556_Sovremennye_problemy_telekommunikatsij_2014_

Для достижения функции цели необходимо выделять характеристики, которыми можно варьировать (размеры и форма помещений, в которых исследуется распространение радиосигнала, материалы, примененные при строительстве здания, наличие в помещениях различного количества мебели, людей в разное время суток, влияние других сетей, работающих в смежном диапазоне и пр.).

Искомая функция цели должна иметь смысл ожидаемой полезности (наиболее достоверная модель распространения радиосигнала в помещениях позволит при проектировании локальных сетей оптимизировать (минимизировать) количество применяемого оборудования и тем самым снизить затраты на организацию такой сети).

Для исследования распространения радиосигнала внутри помещений используем такие методы моделирования, как материальное моделирование, т.е. экспериментальный метод, а также математическое моделирование, как аналитическое, так и имитационное.

Сравнение результатов, полученных различными методами, позволяет оценить полноту и достоверность полученных результатов.

ИССЛЕДОВАНИЕ РАСПРОСТРАНЕНИЯ РАДИСИГНАЛА ЧАСТОТОЙ 2,4 ГГц ВНУТРИ ПОМЕЩЕНИЙ

Сарженко Л.И., Носов В.И. СибГУТИ, Новосибирск

Большое количество беспроводных сетей передачи данных WLAN в настоящее время работает внутри зданий.

В соответствии со Стандартом IEEE 802.11 исследование проводилось в сети с топологией «Точка-точка» – Независимая Базовая Зона Обслуживания

(IndependentBasicServiceSet – IBSS). Для проведения эксперимента были выбраны помещения из различных материалов конструкций: панельный дом с толщиной стен 120 мм; кирпичный дом с толщиной стен 300 мм и бетонное домостроение с толщиной стен 400 мм. Сеть создавалась на одном этаже (типичный пример небольшого офиса).

Эксперимент проводился с использованием программного продукта TamoGraphSiteSurvey – удобного инструмента для сбора и визуализации данных в сетях Wi-Fi стандарта 802.11 a/b/g/n.

Проводилось построение карты покрытия сети, анализ уровня сигнала на различных расстояниях от точки доступа.

По полученным картам покрытия сети и уровню сигнала создавалась общая картина зоны покрытия беспроводных сетей передачи данных внутри помещений. Далее проводилось сравнение экспериментальных данных с уже существующими математическими моделями распространения сигнала. В качестве математических моделей использовались эмпирические однолучевые модели: одноэтажные модели, многоэтажные модели, COST 231 – версия для помещений, а также модель Keenan-Motley.

121

В результате были получены уточненные значения параметра n - коэффициента затухания в зависимости от материалов конструкций, а также поправочные коэффициенты, также зависящие от материалов конструкций. Эти параметры относятся к переменным, и их введение в математические модели позволяет выполнять расчеты, результаты которых максимально приближаются к экспериментальным данным.

Результаты работы позволяют сократить время и расходы на проектирование сети и оптимизировать ее структуру.

АНАЛИЗ СПОСОБОВ ПОСТРОЕНИЯ СЕТИ ЦИФРОВОГО НАЗЕМНОГО ТЕЛЕВИЗИОННОГО ВЕЩАНИЯ (ЦНТВ)

Сартаков К.В., Носов В.И. СибГУТИ, Новосибирск

Для обеспечения различных требований к вводу в действие сетей ЦНТВ стандарта DVB-T2, а также с учётом того, что только с помощью эталонных сетей (ЭС) можно проанализировать влияние всех факторов стандарта DVB-T2 на оптимальную конфигурацию сети ЦНТВ, Международным союзом электросвязи (МСЭ) сформированы и одобрены заключительные акты региональной конференции радиосвязи по планированию цифровой наземной радиовещательной службы в частях районов 1 и 3, куда входит и Россия, в полосах частот 174 – 230 МГц и 470 – 862 МГц (РКР-06). В актах предложены четыре способа построения сети ЦНТВ на основе эталонных сетей (ЭС), с помощью которых можно исследовать любую территорию для дальнейшего покрытия сетью ЦНТВ стандарта DVB-T2:

1.Эталонная сеть 1 (ОЧС (одночастотная сеть) с большой зоной обслуживания). Эта сеть состоит из семи передатчиков, расположенных в центре и в вершинах шестиугольной решетки. ЭС1 предназначена для покрытия сетей ОЧС с большой зоной обслуживания и применяется для покрытия больших территорий федерального (краевого, республиканского) масштаба;

2.Эталонная сеть 2 (ОЧС с малыми зонами обслуживания, плотные одночастотные сети). Эта сеть состоит из трех передатчиков, расположенных в вершинах равностороннего треугольника. ЭС2 предназначена для покрытия сетей ОЧС с малой зоной обслуживания и применяется для покрытия территорий межрайонного или областного масштаба;

3.Эталонная сеть 3 (ОЧС с малыми зонами обслуживания для условий города). Эта сеть предназначена для покрытия ОЧС с малой зоной обслуживания в условиях города. Эта сеть идентична ЭС2, за исключением того, что используются данные при уменьшении высоты подвеса передающей антенны для городских условий при возникновении недопустимого уровня исходящих помех;

4.Эталонная сеть 4 (полузакрытая ОЧС с малыми зонами обслуживания). Эта эталонная сеть предназначена для использования в случаях плотной

122

локальной городской застройки, когда при построении сети возникает недопустимый уровень исходящих помех. Геометрия сети ЭС 4 идентична случаю ЭС2, за исключением диаграмм направленности передатчиков, которые снижают уровень исходящей напряженности поля на 6 дБ для угла 240° (т.е. используются направленные передающие антенны).

Как указано в актах РКР-06, при определении величин мощности цифровых передатчиков эталонных сетей, высоты подвеса передающих антенн, величины регулируются таким образом, чтобы желаемая вероятность покрытия обеспечивалась в каждой точке исследуемой зоны обслуживания.

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ СИСТЕМ ЦИФРОВОГО НАЗЕМНОГО ТЕЛЕВИЗИОННОГО ВЕЩАНИЯ (ЦНТВ) СТАНДАРТОВ

DVB-T И DVB-T2

Сартаков К.В., Носов В.И. СибГУТИ, Новосибирск

DVB-T2 (англ. Digital Video Broadcasting — Second Generation Terrestrial)

— второе поколение стандарта DVB-T, европейского стандарта эфирного цифрового наземного телевизионного вещания. DVB-T2 призван увеличить на 30—50% ёмкость сетей ЦНТВ по сравнению с DVB-T при той же инфраструктуре сети и частотных ресурсах, однако на практике выигрыш оказался не ниже 50%. DVB-T2 принципиально отличается как архитектурой системного уровня (МАС-уровня), так и особенностями физического уровня от

DVB-T.

На системном уровне принципиальное отличие нового стандарта – это концепция магистральных потоков физического уровня (Physical Layer Pipe – PLP). Если стандарт DVB-T был предназначен исключительно для передачи пакетов MPEG-2, то сеть DVB-T2 способна транслировать самые разные по природе и структуре информационные потоки. Система DVB-T2 способна передавать несколько независимых мультимедийных потоков, каждый со своей схемой модуляции, скоростью кодирования и временными интервалами.

В DVB-T2 добавлена модуляция 256-QAM (8 бит на символ), что повышает емкость канала передачи на 33% (относительно схемы 64-QAM в DVB-T). Обычно переход от 64-QAM к 256-QAM требует увеличения соотношения сигнал/шум на поднесущей на 4–5 дБ. Однако благодаря применению корректирующих кодов «BCH-LDPC», эффективность которых гораздо выше традиционных кодов исправления ошибок (в т.ч. кода РидаСоломона, используемого в DVB-T), в DVB-T2 скорость кодирования намного выше и общая пропускная способность канала соответственно существенно возрастает.

Еще одно новшество DVB-T2 – введение схемы модуляции с «вращающимся» сигнальным созвездием. Эта процедура означает, что сформированный модуляционный символ поворачивается в комплексной плоскости на определенный угол, зависящий от числа уровней модуляции.

123

В стандарте DVB-T2 изменения коснулись и структуры OFDM-символов. Увеличено возможное число номинальных поднесущих – помимо 8К (8Ч1024) добавлены режимы 16К и 32К поднесущих (а также 1К и 4К). Поскольку с увеличением числа поднесущих для OFDM-сигналов спектральная характеристика становится более крутой, можно расширить используемый частотный диапазон, не выходя за границы разрешенной спектральной маски. Это позволяет использовать в OFDM-символе больше поднесущих для передачи данных. Такой режим допустимо использовать при 8К, 16К и 32К поднесущих. Эффект от расширенного режима составляет от 1,4% (8К) до 2,1% (32К).

ОБЗОР РАЗВИТИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ КА-ДИАПАЗОНА

Сергеева А.С. СибГУТИ, Новосибирск

Ка-диапазон - диапазон сантиметровых и миллиметровых волн, ориентированный в основном на предоставление услуг широкополосного симметричного доступа в Интернет. Помимо широкополосного доступа, диапазоном всерьез интересуются военные структуры.

На сегодняшний день в европейских странах, а также в США и Канаде функционируют востребованные сети связи, работающие в Ка-диапазоне. Такие сети предоставляют широкополосный доступ в Интернет на входящей скорости до 10 мегабит в секунду – для частных абонентов - и 50 мегабит в секунду для бизнес-абонентов.

В отличие от привычной зоны покрытия С-диапазона или Ku-диапазона - широкий луч, покрывающий площадь в сотни, тысячи километров, зона покрытия Ка-диапазона представляет собой небольшие территории округлой формы площадью 50 000 км, перекрывающиеся узконаправленными лучами. Один из наиболее успешных в практическом и коммерческом плане в восточном полушарии, стал спутник KA-SAT 9º в.д., запущенный 27 декабря 2010 года французской компанией Eutelsat. На своем борту спутник имеет 83 транспондера Ка-диапазона общим ресурсным объемом 20 000 МГц. Кроме широкополосного доступа в Интернет, абонентам могут быть представлены услуги интернет-телефонии, видеоконференцсвязи, передачи новостных роликов, сбора телеметрической информации, а также организации телевещания. Наиболее заметными для западного полушария являются спутники Anik F2 и WildBlue-1 Соединенных Штатов Америки, орбитальная позиция 111, 1° з.д., запущенные в 2006 году и имеющие на борту 35 лучей Кадиапазона. Два спутника объединены в одноименную сеть WildBlue, которая по предоставляемым широкополосным услугам стала серьезным конкурентом наземным сетям. Нельзя не отметить спутник Hylas-1 33,5º з.д., запущенный английской компанией 26 ноября 2010 года. На борту 8 транспондеров Кадиапазона общим ресурсом 3000 МГц. Спутник ориентирован на

124

государственные программы по обеспечению школ доступом в Интернет и обеспечению универсальных услуг связи.

В России планируется запуск спутника Экспресс АМ-6 53 ° в.д. на начало 2014 года. В своем составе он будет иметь помимо 12 транспондеров Кадиапазона, также 14 транспондеров С-диапазона, 44 транспондера Kuдиапазона, 2 транспондера L-диапазона, и будет предоставлять следующие услуги: цифровое телевидение, телефония, видеоконференции, VSAT сети, доступ в Интернет, передача данных, подвижная правительственная и президентская связь.

ТЕХНОЛОГИЯ OFDM В РАДИОРЕЛЕЙНЫХ СИСТЕМАХ ПЕРЕДАЧ

Сергеева А.С. СибГУТИ, Новосибирск

Технология ортогонального частотного разделения с многими поднесущими (OFDM) известна с середины 60 годов двадцатого века и на сегодняшний день применяется во многих беспроводных сетях, например в цифровом телевещании (DVB) и цифровом радиовещании (DAB), в некоторых разновидностях стандарта 802.11. Кроме того, технология OFDM и все ее частные случаи SC-OFDM (технология множественного доступа с одной несущей) и OFDMА (технология ортогонального множественного доступа) лежат в основе технологии 802.16, локальных беспроводных сетях на основе стандарта 802.11 и перспективе могут стать основой для четвертого поколения сотовой связи. OFDM активно интегрируется в радиорелейных системах передач.

В докладе анализируется на основе отечественных и зарубежных разработок в области технологии OFDM возможность применения технологии в радиорелейных системах передач. В первой части рассматривается области применения радиорелейных систем передач с OFDM:

- рассматривается увеличение зоны покрытия системы WiMAX с помощью радиорелейной линии, выбирается оптимальный вид модуляции, выбирается оптимальное число пролетов, определяется мощность межканальной переходной помехи для различного количества переприемных участков;

- рассматривается двухпролетная радиорелейная линия с OFDM, в которой изыскиваются возможности распределения мощности по частотным поднесущим в источнике и ретрансляторе, если известна информация о состоянии канала.

В заключении производится анализ источников информации и делается вывод о постановке проблемы в общем виде, ее связь с важными научными и практическими задачами, а также акцентируется внимание на нерешенных ранее частях общей задачи.

125

ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ ПОВТОРНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЧАСТОТНЫХ ПОЛОС В СЕТЯХ СОТОВОЙ СВЯЗИ LTE

Таубельдинова З.С. СибГУТИ, Новосибирск

Полагаем, что построение сети LTE целесообразно по аналогии с сетями GSMосуществлять на основе сотовых кластеров. Технология LTEв отличие от GSMобеспечивает каждой базовой станции сети возможность выборочно выделять полосы частот и мощность пользователям в зависимости от их расположения в соте. При этом могут использоваться различные модели повторного использования полос частот и, соответственно, появляется возможность максимизировать пропускную способность соты при выполнении требований к качеству радиосвязи в условиях ограниченных ресурсов базовой станции.

В сети LTEмогут применяться разные виды повторного использования частотных полос.

Полное повторное использование полос частот каналов, когда вся полоса частот полностью используется каждой сотой независимо от местоположения абонентов в соте.

Жесткое повторное использование полос частот каналов, когда вся полоса разделена на фиксированное количество полос, которые выделяются сотами в соответствии с некоторой определенной моделью повторного использования.

Мягкое повторное использование полос частот каналов, когда для каждой соты одна из этих полос выделена абонентам, находящимся на границе соты, а остальные полосы используются абонентами, находящимися вблизи базовой станции.

Дробное повторное использование полос частот каналов, когда общая полоса используется всеми базовыми станциями для обслуживания абонентов, находящихся вблизи от базовой станции. Остальные

полосы частот используются абонентами, находящимися на границе зоны обслуживания и выделяются сотами в соответствии с моделями повторного использования

Коэффициент повторного использования частот в сотах кластера равен единице в случаях полного и мягкого повторного использования и меньше единицы при жестком и дробном использовании. Использование дробного и мягкого повторного использования полос частот, а также правильное распределение мощности, между полосами частот в каждой соте обеспечивает существенное увеличение емкости сети LTE.

126

ПРИМЕНЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ФОРМИРОВАНИЯ АДАПТИВНОЙ ДИАГРАММЫ НАПРАВЛЕННОСТИ В СИСТЕМАХ СОТОВОЙ СВЯЗИ

Чащин М.В. СибГУТИ, Новосибирск

Помехи от базовых станций, работающих в совмещенных с основной базовой станцией частотных каналах, являются основным фактором, ограничивающим эффективность работы сотовой системы радиосвязи в целом.

Наиболее эффективным методом борьбы с этим видом помех является использование технологии формирования адаптивной диаграммы направленности. При этом электромагнитное поле антенны базовой станции в дальней зоне формируется в виде узконаправленного главного лепестка, ориентированного в сторону абонентского терминала, или группы абонентских терминалов, с возможностью изменения направленных свойств диаграммы направленности при изменении местоположения абонентских устройств. В направлении источников помех в диаграмме направленности формируются нулевые составляющие, что позволяет практически полностью подавить интерференцию с нежелательных направлений. Созвездие лучей является, по сути, совокупностью «пространственно частотных фильтров», каждый из которых выбирает строго определенный набор сигналов и подавляет остальные, одновременно принимаемые в широком пространственном секторе, как помеховые.

Поскольку энергия разных передатчиков и чувствительность разных приемников при этом концентрируется в более узком луче (то есть используются антенны с большим коэффициентом усиления), то зона действия базовых станций расширяется. Причем одновременно с этим происходит уменьшение на приеме суммарных помех от базовых станций, работающих в совмещенных с основной базовой станцией каналах, то есть увеличивается частотная эффективность сети.

Из вышеописанного вытекает, что появляется возможность не только увеличивать частотную эффективность сотовой сети, но и одновременно увеличивать количество доступных каналов на базовой станции (за счет применения многопозиционных схем модуляции), и вместе с тем сокращать количество базовых станций на сети, необходимых для покрытия заданной территории.

В теории применение технологии формирования адаптивной диаграммы направленности на базовых станциях сотовой сети при комбинировании с алгоритмами подавления помех коэффициент повторного использования частоты может достигать значения 1. Это означает, что на всех базовых станциях сети можно будет использоваться всю доступную полосу частот, а это дополнительно увеличит эффективность использования спектра, и позволит реализовать систему радиосвязи даже при наличии узких частотных полос.

127

Секция 8

ПЕРЕДАЧА ДИСКРЕТНЫХ СООБЩЕНИЙ

ОПТИМИЗАЦИЯ КОРПОРАТИВНОЙ ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МЕТОДОВ ТЕНЗОРНОГО АНАЛИЗА

Веловатый Е.А., Треногин Н.Г. СибГУТИ, Новосибирск

e-mail: velovaty@mail.ru, тел.: (383) 2-191-546

В процессе эксплуатации ERP-системы OracleE-BusinessSuite в ОАО «Ростелеком» возникла проблема увеличения нагрузки на систему сверх предполагаемой в проекте внедрения. В процессе работы пользователи начали ощущать существенное замедление работы. Мониторинг серверной части системы выявил существенную нагрузку на ряде узлов. Была поставлена задача проведения оптимизации.

На рисунке 1 представлена схема работы систем и оборудования, являющихся составными частями технической архитектуры системы управления предприятием Макрорегионального филиала «Сибирь» ОАО «Ростелеком».

Рисунок 1 - Схема организации технической архитектуры системы управления предприятием Макрорегиональный филиал «Сибирь» ОАО «Ростелеком»

Функционально система работает по принципу запуска и обработки запросов с последующим предоставлением результатов. Запросами могут являться запуски выполняемых процедур обработки данных, запросы

128

пользователей в виде получения отчетов и др. Система может не иметь возможности обработать сразу все запросы, поступившие в определенный момент времени. Образуется очередь запросов. Система функционирует как сеть массового обслуживания и схематично может быть представлена в виде модели, представленной на рисунке 2

Рисунок 2 Модель системы, представленная в виде сети массового обслуживания

С использованием тензорного метода анализа система описывается следующим образом:

Для анализа были выбраны следующие ветви системы: a: 3 13 2 c: 5 11 14 e: 7 11 18 g: 9 12 17

b: 4 13 1 d: 6 11 16 f: 8 12 15 h: 10 12 19

Матрица тензора преобразования:

129

С использованием методов тензорного анализа систем, в качестве описания системы мы получили систему уравнений:

Значения показателей λиf были получены путем изучения сетевого трафика. С применением критерия согласия Колмагорова показано, что распределение длин интервалов времени между пакетами в устройствах системы соответствует экспоненциальному закону, а также определено, что для элементов системы может быть использована модель M/M/1.

С использованием пакета MathLab было получено решение системы уравнений:

Na 0,136642 Nc Nf 0,049258 Nb 0,136178 Nd Ng 0,049263

Ne Nh 0,049459

Использование полученной в пакете MathLab модели позволило рассчитать показатели производительности системы.

Критерием оптимальности выбран минимум функции суммарной очереди запросов на обработку информации.

F a1Na a2Nb a3Nc a4Nd a5Ne a6Nf a7Ng a8Nh

Граничным условием является снижение среднего показателя загруженности процессоров серверов до уровня 60-70%, что соответствует режиму штатной работы согласно проектной документации на систему.

Наибольшая очередь заявок возникает в ветвях a и b, содержащих два сервера баз данных. В целевой функции наибольший вклад дают первые два члена, действием остальных можно пренебречь. Было принято решение об умощнении серверов баз данных дополнительными процессорными платами SUN-XUS4BD-482-1800-Z, каждая из которых содержит 4 процессора и 16 Гб оперативной памяти. Т.е. мы оказывали влияние на параметры элементов системы, входящие в ветви a и b.

Было рассчитано, что минимум целевой функции, с учетом граничного условия, достигался после добавления в комплекс шести дополнительных плат

всервера баз данных.

Врезультате измерения показателей и решения системы уравнений, получены значения интенсивностей контурных потоков сообщений после оптимизации.

Na 0,035431 Nc Nf 0,048525 Nb 0,035542 Nd Ng 0,048546

Ne Nh 0,048667

130