555_Innovatsii_inauchno-tekhnicheskoe_tvorchestvo_molodezhi2014_

1.Модель распространения радиосигнала в свободном пространстве. Может быть применена в том случае, когда в зоне передачи нет объектов, поглощающих и отражающих энергию, и приемная антенна находится от передающей на расстоянии, которое соответствует дальней зоне (для открытой местности 1 км);

2.Двухлучевая модель распространения радиосигнала. Позволяет упрощенно описать распространение радиосигнала вдоль земной поверхности. Суммарное поле в точке приема рассчитывается как суперпозиция полей прямого и отраженного от земной поверхности лучей. Считается, что поверхность земли является идеальным отражателем, и угол падения луча очень маленький;

3.Модель Okumura-Hata. Описывает особенности распространения радиоволн над квазиплоской местностью и не учитывает особенности рельефа. Антенны базовых станций расположены выше окружающих строений, распространение основных лучей от базовой станции происходит выше крыш строений;

4.Модель Walfish-Ikegami. Не учитывает реальный рельеф местности, только тип городской застройки. Модель обеспечивает хорошую точность результатов при высоте антенны базовой станции выше уровня крыш. При приближении высоты антенны к уровню крыш значение ошибки увеличивается.

Выбор наиболее оптимальной модели расчета осуществляется на основе имеющихся исходных данных для заданной территории.

ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ РАЗНОВИДНОСТЕЙ СТАНДАРТА

IEEE 802.11

Попова А.О. СибГУТИ, Новосибирск

Научный руководитель – Кокорич М.Г., доцент СибГУТИ

Стандарты семейства IEEE 802.11х являются стандартами для продуктов беспроводных локальных сетей (Wireless LAN).Сеть WLAN - вид локальной вычислительной сети (LAN), использующий для связи и передачи данных между узлами высокочастотные радиоволны, а не кабельные соединения.

Повсеместное распространение беспроводных сетей в последние годы побуждает разработчиков задумываться о новых стандартах связи, предусматривающих всё более высокие скорости соединения.

Как и все стандарты, IEEE 802, 802.11 работает на нижних двух уровнях модели ISO/OSI, физическом и канальном. Любое сетевое приложение, сетевая операционная система или протокол (например, TCP/IP) будут так же хорошо работать в сети 802.11, как и в сети Ethernet.

Стандарт IEEE 802.11 подразделяется на IEEE 802.11a, b, c, d, e, f, g, h, i, j, k, n. Из этого многообразия широкого практического применения достигли IEEE 802.11b и IEEE 802.11g (и совсем недавно компания Apple объявила о

41

начале промышленного внедрения 802.11n) – эти сети и подразумеваются в первую очередь при упоминании слова Wi-Fi. Сети 802.11b и 802.11g работают в диапазоне 2.4ГГц и различаются скоростью передачи данных и радиусом действия. Для сетей 802.11b максимальная скорость составляет 11Мбит/сек, а радиус действия до 250 метров на открытом пространстве и до 20-30 метров в помещении. Сети 802.11g обеспечивают значительно большую скорость – до 54Мбит/сек, радиус действия у них до 300 метров на открытом пространстве, 50 метров в помещении. Все современные точки доступа беспроводной сети, работают как с 802.11b, так и с 802.11g. Ультрасовременные имеют поддержку стандарта 802.11n, максимальная скорость которого – 300-600Мбит/сек, радиус действия в помещении – до 100 м.

IEEE постоянно развивает 802.11 и готовит новые спецификации. Так, например, предполагается, что технология 802.11ac, утверждение которой запланировано на вторую половину 2014 года, позволит достичь скорости обмена 1,3 Гбит/c.

МЕТОДЫ ОРГАНИЗАЦИИ МНОГОСТАНЦИОННОГО ДОСТУПА В СЕТЯХ VSAT

Приходько А.В. СибГУТИ, Новосибирск

Научный руководитель – Кокорич М.Г., доцент СибГУТИ

В настоящее время доминирующей технологией организации систем спутниковой связи является VSAT (VerySmallApertureTerminal). Это общее название целого класса систем, использующих пользовательские терминалы с антенной относительно небольшого диаметра.

Структуру cети спутниковой связи VSAT можно условно разделить на два сегмента: земной и космический. Земной сегмент сетей VSAT образуется из взаимодействующих посредством космического сегмента земных станций спутниковой связи (множество абонентских ЗС, одна или несколько шлюзовых ЗС и, как правило, одна ЗС контроля и управления). Космический сегмент представляет собой спутники с установленными на них бортовыми ретрансляторами, афу и другими бортовыми подсистемами.

Принципиальной особенностью земного сегмента сети VSAT является необходимость совместного использования множеством АЗС и ШЗС общего ресурса космического сегмента. Совместная работа земных станций с одним спутником связи без взаимных помех обеспечивается с помощью аппаратнопрограммных средств многостанционного доступа (МД), являющихся главной составной частью земного сегмента любой спутниковой системы VSAT.

Множественный доступ к отдельному каналу (транспондеру) заведомо подразумевает доступ к ретранслятору спутника. Несущие при доступе к спутнику разделяются по частоте и поляризации. Каждая несущая в соответствии со своей поляризацией и частотой получает доступ к

42

ретранслятору по методу FDMA и к каждому каналу по методам FDMA, TDMA

или CDMA.

FDMA: диапазон канала ретранслятора разделен на несколько под диапазонов. Каждая несущая, передаваемая наземными станциями, расположена в своем поддиапазоне. При таком виде множественного доступа наземные станции вещают непрерывно, и канал содержит несколько несущих передаваемых на разных частотах.

TDMA: наземные станции передают один за другим пачки (пакеты) несущей с длительностью Tв. Все пакеты имеют одну частоту несущей и занимают всю полосу канала ретранслятора. Таким образом, транспондер передает одну несущую. Пакеты вставляются периодически в структуру длительностью TF (фрейм).

CDMA: Наземные станции передают свою информацию непрерывно и в одной полосе частот, но используют различную кодовую модуляцию при передаче сигнала.

Проблема создания эффективных спутниковых сетей связи является актуальной для России, а для их эффективной работы важно правильное распределение энергетического ресурса космического сегмента.

АДАПТИВНАЯ МОДУЛЯЦИЯ И СПЕКТРАЛЬНАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ РРЛ

Репа В.Ю. СибГУТИ, Новосибирск

Научный руководитель – Быстрова О.А., ст. преподаватель СибГУТИ

Адаптивная модуляция и кодирование являются неотъемлемой частью всех современных РРЛ. Их использование в РРЛ позволяет настраивать соединение так, чтобы оно было работоспособно даже при наиболее сильных атмосферных помехах (в спектре E-диапазона они зависят от интенсивности дождя и заданного уровня доступности). А при улучшении состояния канала связи происходит автоматическое переключение на более высокую схему модуляции, позволяющую передавать данные с большей скоростью. Данный подход позволяет максимально надежно обеспечивать связь во время дождя и увеличить скорость передачи путем использования более высоких порядков модуляции большую часть времени.

Регуляторные требования устанавливают ограничения на минимальную спектральную эффективность, которая зависит от используемой схемы модуляции и кодирования. При этом требование Решения ГКРЧ определяет спектральную эффективность как не менее 1 бит/с/Гц, не зависящее от уровня модуляции.

Однако Решения ГКРЧ было введено для систем, у которых отсутствует адаптивная модуляция и кодирование.

Адаптивная модуляция и кодирование, используемые в современных РРЛ, не отражены в существующих регуляторных требованиях на спектральную

43

эффективность и предназначены для систем с фиксированной скоростью передачи данных. Интерпретация требований для систем с адаптивной модуляцией и кодированием (которых в настоящее время на рынке 99%) является неоднозначной. Потому необходима доработка данных требований для современных РРЛ с адаптивной скоростью передачи данных или закрепление как основного документа Правил, которые будут регулировать спектральную эффективность.

ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК КОГНИТИВНОГО РАДИО

Ролич М.Л. СибГУТИ, Новосибирск

Научный руководитель – Носов В.И., профессор СибГУТИ

За последнее время в мире наблюдается сильная перегруженность отдельных полос частот, например, вследствие быстро растущего трафика интернета/данных и потребности к более широкой полосе частот. Значительно повысить эффективность использования спектра возможно путем его динамического распределения. При этом вторичным пользователям предоставляется возможность использовать полосы частот первичных пользователей на время, пока эта полоса не используется первичным пользователем. Это позволяет смягчить проблему перегруженности.

Такие возможности обеспечиваются технологией когнитивного радио. Эта технология позволяет получать знания о своей среде эксплуатации и географической среде, об установившихся правилах и о своем внутреннем состоянии; динамически и автономно корректировать свои эксплуатационные параметры и протоколы согласно полученным знаниям для достижения заранее поставленных целей и учиться на основе полученных результатов.

Наиболее перспективным, для реализации системы когнитивного радио, является диапазон частот ТВ вещания. К достоинствам данного диапазона можно отнести: большой радиус действия, слабая загруженность спектра, а также освобождение большого частотного ресурса за счет перехода на цифровое ТВ.

Полномасштабная реализация концепции систем когнитивного радио, ограничивается рядом причин, в том числе и современным уровнем развития технологии. Применение когнитивного радио может привести к возникновению специфических и уникальных проблем технического и эксплуатационного характера, которые необходимо тщательно и всесторонне изучить.

Одним из ключевых положений внедрение систем когнитивного радио является, то что работа станций когнитивного радио в системах какой-либо службы радиосвязи не должны налагать какие-либо дополнительные ограничения на другие службы, совместно использующие соответствующую полосу частот.

Поэтому весьма актуальными являются вопросы обеспечения электромагнитной совместимости систем когнитивного радио, перспективы

44

внедрения, определение области беспроводных сетей, требующих новых подходов передачи данных, повышения скорости передачи, использования радиочастотного ресурса, для возможного применения в них данной технологии.

ОСОБЕННОСТИ СОЗДАНИЯ БАЗ ДАННЫХ ЗАЩИЩАЕМЫХ РЭС ДЛЯ СИСТЕМ КОГНИТИВНОГО РАДИО

Ролич М.Л. СибГУТИ, Новосибирск

Научный руководитель – Носов В.И., профессор СибГУТИ

Когнитивные системы связи, работающие в «белых пятнах» телевизионных диапазонов частот, составляют отдельный класс устройств, называемых WSD-устройствами. Ключевым вопросом внедрения WSDустройств является реализация механизма геолокации с использованием БД защищаемых РЭС. База данных позволяет в режиме реального времени обрабатывать запросы WSD-устройств в отношении доступных частотных каналов, работа на которых не приведет к нарушению ЭМС с действующими в соответствующей полосе частот РЭС.

Набор информации в БД для обеспечения работы когнитивных систем радиосвязи в полосе частот 470—790 МГц определяется: перечнем защищаемых РЭС, выбранными защитными критериями, методикой определения доступных частотных каналов для устройств WSD, а также методом обеспечения безопасного взаимодействия БД с устройствами WSD, включая их идентификацию по уникальным идентификационным номерам.

Применительно к каждому типу РЭС требуется свой набор параметров для обеспечения защиты этих РЭС от непреднамеренных помех со стороны WSDустройств. При создании БД возникает целый ряд правовых и технических вопросов, требующих от регулятора использования РЧС в стране определить модель ее организации.

Можно выделить следующие модели организации базы данных:

1)Модель без разделения функций базы данных между провайдерами. Эта модель включает несколько видов БД: единая открытая, несколько открытых, закрытая.

2)Модель с разделением функций БД между провайдерами.

Данный вариант предусматривает разделение функций БД по предоставлению информации о доступных частотных каналах на несколько самостоятельно выполняемых функций. Эта модель используется для того, чтобы стимулировать появление нескольких провайдеров услуг для конечного пользователя.

Независимо от модели можно выделить трех основных игроков при разработке и использовании БД — регулятора, провайдера БД и пользователя. При этом функции регулятора и провайдера могут объединяться в одной организации. В результате могут возникать серьезные законодательные сложности,

45

связанные с возможностью публичного раскрытия данных о защищаемых РЭС в полосе частот 470—790 МГц (коммерческих или государственных). В этом случае управление БД должно обеспечиваться государственной организацией, объединяющей функции регулятора и провайдера БД.

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СЕТИ СОТОВОЙ СВЯЗИ В ХАКАСИИ

Сальникова В.Н. СибГУТИ, Новосибирск

Научный руководитель – Носкова Н.В., доцент СибГУТИ

Республика Хакасия - одно из крупных административно-территориальных образований в Сибирском федеральном округе, расположена на юге Сибири в левобережной части бассейна реки Енисей. Столица Хакасии г. Абакан считается молодым, культурным, перспективным городом. Величие и богатство природы способствовало постоянному потоку туристов.

В связи с этим, возникает проблема обеспечения населения современной подвижной связью. Сети подвижной связи – важная составляющая из всей совокупности сетей связи, многочисленная и общедоступная. Она занимает заметное место в социальной инфраструктуре общества, обеспечивая быстроту обмена сообщениями и сокращая нерациональные траты времени.

Одним из необходимых условий для удовлетворения современных требований общества к услугам сетей сотовой подвижной радиотелефонной связи является построение сетей передачи данных обладающих достаточной пропускной способностью и высокой надежностью.

Целью проектирования сети является:

-обеспечение охвата требуемой зоны обслуживания с высоким качеством речевой связи;

-обеспечение емкости для обслуживания абонентской нагрузки с низкой интенсивностью потерь;

-обеспечение работоспособности сети в условиях аварийной ситуации. Указанные цели достигаются путем эффективного проектирования сети

(точное определение зоны обслуживания, разработка топологии транспортной сети в ходе анализа возможных вариантов, организация кольцевой защиты и резервирования).

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ СТАНДАРТОВ ТРАНКИНГОВОЙ СВЯЗИ

TETRA И APCO-25

Свиридова Я.А. СибГУТИ, Новосибирск

Научный руководитель – Кокорич М.Г., доцент СибГУТИ

Системы транкинговой радиосвязи, представляющие собой радиальнозоновые системы подвижной УКВ-радиосвязи, осуществляющие автоматическое распределение каналов связи ретрансляторов между

46

абонентами, являются классом систем подвижной связи, ориентированным, прежде всего, на создание различных ведомственных и корпоративных сетей связи. Они широко используются силовыми и правоохранительными структурами, службами общественной безопасности различных стран для обеспечения связи подвижных абонентов между собой, со стационарными абонентами и абонентами телефонной сети.

Цифровые транкинговые системы по сравнению с аналоговыми имеют ряд преимуществ за счет реализации требований по повышенной оперативности и безопасности связи, более широкого спектра услуг связи, возможностей организации взаимодействия абонентов различных сетей.

Необходимость перехода объясняется рядом преимуществ цифрового транкинга перед аналоговыми системами, такими как большая спектральная эффективность за счет применения сложных видов модуляции сигнала и низкоскоростных алгоритмов речепреобразования, повышенная емкость систем связи, выравнивание качества речевого обмена по всей зоне обслуживания базовой станции за счет применения цифровых сигналов в сочетании с помехоустойчивым кодированием.

К наиболее популярным, заслужившим международное признание стандартам цифровой транкинговой радиосвязи, на основе которых во многих странах развернуты системы связи, относятся: EDACS, TETRA, APCO 25, Tetrapol, iDEN. Наиболее перспективными для внедрения в России большинство специалистов считает открытые системы TETRA и APCO 25.

Стандарты TETRA и APCO 25 обладают высокими техническими характеристиками и широкими функциональными возможностями, включая выполнение специальных требований силовых структур, имеют достаточную спектральную эффективность. Самым главным доводом в пользу этих систем является наличие статуса открытых стандартов.

Сравнительный анализ данных стандартов цифровой транкинговой радиосвязи проводится на основе критериев: ресурс радиочастотного спектра, спектр предоставляемых услуг связи, возможности радиостанций (базовых, мобильных, носимых), зона покрытия базовой станции, выполнение требований по электромагнитной совместимости, цена системы.

Анализ стандартов TETRA и APCO 25 по основным рассмотренным критериям позволяет сделать определенные выводы о перспективности их развития как в мире, так и в России.

СЕТИ ЦИФРОВОГО ТЕЛЕВИДЕНИЯ

Сельская А.А. СибГУТИ, Новосибирск

Научный руководитель – Носов В.И., профессор СибГУТИ

Цифровое телевидение – это технология передачи телевизионного изображения и звука при помощи кодирования видеосигнала и сигнала звука с использованием цифровых каналов.

47

Цифровое телевидение имеет ряд преимуществ перед аналоговым вещанием:

повышение помехоустойчивости;

уменьшение мощности передатчиков;

повышение качество изображения;

расширение функциональных возможностей студийной аппаратуры;

возможность передачи дополнительной информации;

выбор языка вещания и субтитров.

Вцелях оптимального использования частотного ресурса и финансовых средств, а также в соответствии с требованиями законодательства РФ необходима разработка системного проекта сети цифрового телевизионного вещания.

Проекты сетей цифрового ТВ вещания разрабатываются в соответствии с нормативными документами, техническими нормами и правилами, используемыми в проектной документации на строительство.

Проект по разработке сетей цифрового вещания должен обеспечивать возможность выполнения сетью цифрового телевизионного вещания каждого региона следующих функций:

формирование и кодирование цифрового пакета телевизионных и радиопрограмм с учетом источников их получения (магистральные и зоновые линии передачи);

доставка цифрового пакета телевизионных и радиопрограмм до радиотелевизионных передающих станций на территории региона с использованием существующих и создаваемых сетей доставки сигнала;

цифровое эфирное вещание с формированием зоны обслуживания с заданным уровнем напряженности поля для обеспечения охвата населения региона в соответствии с принятым частотным планом сети;

контроль и управление работой средств сети цифрового телевизионного вещания.

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ МЕТОДОВ МОДУЛЯЦИИ В ЦИФРОВЫХ СИСТЕМАХ РАДИОСВЯЗИ

Серебренников В.А. СибГУТИ, Новосибирск

Научный руководитель - Маглицкий Б.Н., доцент СибГУТИ

Обеспечение высоких показателей информационной, энергетической и частотной эффективности цифровых систем радиосвязи достигается за счет выбора оптимального метода модуляции.

В докладе рассматриваются результаты сравнительного анализа эффективности методов цифровой модуляции. Сравнение методов модуляции производилось по показателям спектральной и энергетической эффективности,

48

в качестве которых использованы удельная скорость передачи и отношение сигнал/шум.

Из проведенного анализа следует, что методы фазовой и амплитуднофазовой модуляции являются наиболее спектрально-эффективными. В условиях ограниченной полосы частот реальное увеличение спектральной эффективности может быть достигнуто за счет увеличения позиционности модуляции. При заданном значении вероятности ошибки расплачиваться за это приходится увеличением энергетических затрат.

При FSK неэффективно используется полоса частот. Для этого вида модуляции характерны повышенные значения энергетической эффективности.

Основным критерием качества работы цифровых систем радиосвязи является достоверность передачи информации. Для повышения достоверности передачи возможно применение кодов, исправляющих ошибки. В докладе рассмотрен принцип перспективной кодовой модуляции и ее информационные, энергетические и частотные показатели.

Результаты проведенного анализа позволяют сделать вывод, что применение данного вида модуляции является наиболее перспективным.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СТАНДАРТА LTE НА СЕТЯХ СВЯЗИ

Сидоренко В.А. СибГУТИ, Новосибирск

Научный руководитель – Носкова Н.В., доцент СибГУТИ

Развитие услуг связи и телекоммуникационных технологий идет семимильными шагами, все больше новых услуг появляется в арсенале у операторов связи, вследствие чего происходят значительные изменения в их работе. Вместе с тем отмечается замедление темпов роста абонентской базы у операторов подвижной связи в связи с насыщением рынка.

Главной особенностью нового поколения беспроводной связи является передача мультимедийных ресурсов, таких как речь, аудио, видео, изображений и данных. Настало время, когда операторам связи уже недостаточно предоставлять клиентам только стационарную голосовую связь. А высокая конкуренция на рынке связи, порождает новые услуги.

Однако одной из основных проблем радиосвязи до сих пор остается ограниченность частотного ресурса, а так же недостаточно быстрая скорость передачи данных при их огромных объемах и возможностях. В последнее десятилетие значительный прогресс в телекоммуникационных технологиях достигнут благодаря переходу на цифровые виды связи, которые, в свою очередь, базируются на стремительном развитии цифровых сигнальных процессоров и интегральных схем с программируемой логикой.

В последнее время внимание операторов связи обращено к стандарту LTE (LongTermEvolution) - технологии построения сетей поколения 4G. Проект LTE был учреждён рабочей группой 3GPP в декабре 2004 года. Основная цель, поставленная перед разработкой проекта – это наращивание скорости передачи

49

данных. Внедрение LTE обеспечит возможность создания высокоскоростных систем сотовой связи, оптимизированных для пакетной передачи данных со скоростью до 300 Мбит/с (downlink) и до 75 Мбит/с (uplink) в одном канале. Реализация LTE возможна в различных частотных диапазонах – от 1,4 МГц до 20 МГц, кроме того, возможно использование различных технологий разделения – FDD (частотное) и TDD (временное). Сегодня технология LTEшироко применяется во всем мире.

Внедрение технологии LTE позволяет операторам уменьшить капитальные операционные затраты, снизить совокупную стоимость владения сетью, расширить свои возможности в области конвергенции услуг и технологий, повысить доходы от предоставления услуг передачи данных. Сеть поддерживает MBSFN (MulticastDroadcastSingleFrequencyNetwork), что позволяет внедрять такие услуги, как мобильное телевидение в противовес

DVB-H.

АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ АДАПТИВНЫХ РАДИОРЕЛЕЙНЫХ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ

Синявская А.С. СибГУТИ, Новосибирск

Научный руководитель – Кокорич М.Г., доцент СибГУТИ

На сегодняшний день радиорелейные системы передачи играют важную роль в обеспечении населения и предприятий услугами связи. Объёмы передаваемой информации постоянно увеличиваются, поэтому современные РРЛ должны обеспечивать широкую полосу сигнала и постоянно наращивать скорость передачи.

Важным отличием РРЛ от кабельных линий является ограниченность частотного диапазона, что существенно затрудняет развёртывание новых сетей, поэтому необходимо переходить на более высокие частоты (15 ГГц и выше). В этом диапазоне серьёзной проблемой является поглощение энергии сигнала в осадках. По этой причине с увеличением используемых частот затрудняется обеспечение высоких скоростей передачи. Эффективным способом организации связи на частотах свыше 15 ГГц является применение адаптивных РРСП.

Алгоритм адаптивной модуляции при ухудшении условий передачи уменьшает позиционность модуляции сигнала, при этом уменьшается скорость передачи, но существенно увеличивается помехоустойчивость системы, что позволяет обеспечивать качественную связь при любых погодных условиях. После прекращения осадков алгоритм увеличивает позиционность модуляции для увеличения скорости передачи.

Для пояснения эффективности использования адаптивных РРЛ был произведён расчёт параметров устойчивости для конкретной линии передачи на примере оборудования фирм «Микран» и «QTECH». Расчёт показал, что применение алгоритма адаптивной модуляции позволяет выполнить нормы на

50