556_Sovremennye_problemy_telekommunikatsij_2014_

АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОСТРАНСТВЕННОГО РАЗМЕЩЕНИЯ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Губкина В.Р., Федосов Е.В. СибГУТИ, Новосибирск

e-mail: lera919@rambler.ru, тел.: (383)269-82-68

При расчёте параметров электрических сетей постоянного тока учитывается конфигурация источника бесперебойного питания (ИБП), параметры нагрузок, требования по минимальным потерям и ограничению тока короткого замыкания. На уровни перенапряжений, возникающих в переходных режимах работы ИБП оказывают влияние индуктивные и активные сопротивления кабелей, особенно идущих от аккумуляторных батарей. Перенапряжения не только ухудшают электромагнитную совместимость устройств, но и могут вывести из строя питаемое оборудование. Для корректного выбора защитных устройств необходимо проведение исследований электрической сети в динамических режимах на стадии её проектирования, что возможно только с применением средств автоматизации. Индуктивные и активные сопротивления кабелей зависят от таких параметров, как структура ИБП, электрической сети, а также пространственное размещение выбранного по расчетам оборудования.

Использование автоматов защиты снижает величину напряжения, воздействующего на человека при его прикосновении к открытым проводящим частям оборудования. При проектировании электрической сети постоянного тока существует проблема корректного выбора автоматов защиты, так как критерии выбора основываются на собственных экспериментальных данных изготовителей, не отражают динамических режимов работы ИБП, особенно при взаимодействии с другим оборудованием. Это накладывает ограничение на выбор автоматов, снижает надёжность и гибкость ИБП. Для корректного выбора автоматов защиты необходимо проведение исследований электрической сети в динамических режимах. С целью проведения анализа функционирования ИБП в нестационарных режимах, создан ряд интерактивных моделей различных конфигураций электрической сети в MATLAB/Simulink, которые позволяет определить мгновенные значения перенапряжений в различных точках сети и моменты отключения ветвей от общей сети с учетом пространственного размещения оборудования ИБП. По заданному плану аккумуляторного помещения по длине, рядности и этажности стеллажа, автоматически выбираются различные варианты стеллажей, которые подходят для рассчитанных аккумуляторов по нагрузкам. Далее проводится минимизация уровней перенапряжений и длин кабелей в электрической сети при варьировании типов аккумуляторных батарей и размещением их на стеллажах.

191

ПРИМЕНЕНИЕ АЛГОРИТМА МУРАВЬИНЫХ КОЛОНИЙ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ОПТИМАЛЬНОГО ГЕОМЕТРИЧЕСКОГО ПОКРЫТИЯ

Забелин С.Л. СибГУТИ, Новосибирск e-mail: zabelinsl@mail.ru

Муравьиный алгоритм (ant algorithm) основан на тех же принципах, по которым муравьи находят кратчайший путь между двумя точками. Муравей располагает набором из всех геометрических объектов и покрываемой поверхностью.

Рассмотрим реализацию муравьиного алгоритма для задачи геометрического покрытия. В предложенном исполнении алгоритма используются понятия «гордой» и «жадной» укладки. Сначала покрывающие объекты с одинаковой площадью объединяются в группы. Далее происходит сортировка получившихся групп по убыванию площади. При выполнении цикла каждой группе присваивается статус. Группа со статусом «жадной» укладки производит размещение объектов на покрываемой поверхности оптимальным способом. Оптимальный способ укладки – это размещение объектов, путем полного прохождения каждым объектом каждой точки карты и выбора лучшего положения данного объекта на карте. Лучшее размещение объекта выбирается из двух условий: «жадность» и «эксклюзив». «Жадность» определяется количеством «1» под объектом с данным поворотом и на данной точке карты, а «эксклюзив» определяется суммой «1» для четырех поворотов на данной точке карты. Лучшим положением является точка на карте с максимальной «жадностью». Также в алгоритме учитывается параметр «эксклюзив» и заложена случайность выбора позиции при прочих равных условиях. Покрытие поверхности осуществляется группами объектов. Пример покрытия изображен на рисунке.

Рисунок - Покрытие поверхности объектами разной формы

192

Литература:

1. Фроловский В.Д. Приближенные методы решения NP-трудных задач в системах автоматизации проектирования. Новосибирск. НГТУ. 2006. 100c.

БЫСТРЫЙ АЛГОРИТМ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА СЕГМЕНТАЦИИ СИМВОЛОВ

Колюжнов В.В. СибГУТИ, Новосибирск e-mail: kvv2@inbox.ru

Входе доклада будет рассмотрен предлагаемый быстрый метод повышения качества сегментации символов. Этот метод может быть применен для повышения качества сегментации символов номерного знака, номеров банкнот, индекса адресата, номеров в различных документах. Алгоритм использует знание о примерном местоположении и размерах символов.

Зачастую, из-за зашумления изображения текста или других негативно влияющих факторов сегментация текста на символы позволяет найти только часть символов, кроме того возможно нахождение ограничивающих прямоугольников, которые на самом деле не соответствуют символам. Для некоторых видов текста нахождение только части символов или их неверное определение недопустимо, поскольку равносильно неудаче распознавания в целом. Предлагаемый метод позволяет провести сегментацию символов повторно, основываясь на знании об уже найденных символах и известной информации об их правильном местоположении и размерах.

Основная идея алгоритма заключается в нахождении соответствия между набором прямоугольников ограничивающих уже найденные символы и набором прямоугольников заранее заданного шаблона.

Втечение доклада будут представлены результаты экспериментов, доказывающие эффективность предложенного метода.

ИССЛЕДОВАНИЕВОЗМОЖНОСТЕЙ КРИПТОГРАФИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ ИНФОРМАЦИИ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ПРИЛОЖЕНИЯ

PGP

Майдуров И.Д., Сединин А.В. СибГУТИ, Новосибирск e-mail: ivan.maidurov@gmail.com

PGP – PrettyGoodPrivacy – набор компьютерных средств, предоставляющих очень серьёзный, для гражданского населения, уровень защиты персональных данных. Разработан в 1991 году Филом Циммерманом.

Для достижения высокого уровня защиты используется набор классических методов, таких как хеширование, сжатие данных, шифрование с симметричным ключом, и шифрованием с открытым ключом, в совместимости

193

с некоторыми принципиально новыми решениями в области алгоритмизации перечисленных этапов.

Так как используется шифрование с открытым ключом, то необходимо удостовериться, что принятый ключ является легитимным. С целью проверки легитимности используется сертификация открытых ключей. Начиная с ранних версий, PGP включается в себя систему проверки сертификатов, так называемую сеть доверия, weboftrust. Таковые сертификаты обладают несколькими уровнями доверия.

Сертификат включает в себя следующую информацию:

-Версия PGP

-Открытый ключ обладателя сертификата

-Информация об обладателе сертификата

-Цифровая подпись владельца сертификата

-Срок действия сертификата

-Предпочитаемый алгоритм симметричного шифрования

Формат сертификатов подходит под международный стандарт X.509 изданный ITU-T.

Данный набор средств защиты является на данный момент самым надёжным и до сих пор не был найден способ взлома шифрованных им данных.

ЭКСТРАКЦИЯ ПАРАМЕТРОВ ИЗ КОМПАКТНЫХ SPICE-МОДЕЛЕЙ

Малюгин П.С., Сединин А.В. СибГУТИ, Новосибирск

e-mail: malugin.p@gmail.com, тел.: (913) 462-49-21

Задача экстракции SPICE-параметров является актуальной для fabeless и foundry производства интегральных микросхем, так полученные экстрагированные параметры включают в «Дизайн-кит», который инженеры используют в проектирования интегральных микросхем. Процедура экстракции является основополагающей между этапами физико-технологического и схемотехнического моделирования.

В настоящие время основной методикой экстракции является получение параметров по экспериментальным данным или расчетным данным с более точной физической моделью прибора (физико-технологический САПР). Процесс довольно трудоемкий и требует высокой квалификации специалиста. Так же причина отказа, использования коммерческих экстракторов, обусловлена высокой стоимостью и сложностью освоения нового инструмента.

Эффективность применение экстракции определяется применяемыми математическими моделями и алгоритмами экстракции параметров этих моделей.

Математическая модель экстракции состоит в задаче нахождения экстремума функции многих переменных от параметров на множестве ограничений соответствующих некоторому многограннику в rN (задача на

194

условный экстремум). Функция многих переменных (функция ошибки) описывает некоторое качество моделирования или погрешность приближения

F(a1,a2...aN ) min , amin,i ai amax,i ,i 1,N ,

Вработе представлены этапы и проблемы разработки экстрактора параметров, анализ современных коммерческих экстракторов, основные алгоритмы экстракции и математические модели приборов.

ПРЯМОЙ ЦИФРОВОЙ СИНТЕЗ В БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИХ СБИС

Мамычев В.И. СибГУТИ, Новосибирск

На сегодняшний день проблема получения высокочастотного синусоидального сигнала является одной из центральных в цифровой обработке сигналов.

В современной электронике существует направление получившее название

Direct Digital Synthesizer (DDS, “Прямой цифровой синтез частоты”).

Конструктивно аналоговые генераторы гармонического сигнала устроены проще цифровых и способны выдавать более высокочастотный сигнал. Однако цифровая реализация синусоиды имеет ряд существенных преимуществ которые практически невозможно реализовать при аналоговом проектировании.

Современные DDS – устройства способны выдавать сигнал до нескольких гигагерц со свободным динамическим диапазоном более 80дБ.

DDS оказываются более точными по отношению к аналоговому синтезу. Шаг перестрой частоты вычисляется по формуле:

Где Fclk – тактовая частота системы, n – разрядность слова частоты. При Fclk = 1ГГц и n = 32, Step = 0.2Гц. Такое разрешение недостижимо в аналоговых генераторах.

Важно также отметить, что в DDS отсутствуют проблемы разрыва фазы и паразитных возбуждений.

В данной работе рассматриваются различные алгоритмы получения значения синуса: алгоритм CORDIC, получение сигнала с помощью RAM, аппроксимации различного порядка и др. Сравниваются эффективности методов с точки зрения быстродействия, потребления и площади кристалла.

195

ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ ПОСТРОЕНИЯ РАДИОТРАКТОВ С «ПРЕОБРАЗОВАНИЕМ ВВЕРХ»

(up converter)

Микушин А.В. СибГУТИ, Новосибирск

Микросхемы прямого цифрового синтеза хорошо известны в настоящее время. Эти микросхемы позволяют формировать выходной радиосигнал непосредственно в цифровом виде. Однако они обладают существенным недостатками:

сигнал формируется в терминах амплитуда, частота, фаза.

скорость изменения сигналов управления невелика

Все это позволяет реализовывать только либо опорные генераторы (приемников или передатчиков) либо передающие тракты систем ограниченного радиуса действия (резкие переходы из нулевого состояния в единичное приводит к расширению спектра).

Применение up-converter позволяет реализовать работу с квадратурными сигналами, формируемыми сигнальными процессорами. Это позволяет осуществлять плавное нарастание мощности выходного сигнала, реализовывать заданную форму изменения фазы (или частоты) радиосигнала.

Основным преимуществом является возможность подавать на вход микросхемы формирования сигнала I и Q квадратуры на частоте, многократно ниже частоты дискретизации выходного радиосигнала.

Все рассмотренные особенности накладывают определенные ограничения на внутреннюю структуру up-converter их необходимо учитывать как при проектировании микросхем, так и при разработке систем связи, реализованных на их основе.

АЛГОРИТМ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЦИФРОВЫХ РАДИОТРАКТОВ МОБИЛЬНЫХ СИСТЕМ СВЯЗИ

Негодюк В.И., Сединин В.И. СибГУТИ, Новосибирск

Основной критерий, используемый операторами при проектировании радиорелейных сетей, - это минимизация затрат при заданном количестве и качестве каналов, а также перспективная возможность увеличения канальной емкости. Затраты на создание и обслуживание радиорелейных сетей складываются из стоимости основного и вспомогательного оборудования, а также стоимости инфраструктуры. Поэтому для построения оптимальных радиорелейных систем необходимо использование высококачественного оборудования с хорошими техническими характеристиками (мощность

196

передатчика, чувствительность приемника, избирательность и т. д.) и перспективами модернизации сетей на его основе в будущем.

Необходимость в системах автоматизации проектирования сетей связи, эффективного анализа функционирования и своевременного обнаружения неисправностей никогда прежде не была такой острой, как сейчас. Объединение передачи голоса и данных в проводных и беспроводных сетях, а также высокий уровень обслуживания, ожидаемый абонентами, требует от операторов грамотного построения сетей и круглосуточного контроля с использованием современных средств. Сформулировать объективные этапы проектирования сети возможно только при известных условиях и требованиях. Другой проблемой современных комплексов автоматизации проектирования радиорелейных линий связи является обособленность от средств контроля и управления радиорелейным оборудованием, что не позволяет в полной мере говорить об автоматизации проектирования радиорелейных линий связи [2]. К тому же система управления охватывает радиорелейную сеть в целом, в отличии от средств автоматизации проектирования, позволяющих производить расчет параметров отдельно взятого интервала. Создание единой информационной среды процесса проектирования и управления позволит создать эффективный инструмент автоматизации проектирования радиорелейной сети, настройки, пусконаладки оборудования [3].

Проанализировав все недостатки существующих методов проектирования, был предложен алгоритм, более полно удовлетворяющий требованиям к современным радиорелейным линиям связи.

Литература:

1.Данилович, О. С. Расчет показателей качества передачи при проектировании цифровых радиорелейных линий: учеб.пособие / О. С. Данилович.- СПб. :

СПбГУТ, 2007. - 259 с.

2.Данилович, О. С. Проектирование цифровых радиорелейных линий: учеб.пособие / О. С. Данилович.- СПб. : СПбГУТ, 2008. - 542 с.

3.Маковеева, М. М. Принципы построения и расчёта цифровых радиорелейных систем /М. М. Маковеева. – М.: МТУСИ, 2000. – 167 с.

МЕТОДЫ РАЗРАБОТКИ РАДИОЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СОВРЕМЕННЫХ САПР

Перминов В.С., Перминова Н.Е. СибГУТИ, Новосибирск e-mail: vladipmper@gmail.com

На сегодняшний день перед разработчиками радиоэлектронных цифровых, аналоговых и цифроаналоговых устройств стоит непростая задача, этому способствует несколько причин. Во-первых, постоянно увеличивается количество используемых элементов, при этом сами устройства становятся все

197

меньше. Во-вторых, идет постоянный рост рабочих частот, что несет за собой особые требования к дизайну печатных плат. В-третьих, макетирование сложных устройств требует очень больших финансовых и временных затрат, поэтому нельзя допускать ошибок ни на одном из этапов проектирования. Все это вызвало необходимость использовать системы, которые бы упростили разработку и уменьшили денежные затраты.

Данные программы позволяют провести моделирование еще на этапе разработки схемотехники с использованием Spice и IBIS-моделей, для выявления слабых сторон технического дизайна. Так же с их помощью проектировщик может разработать требования для трассировки печатной платы и внести их в правила проектирования САПР, что облегчит работу трассировщика. После создания виртуальной модели печатной платы возможно провести моделирование уже «готового» устройства, т.е. поработать с виртуальным макетом, проанализировать поведение устройства и внести необходимые корректировки в дизайн проекта.

В итоге: использование современных EDA ускоряет разработку, позволяет проектировщику не отвлекаться на мелочи, уменьшает себестоимость готового устройства и сокращает время его вывода на рынок.

ОБ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СОВМЕСТИМОСТИ ПРОЦЕССОВ ПРОВОДИМОСТИ В УЛЬТРАТОНКИХ ПЛЕНКАХ

Перов Г.В., Синица А.В., Белова И.А. СибГУТИ, НЗПП, Новосибирск e-mail: perov@nzpp.ru

Определены пределы электрической совместимости процессов ионной и электронной проводимости ультратонкого окисла кремния цифровых и аналоговых устройств со сложной архитектурой компонентов с проектными нормами менее 0,18 мкм при приближении к экстремальным нагрузкам. Определен порядок нормирования параметров электрической совместимости процессов проводимости. Установлены нормы на показатели качества кондуктивных помех - отклонение напряжения, колебания напряжения, коэффициент несимметрии напряжения, временное перенапряжение, предельная концентрация подвижного заряда.

Отклонение напряженности δЕ от критического. Под ним понимается разность номинального действующего значения напряжения и установившегося действующего фактического напряжения. Нормальные и предельно допустимые значения нормы установившегося отклонения напряженности электрического поля δЕу равны соответственно ±5 и ±10% от предельной напряженности:

где E(1) – действующее значение напряженности электрического поля.

198

Колебания напряженности электрического поля, которые характеризуются размахом изменения напряженности электрического поля δEt.

Временное перенапряжение. Под временным перенапряжением понимают повышение напряженности электрического поля в локальной точке структуры выше 1,1 E(ном) продолжительностью более 10 мс, возникающее в пленках окисла при коммутациях E.

Энергетическая перенагрузка. Под энергетической перенагрузкой понимаем превышение предельной мощности в локальных областях окисла с неоднородной границей в рабочих режимах, вызывающих разрушение окисла.

Ионная перенагрузка. Под ионной перенагрузкой понимаем превышение концентрации ионов в локальных пространственных точках неоднородностей поверхности.

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ВИДОВ МОДУЛЯЦИИ В МОБИЛЬНЫХ КАНАЛАХ РАДИОСВЯЗИ

Перфильев Е.В. СибГУТИ, Новосибирск e-mail: evgeniy-perfilev@mail.ru

Центральной проблемой радиотехники была и остается проблема помехоустойчивости связи. Система связи должна быть спроектированной так, чтобы она обладала способностью наилучшим образом противостоять мешающему действию помех. Наряду с мобильными системами общего пользования — сотовые системы связи, в настоящее время активно развиваются профессиональные — корпоративные (ведомственные) мобильные системы связи, позволяющие работать как в обычном режиме, так и в чрезвычайных ситуациях, когда системы обычной сотовой связи как показывает практика выходят из строя.

Многими авторами [1,2] исследуются, методы модуляции в радиосистемах передачи информации наиболее часто применяются многопозиционная фазовая модуляция, многопозиционная квадратурная амплитудная модуляция и частотная модуляция. Большой интерес с точки зрения повышения помехоустойчивости приема сигналов, представляет совместное использование процедур кодирования и модуляции.

Для исследуемых диапазонов частот свойственны свои характерные особенности распространения радиосигналов [3]: многолучевое распространение вследствие отражения от ионосферы и поверхности земли, замирания, быстрые и медленные и т.д.

Эти диапазоны выбраны не случайно они могут эффективно использоваться в различных сложных условиях: гористой местности, на больших расстояниях до 2000 км, где нет прямой видимости.

Целью работы является разработка оптимальной системы передачи цифровой информации. Для решения этой задачи используется имитационное моделирование в среде MATLAB, которое показывает, что можно добиться

199

субоптимальных решений при построении системы передачи цифровой информации. Также приводятся варианты синхронизации в радиоканале, рассматриваются проблемы построения антенных устройств.

Литература:

1.Скляр, Бернард. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение.-Изд.2-е, испр.: Пер. с англ. – М.: Издательский дом ”Вильямс”, 2003.—1104 с.: ил. – Парал. тит. англ.

2.Носов В.И. Сети Радиодоступа Часть 2: Учебное пособие / В.И. Носов СибГУТИ, 2007. – 255С.

3.Физика ионосферы / Б.Е.Брюнелли, А.А.Намгаладзе. – М.: Наука, 1988. –528

с.

МИКРОМОЩНЫЕ КОНДЕНСАТОРНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

Сажнев А.М. СибГУТИ, Новосибирск

e-mail: epus201@ sibsutis.ru, тел.: (383) 269–82–65

Конденсаторные преобразователи используются в качестве пусковых устройств электрических машин и для целей вторичного электропитания различных устройств малой и средней мощности. Отсутствие моточных узлов делает их привлекательными и для интегральной схемотехники, поскольку позволяет снизить габаритные размеры источника, выполнить его в единой технологии с питаемым узлом или устройством, повысить технологичность и надёжность как самого источника, так аппаратуры в целом. Принцип работы таких повышающих преобразователей основан на параллельном заряде группы конденсаторов от источника энергии и последовательном их разряде на нагрузку, а для понижающих наоборот – последовательный заряд и параллельный разряд. Общее название – бестрансформаторные преобразователи напряжения (БПН).

Выходное напряжение пропорционально числу конденсаторов(n), участвующих в преобразовании и пульсациям напряжения на каждом конденсаторе, поэтому их обычно применяют при n больше 3–5. В микросхемотехнике требуются невысокие значения коэффициентов “трансформации” (n). Обычно это 2 или 3. Иногда требуется разнополярное напряжение питания для операционных усилителей системы управления, при этом n находится в пределах 1– 2. КПД конденсаторного преобразователя определяется пульсациями напряжения на конденсаторах и потерями в ключевых элементах (управляемых и неуправляемых). Частота коммутации ключей 100–500 кГц, зависит от используемой технологии и возможностей доступной элементной базы. Ток внутреннего потребления колеблется от единиц миллиампер до десятков микроампер, поэтому величина емкости накопительных конденсаторов внутренних преобразователей составляет доли нанофарад, что вполне приемлемо для практической реализации. Например,

200