЕЗАТОРОВ ЧАСТОТЫ МОБИЛЬНОГО ПРИЕМНИКА ТРАНКИНГОВОЙ СЕТИ TETRA-450

Янушко С.А. СибГУТИ, Новосибирск

Научный руководитель – Фалько А.И., профессор СибГУТИ

Стандарт TETRA является основным (если не сказать единственно доступным) стандартом для систем профессиональной транкинговой радиотелефонной связи. Это прежде всего современный цифровой стандарт, разработанный на основе технологии GSM и ориентированный на создание систем связи эффективно и экономично решающих задачу гибкой коммуникации между различными группами пользователей с обеспечением многоуровневой приоритезации вызовов и защищенности информации. Время установления соединения менее 0,5 секунд. Важное свойство системы, это возможность работы пользователей вне зоны действия базовых станций и других элементов инфраструктуры, то есть в режиме прямой передачи (DMO). Основными пользователями систем стандарта TETRA являются силовые ведомства, аэропорты, производственный сектор.

227

Стандарт TETRA использует технологию многостанционного доступа с временным разделением (Time Division Multiple Access, TDMA) совместно с технологией частотного дуплекса (Frequency Division Duplex, FDD). Тип модуляции радиоканала – относительная дифференциальная фазовая манипуляция со сдвигом кратным π/4 (π/4 DQPSK).

Стандарт TETRA реализует максимально возможную в системах подвижной радиосвязи частотную эффективность – 4 логических канала занимают 25 кГц. Для сравнения: в системах APCO/ASTRO25 на одном частотном канале шириной 12,5 кГц реализуется только один логический канал.

В данном докладе рассмотрены принципы построения синтезаторов частоты мобильного аппарата сети TETRA 450.

228

Секция 9

ТЕХНИЧЕСКАЯ СЕКЦИЯ

ИССЛЕДОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК КАНАЛОВ СВЯЗИ С ТЕХНОЛОГИЕЙ MIMO СТАНДАРТА LTE(4G)

Башкатов И.В. СибГУТИ, Новосибирск

e-mail: 330rts@gmail.com, тел.: 83832698267

Научный руководитель – Калачиков А.А., доцент СибГУТИ

Проблема помехоустойчивости является одной из важнейших проблем современной радиотехники. В работе основоположника статистической теории связи В.А. Котельникова «Теория потенциальной помехоустойчивости» была сформулирована и решена задача статистического синтеза оптимальных приемных устройств, проанализированы системы связи при различных видах модуляции и определена предельная помехоустойчивость, которая может быть достигнута при заданном способе передачи информации. В дальнейшем теория развивалась для каналов с переменными параметрами, пространственновременных каналов, каналов с сосредоточенными и импульсными помехами и др.

Современная беспроводная связь начала включать в себя сети 4G (четвёртое поколение мобильной связи) — поколение с повышенными требованиями. К четвёртому поколению принято относить перспективные технологии, позволяющие осуществлять передачу данных со скоростью, превышающей 100 Мбит/с подвижным и 1 Гбит/с — стационарным абонентам.

Технологиям LTE Advanced (LTE-A), начиная с 10 реализации официально признан стандартом сотовой связи 4 поколения (4G)

Для повышения качества связи в этом стандарте применяют технологию

MIMO. MIMO (от англ. Multiple Input Multiple Output) — Метод пространственного кодирования сигнала, позволяющий увеличить полосу пропускания канала, при котором передача данных осуществляется с помощью N антенн и их приёма М антеннами. Передающие и приёмные антенны разнесены настолько, чтобы достичь слабой корреляции между соседними антеннами.

Многообразие схем MIMO в LTE и возможность выбора схемы, адаптированной к условиям распространения радиоволн, гарантирует достижение высокой спектральной эффективности до 15 бит/с/Гц (на линии вниз в системе 4x4 SU-MIMO в полосе 20 МГц).

Развитие технологии на этом не останавливается, и уже в следующем поколении систем LTE — LTE Advanced, ставится более высокая цель 30 бит/с/Гц, и предусматривается использование схем пространственного мультиплексирования 8x8 и 4x4 на линиях вниз и вверх, соответственно.

229

Для достижения оптимальных параметров приёма и передачи проводится анализ и моделирования каналов, сбор и обработка статистических данных. На основе построенных моделей производится предкодирование сигнала на передающей стороне, что позволяет увеличить пропускную способность канала а как следствие скорость передачи.

Исследование в этой области позволяют достичь положительных результатов с использованием только программного уровня, что существенно сокращает издержки внедрения.

РЕАЛИЗАЦИЯ ПРОГРАММНО-АППАРАТНОГО КОМПЛЕКСА ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ТЕКСТОВЫХ СООБЩЕНИЙ В СРЕДЕ GSM

Блудший М.А. СибГУТИ, Новосибирск

Научный руководитель - Резван И.И., доцент СибГУТИ

Вдипломном проекте рассматривается способ реализации программноаппаратной поддержки для работы с мобильным телефоном. Рассмотрены структура GSM и принцип построения сотовых телефонов, а так же какие программные средства требуются для реализации и отладки программного формирователя АТ-команд. В результате реализации предлагаемого проекта будут проведены испытания показывающие работоспособность построенного устройства и смысл его применения.

Для контроля работоспособности и тестирования мобильных телефонов на сегодняшний день существует много способов. Делать это на реальном оборудовании исключительно в лабораторных целях слишком дорого, поэтому большее распространение получил способ с использованием виртуальных программ-симуляторов. Наиболее удачным по соотношению функциональных возможностей и цены на сегодняшний день является программный комплекс Proteus с применением виртуального микроконтроллера.

Симуляторы позволяют, без сборки реального устройства, отладить работу схемы, найти ошибки, полученные на стадии проектирования, снять необходимые характеристики, сэкономить время на разработку. Программноаппаратный комплекс Proteus представляет собой мощную систему схемотехнического моделирования, сделанной на основе виртуальных моделей электронных элементов. Благодаря ей стало возможным виртуально собрать устройство на микроконтроллере без наличия самого микроконтроллера, а так же возможность синтезировать схему будущего электронного устройства и промоделировать его работу, выявить ошибки, которые были допущены либо в программе, либо в схеме, доработать устройство, добавить новые элементы.

Вслучае построения виртуального устройства на основе микроконтроллера в Proteus, которое будет подавать управляющие сигналы на модем телефона, могут быть получены псевдослучайные последовательности практически любой структуры и с любыми наперед заданными

230