556_Sovremennye_problemy_telekommunikatsij_2014_

Кроме того такие свойства, как высокая помехоустойчивость и защищенность данных, а также возможность работы нескольких устройств в одной полосе делает данный метод достаточно привлекательным для использования в беспроводных сетях связи.

МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ПАРАМЕТРОВ КАНАЛА В СИСТЕМАХ СВЯЗИ С

OFDM

Васильев В.Я. СибГУТИ, Новосибирск

Всистемах OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) для борьбы

сискажениями обусловленными замираниями производится оценка канала. К основным типам искажений, влияющим на сигнал в мобильном канале связи можно отнести следующие:

Потери в тракте характеризуются как зависимость падения средней мощности сигнала от расстояния между передатчиком и приемником.

Затенение происходит за счет объектов ограничивающих прямую видимость между передатчиком и приемником. Изменения параметров сигнала во времени, вызванные затенением обычно называют медленными замираниями.

Многолучевое распространение возникает в результате рассеяния, отражения и дифракции электромагнитных волн при взаимодействии с различными объектами в пространстве.

Допплеровский сдвиг обусловлен перемещением абонента в пространстве. Возникает изменение амплитуды и фазы принимаемого сигнала во времени. Величина допплеровского сдвига пропорциональна частоте передачи и скорости движения. Изменения параметров сигнала во времени, вызванные движением абонента и многолучевым распространением радиоволн называются быстрыми замираниями.

Оценка канала в OFDM системах так же позволяет получить информацию

осостоянии канала и понизить число ошибочных бит. Существует множество методов оценки канала, таких как: метод с использованием параметрических моделей, методы, основанные на слепой оценке и пилот-сигналах, полуслепые алгоритмы, анализ частотной и/или временной области, адаптивные и неадаптивные алгоритмы. Среди перечисленных методов оценка канала и синхронизация в OFDM системах осуществляется, в основном, за счет использования пилот-сигналов и тренировочной последовательности.

Различные подходы оценки параметров канала с использованием пилотсигналов отличаются методами обработки пилот-сигналов и экстраполяции. Наиболее распространенными являются метод наименьших квадратов (LS) и метод минимума среднеквадратической ошибки (MMSE). Метод MMSE эффективнее LS, т.к. производит более точную оценку канала, но из-за сложности в расчетах требует точного значения отношения сигнал/шум (SNR).

101

ПРИМЕНЕНИЕ ПИЛОТ-СИГНАЛОВ В СЕТЯХ РАДИОСВЯЗИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТЕХНОЛОГИИ OFDM

Васильев В.Я., Носов В.И. СибГУТИ, Новосибирск

Технология ортогонального частотного мультиплексирования (OFDM - Orthogonal Frequency Division Multiplexing) широко используется в стандартах беспроводной связи, таких как EEE802.11a и HIPERLAN2 а также DAB, DVB- T, DVB-H, WiMax, Wi-Fi. В настоящее время существует общепринятое мнение, что и в следующих поколениях мобильных беспроводных систем будет использоваться эта технология.

Ортогональное частотное мультиплексирование – схема модуляции, при которой передача ведется одновременно на определенном количестве поднесущих частот. Поднесущие синхронизированы и разнесены между собой по частоте так, что они ортогональны друг другу. Это означает, что, не смотря на перекрытие по спектру они не оказывают влияния на соседние поднесущие. Спектры этих поднесущих образуют групповой спектр OFDM сигнала. К основным преимуществам можно отнести эффективность использования частотного спектра и устойчивость к замираниям в условиях многолучевого распространения сигнала. Многократные отражения сигнала в OFDMA изменяют фазу и амплитуду информационных символов, это влияние компенсируется при использовании пилот-сигналов. Данная проблема становится все более актуальной в связи с текущей тенденцией увеличения скорости движения абонентских терминалов, увеличения скорости передачи информации и использования сжатых сигналов, которые в большей степени подвержены ошибкам. В сравнении с системами с одной несущей, системы OFDMA подвержены нарушению условия ортогональности, что в свою очередь может привести к межканальной интерференции.

В настоящее время основным методом для борьбы с вышеупомянутой проблемой является использование пилот-сигналов. Пилот-сигналы предназначены для кадровой синхронизации, временной и частотной синхронизации, оценки канала, идентификации режима передачи и компенсации фазового шума. Точность оценки канала связи за счет использования пилот-сигналов является достаточно высокой, однако данный метод снижает скорость передачи данных.

102

РАЗРАБОТКА ЧАСТОТНОГО ПЛАНА СЕТИ FM РАДИОВЕЩАНИЯ НОВОСИБИРСКОЙ ОБЛАСТИ

Воинцев Г.А. СибГУТИ, Новосибирск e-mail: mrm_voincev@mail.ru

При развитии высококачественного аналогового стереофонического звукового радиовещания в диапазоне ОВЧ основным методом обеспечения ЭМС РЭС FM радиосетей является частотно-территориального планирования (ЧТП), который при известной дислокации радиовещательных станций (РВС) и заданных технических параметров сводится к выбору каждой РВС частотного канала.

Множество действующих аналоговых FM радиосетей МД достраивается группой новых FM радиосетей, составляющих множество МН, причем каждая радиосеть характеризуется своим вектором параметров. Дискретное множество частотных каналов, выделенное для FM радиовещания в диапазоне 87,5 – 108 МГц с шагом 100 кГц, обозначим через F.

Совокупность комбинаций частотных каналов ft, fr F , где ft , fr - частотные каналы, при использовании которых РВС могут иметь место нарушение условий ЭМС в их зонах обслуживания, составляет конечное дискретное множество U. Для каждого элемента uk U можно поставить в

соответствие минимальное расстояние DМИН uK для выполнения условий ЭМС. Обозначим совокупность частотно-пространственных ограничений (ЧПО)

на реализацию ЧТП РВС FM через множество: uK ,DМИН uK .

По условию задачи для множества MД действующих радиосетей заданы частотные каналы, которые изменять нельзя. В рассматриваемой постановке задача оптимального ЧТП группы планируемых РВС заключается в нахождении такого частотного плана, удовлетворяющего всем ЧПО для условий мобильного и портативного приема, при котором число используемых частотных каналов стремится к минимуму.

В докладе приведены результаты решения задачи ЧТП НСО на основе метода координационных колец.

МОДЕЛИРОВАНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ АБОНЕНТОВ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ЧАСТОТНО-ТЕРРИТОРИАЛЬНОГО ПЛАНИРОВАНИЯ СЕТИ СПУТНИКОВОЙ СВЯЗИ С ЗОНАЛЬНЫМ ОБСЛУЖИВАНИЕМ

Гениатулин К.А. СибГУТИ, Новосибирск

Для оценки пропускной способности системы подвижной спутниковой связи (СПСС) с зональным обслуживанием целесообразно рассчитать удельную

103

пропускную способности в каждом луче, формируемом многолучевой антенной решеткой спутникового ретранслятора. Для этого необходимо определить значения SINR для каждого пользователя сети. Для этого предлагается провести моделирование территориального распределения абонентских терминалов по зоне обслуживания сети.

Как правило, при проектировании СПСС задается допустимое число подписчиков N1, которым могут быть предоставлены услуги связи. Однако очевидно, что в произвольный момент времени требовать доступа к ресурсу СР будет только часть подписчиков (N2). Для характеристики этого процесса используется коэффициента переподписки (в зарубежной литературе – contention ratio; simultaneous factor; oversubscription ratio; overbooking factor).

Коэффициент переподписки N2 / N1 определяет вероятность того, что абонент потребует согласованный с оператором ресурс в интервале времени Δt. N2 – среднее число активных абонентов Δt. N1 – общее количество зарегистрированных подписчиков.

Коэффициент переподписки можно оценить на основе статистических данных, полученных на большом отрезке времени наблюдения за активностью абонентов в сети. Допустим, что каждые сутки из общего числа зарегистрированных пользователей хотя бы раз частотный ресурс СПСС используют 65%. Период наибольшей нагрузки на сеть будет составлять примерно 12 часов с примерно равномерным распределением в этом временном интервале. Таким образом, среднее число активных пользователей сети за любую минуту этого интервала составляет

N2 0,65N1 /12 60 9,028 10 4N1.

Если допустить, что средняя длительность разговоров по мобильному каналу связи превышает 1 минуту, то можно оценить количество абонентов, находящийся на данный момент в сети.

Например, при N1 = 500000, в интервал Δt = 1 мин сеть должна будет

обслужить примерно N2 N1 500000 9,028 10 4 450абонентов. Распределение абонентов по зоне обслуживания СПСС будем определять

по равномерному закону, т.е. без учета плотности населения и часовых поясов. При этом могут быть лучи, в которых в момент времени Δt отсутствуют абоненты. Если данный фактор учесть при ЧТП, то можно повысить эффективность использования спектра частот за счет перераспределения высвободившихся частотных каналов.

104

МАНИПУЛЯЦИЯ APSK И ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ СПУТНИКОВОЙ ЛИНИИ С УЧЕТОМ НЕЛИНЕЙНОСТИ ТРАНСПОНДЕРА

Дегтярев С.С. СибГУТИ, Новосибирск

Спутниковая связь играет одну из ключевых ролей в развитии мировых информационных коммуникаций. В первую очередь, спутниковая связь нашла широкое применение в системах непосредственного спутникового вещания (DBS), вещания «Direct-to-Home» (DTH), в системах мобильного доступа. Спутниковые линии являются неотъемлемой частью опорных сетей Интернета, предоставляя широкополосный и узкополосный доступ к сети Интернет для удаленных и малонаселенных зон, где такой доступ зачастую является единственно возможным.

Последние тенденции развития спутниковых линий (освоение диапазонов Kaи Q, а также увеличение эффективности спутниковой нагрузки благодаря развитию микротехнологий) указывают на необходимость повсеместной замены или дополнения обычных схем манипуляции (таких, как QPSK) более высокопозиционными. Для цифровой передачи данных широкое распространение получили схемы манипуляции APSK,вследствие их высокой спектральной эффективности и устойчивости к нелинейным искажениям.

Для решения задачи оптимизации параметров спутниковой линии должен быть рассмотрен нелинейный канал, состоящий в общем случае из цифрового модулятора, полосового фильтра (SRRC) и высокомощного усилителя (HPA, как правило, имеющего типичную характеристику лампы бегущей волны). Рабочая точка на характеристике усилителя находится близко к зоне насыщения. В этой зоне характеристика усиления нелинейная, что приводит к амплитудным и фазовым искажениям передаваемого сигнала (возникновение модуляции АМ-АМ и АМ-ФМ). Следует отметить, что на сигнал APSK (в отличие от m-PSK)оказываютнегативное влияние как АМ-ФМ, так и АМ-АМ конверсии.

Для борьбы с амплитудно-амплитудными и амплитудно-фазовыми конверсиями широко применяются методы Back-off (снижения мощности на входе HPA). Вследствие снижения мощности на входе (IBO) возникает эффект снижения мощности на выходе усилителя (OBO), в результате чего снижается отношение сигнал/шум. Одной из основных задач проектирования спутниковой линии является отыскание компромиссного значения IBO, дающего максимальный прирост помехозащищенности системы с учетом негативного влияния OBO на отношение сигнал/шум.

105

ОПТИМИЗАЦИЯ СОЗВЕЗДИЯ СИГНАЛЬНЫХ ТОЧЕК СХЕМЫ МАНИПУЛЯЦИИ 16APSK

Дегтярев С.С., Носов В.И. СибГУТИ, Новосибирск

Наблюдающееся в последние годы быстрое увеличение области применения спутниковых линий связи (как для использования в системах вещания – DTH и DBS, так и для систем передачи данных и доступа в сеть Интернет, особенно в малонаселенных и отдаленных зонах) задает тенденцию увеличения требований к этим линиям. В первую очередь, увеличиваются требования к пропускной способности и спектральной эффективности каналов.

Схемы цифровой модуляции (манипуляции) APSKявляются наиболее перспективными именно из-за высоких параметров спектральной эффективности, а также по причине их высокой устойчивости к нелинейным искажениям (возникающим в результате прохождения сигнала через высокомощный усилитель (HPA), имеющий нелинейную характеристику).

Вследствие все более широкого применения схем манипуляции APSKважным является вопрос оптимизации созвездий сигнальных точек. Созвездие APSK в общем случае состоит из некоторого числа концентрических окружностей с расположенными на них равноудаленными друг от друга сигнальными точками. Оптимизация созвездия состоит в поиске таких параметров созвездия (а именно, в общем случае, расстояний между окружностями, количества точек на окружностях и, как следствие, фазовых сдвигов между точками на окружностях), при которых достигаются максимальные значения пропускной способности канала и минимальные значения вероятности символьной ошибки при заданном значении отношения сигнал/шум.

Чтобы уйти от размерности величин в процессе решения проблемы оптимизации созвездия следует оперировать не абсолютными, а относительными величинами – относительным фазовым сдвигом (разность между фазовым сдвигом на данной окружности по отношению к сдвигу на первой окружности) и относительным радиусом окружности (отношение

106

НОВЫЕ ГОРИЗОНТЫ СИСТЕМ СПУТНИКОВОЙ СВЯЗИ В КаДИАПАЗОНЕ

Демшанов Д.И., Носов В.И. СибГУТИ, Новосибирск

Перегрузка геостационарной орбиты системами спутниковой связи и вещания в полосах частот С (4/6 ГГц) и Кu (11-12/14 ГГц) сегодня факт общепризнанный: количество заявленных в МСЭ спутниковых сетей почти достигло 2000 сетей в С-диапазоне и 2000 сетей в Ки-диапазоне. Поэтому так вырос интерес к системам спутниковой связи, работающим в весьма высокочастотном диапазоне 20/30 ГГц, обычно именуемом Ка.

В то же время известно, что затухание радиосигнала в атмосфере на столь высоких частотах весьма велико: в период сильных осадков оно достигает 2030 дБ и более. Отметим, что с увеличением угла прихода луча затухание уменьшается, так как сокращается длина пути сигнала в атмосфере. Для того чтобы преодолеть такое ослабление сигнала, потребовалось бы увеличить мощность передатчиков спутника и земных станций в тысячу раз и более. Поэтому раньше считалось, что в этом диапазоне можно реализовывать только линии связи вне земной атмосферы, межспутниковые, как это сделано, в частности, в системе Iridium, относящейся к подвижной спутниковой службе. В другом варианте в Ка-диапазоне выполнялась только часть функций спутника

— сбор информации от малых станций, тогда как распределение телевидения и другой

информации осуществлялось в хорошо освоенном диапазоне Ки (спутники

Hotbird, Astra 1H) и др.

Однако сегодня уже выведены на орбиту и эксплуатируются спутники с очень высокой пропускной способностью, работающие только в Ка-диапазоне,

например Ka-Sat, Hylas в Европе, Viasat, Spaceway-3 в США, Yahsat с азиатско-

европейским покрытием и число абонентов в сетях этих спутников превышает миллион. Несколько подобных спутников создается и планируется к запуску в ближайшие годы, в том числе система с глобальным покрытием Global-Express (Inmarsat), Jupiter, Hylas-3. Пропускная способность таких спутников чрезвычайно велика: достигает 100 Гбит/с. Следовательно, указанный выше недостаток диапазона Ка — значительное ослабление сигнала в атмосфере — имеет смысл преодолевать, и в настоящее время это стало возможным. Одна из целей моей работы — анализ достоинств и недостатков использования Кадиапазона, возможных областей его применения, необходимых технических решений.

107

ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ СВЕРХШИРОКОПОЛОСНЫХ СИСТЕМ СВЯЗИ

Жакупов Д.М. СибГУТИ, Новосибирск

Научный руководитель – Носов В.И., профессор СибГУТИ

Одной из основных тенденций развития сверхширокополосных систем является повсеместное внедрение беспроводных локальных сетей, а также развитие персональных сетей передачи данных. Кроме того, требование к скорости передачи информации в сетях постоянно возрастает, в то время как площадь развертывания современных сетей постепенно уменьшается и увеличивается плотность пользователей. Скорость передачиперестает удовлетворять растущим потребностям. Все эти обстоятельства приводят к развитию сверхширокополосных (UWB) технологий передачи данных, использующих различные виды сигналов, которых объединяет одно - широкая полоса и как следствие возможность передачи информации с большой скоростью.

Целью работы является обзор круга вопросов, связанных с использованием СШП сигналов и процессов в области телекоммуникаций, особенности распространения СШП сигналов в различных средах и исследование параметров данной системы.

Удобнее всего СШП сигналы описываются следующими параметрами. Кроме показателя широкополосности, центральной частоты функции спектральной плотности (ФСП) одномерного преобразования Фурье (ОПФ) сигнала, а также связанных с ними ширины ФСП ОПФ ∆f=µ*f0 , минимального и максимального значения ФСП ОПФ и длительности СШП сигнала во временной области, можно также использовать эффективную частоту сигнала широкополосности и эффективную длительность сигнала.

Также в работе сделана попытка рассчитать все параметры и характер функции системы в различных моделях СШП сигналов. Кроме простейшей модели СШП сигналов были также рассмотрены Гауссовкие, Эрмитовские, Мультиполосные и другие модели СШП сигналов. Рассмотрены различные методы описания СШП сигналов и процессов.

ОПТИМИЗАЦИЯ ТРАНСПОРТА ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ СЕТИ

Живетьев А.В., Коновалов П.А. СибГУТИ, Новосибирск e-mail: zhivetyev.a@gmail.com

В современных операторских сетях существуют различные виды трафика, которые важно доставить из точки А в точку Б без задержек и ошибок. Из-за

108

высокой конкуренции на рынке связи аварии оказывают влияние на имидж и убытки компаний виде оттока недовольных абонентов.

Первый аспект обеспечения надежности – повышения связанности сети. Использование топологии кольцо при строительстве волоконно-оптических и радиорелейных линий связи, безусловно, огромный плюс, но для оптики этого недостаточно. В городских условиях, особенно в зимнее время, многие операторы сталкиваются с постоянными порывами оптических кабелей в местах подвеса на столбах ГЭТ и ГЭС, а также в выходе на поверхность из кабельной канализации. Малозатратным способом предотвращения потерь трафика является строительство перемычек в кольцах при помощи высокопроизводительных РРЛ, работающих на частотах свыше 70 ГГц. С помощью РРЛ также дублируются особо важные участки ВОЛС.

Второй аспект – управление трафиком внутри связанных транспортных сетей операторского класса. На данном этапе, различные технологии, которые используют операторы на сети – SDH и MEN, пока еще работают как независимые структуры. Совсем скоро SDH совсем уйдет с рынка и останется в виде инкапсулированного трафика внутри MEN, в результате чего остро встанет вопрос повсеместного использования QoS и traffic engineering.

Огромные темпы наращивания мощностей в производстве электроники, увеличение скорости передачи данных, рост числа персональных гаджетов на одного пользователя требует от операторов максимально эффективной архитектуры сети. Чтобы не потерять абонентов и выручку потребуется постоянная оптимизация схемы работы транспортных сетей – связывание основных точек концентрации между собой и выбор приоритетов трафика для различного контента.

ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТЬ КОРОТКОИМПУЛЬСНЫХ СВЕРХШИРОКОПОЛОСНЫХ СИСТЕМ

Калинин В.О. СибГУТИ, Новосибирск e-mail: v.kalinin2@gmail.com

Вероятность ошибки в короткоимпульсных сверхширокополосных (КСШП) системах связи зависит не только от отношения сигнал/шум и скорости передачи данных. Различные виды импульсной модуляции имеют разные характеристики зависимости скорости появления ошибочных битов (BER) в принятом сигнале от отношения сигнал/шум. Повышение скорости передачи данных негативно влияет на BER. Влияние нестабильностей генераторов, многолучевого распространения сигналов, искажений импульсов вследствие интерференции, неоднородности частотных характеристик поглощения и отражения сигналов, искажений вследствие нелинейности характеристик антенн и усилителей приводит к дополнительному росту BER. В построении математических моделей КСШП систем, должны учитываться все указанные факторы.

109

Приём и обработка КСШП сигналов и последовательностей, имеющих сверхширокий спектр, практически невозможны с позиций частотной обработки сигналов и должны производиться во временном домене. Вместе с тем, BER зависит и от формы применяемых импульсных сигналов. Доказано, например, что использование ортогональных сигналов (модифицированных импульсов Эрмита, импульсов на основе сфероидальных функций) позволяет поднять помехоустойчивость системы, однако, это значительно повышает сложность обработки сигнала.

Работа во временном домене приводит к постановке задачи точного восстановления формы принимаемых импульсов в приёмном устройстве. Такая задача в общем случае является некорректной, и для получения наилучшего результата, должна решаться методами решения некорректных задач. При этом, применение разных методов решения при использовании разного объема информации о сигнале, дает различные результаты восстановления сигнала и его корреляции с образцами импульсов в приёмном устройстве.

Расчёт помехоустойчивости системы должен проводиться как минимум двумя разными путями со сравнением конечных результатов.

Математическое моделирование работы системы позволяет получить конкретную реализацию процесса приёма и может быть итеративно проведено для большого числа реализаций с усреднением полученного результата. Данный подход позволяет отладить алгоритмы приёма. С другой стороны, выражения для BER определены в литературе в общем виде для разных видов импульсной модуляции, а при расчёте помехоустойчивости системы, можно использовать статистические характеристики каналов связи с учётом их сверхширокополосности и всех мешающих факторов, влияние «неидеальности» компонентов оборудования, а так же дополнительную обработку сигналов.

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРИЕМА СВЕРХШИРОКОПОЛОСНЫХ ИМПУЛЬСОВ

Калинин В.О., Носов В.И. СибГУТИ, Новосибирск

e-mail: v.kalinin2@gmail.com, nvi@sibsutis.ru

Построение адекватной математической модели короткоимпульсной сверхширокополосной (КСШП) системы связи является важнейшим элементом исследования технологии для отработки новых алгоритмов приёма импульсных последовательностей, основанных на восстановлении формы принимаемых импульсов до степени, обеспечивающей работу коррелятора и всей системы в целом с заданными характеристиками по вероятности ошибки.

Моделирование системы включает в себя три важных этапа. Первый - моделирование выходного сигнала передатчика и изменения формы импульса при излучении антенной. Второй - моделирование распространения импульса в пространстве с заданными характеристиками по затуханию, искажению и интерференции с другими, задержанными импульсами. Третий – приём

110