556_Sovremennye_problemy_telekommunikatsij_2014_

Предлагается разработка измерительного программного обеспечения, которое будет встроено в мобильный аппарат, достоинствами которого является мобильность, динамичность и дешевизна.

Мобильность заключается в том, что в мобильном аппарате будет установлено программное обеспечение, которое позволит собирать и частично обрабатывать получаемые данные о сети, используя производительность мобильного телефона.

Динамичность новой системы позволит постоянно, в режиме online, получать достоверную информацию об уровне сигнала или скорости передачи данных уже непосредственно от абонентского мобильного аппарата с привязкой к GPS координатам. Собранные данные будут отправляться по каналам передачи данных на серверы мониторинга оператора сотовой связи, где будет происходить дальнейшая обработка информации.

Введение данной системы позволит мобильным операторам своевременно получать информацию о сбоях в сети, о низком уровне сигнала или нагрузки на соты и устранять проблемы, не дожидаясь жалоб абонентов. Еще одно достоинство в том, что часть вычислительной нагрузки с серверов мониторинга, статистики и обработки информации снимется, так как предварительные вычисления будут выполняться в мобильном устройстве абонента.

МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЕРОЯТНОСТНО-ВРЕМЕННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СИСТЕМ 4G

Пьянзин Р.А. СибГУТИ, Новосибирск e-mail: Roman141290@mail.ru

Научный руководитель - Кокорева Е.В., доцент СибГУТИ

Современные мультисервисные сети обладают очень неоднородным трафиком. Основными источниками образования такого трафика являются голос, видео и данные.

Информационные потоки, создаваемые различными типами источников, при прохождении по сети образуют нагрузку, которую трудно без большой погрешности, а в некоторых случаях и невозможно описать традиционными моделями, используемыми в теории телетрафика. При всём этом, именно характер нагрузки в сети определяет требования, предъявляемые к её ресурсам.

По этой причине, исследование поведения нагрузки является неотъемлемой частью решения задач управления трафиком, оптимального распределения сетевых ресурсов и борьбой с перегрузками.

В настоящее время наиболее популярным для исследования свойств сетей массового обслуживания (СеМО) является метод моделирования. При этом различают методы математического и имитационного моделирования.

Математическое моделирование - это средство изучения реального объекта, процесса или системы путем их замены математической моделью.

31

Имитационное моделирование – это метод исследования, при котором изучаемая система заменяется моделью, с достаточной точностью описывающей реальную систему, с которой проводятся эксперименты с целью получения информации об этой системе.

Первый метод позволяет получить результат достаточно быстро, но при этом не всегда достаточно точный. Следует обратить внимание на то, что данный метод практически не применим к сложным моделям по причине сложности математической аналитики. Метод же имитационного моделирования позволяет получать результат с заданной точностью практически для любых систем различной сложности.

Поскольку в данный момент обширно внедряется технология LTE, то объемы передаваемой информации стремительно увеличиваются и классические распределения не всегда могут подойти для описания информационных потоков в современных сетях. Поэтому появляются новые виды распределений, для которых нет аналитики и с помощью имитационного моделирования возможно исследование вероятностно-временных характеристик (ВВХ) систем 4G (LTE).

АНАЛИТИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ПАРАМЕТРОВ КАЧЕСТВА ОБСЛУЖИВАНИЯ (QOS) В СЕТЯХ 4G

Таскаев М.Г. СибГУТИ, Новосибирск e-mail: getamax@mail.ru

«Кто владеет информацией – тот владеет миром». В нашем сверхтехнологичном веке эти слова Н. Ротшильда уже стали аксиомой с небольшим дополнением: завладеть информацией необходимо оперативно и без потерь. Поэтому услуги высокоскоростной передачи данных с гарантированным качеством обслуживания в последнее время становятся всё более востребованными.

Развитие современных сетей происходит в тандеме с необходимостью обеспечения предоставления инфокоммуникационных услуг мобильным пользователям. Мобильные, или сотовые, сети в настоящее время находятся на четвертой ступени своей эволюции. Четвертое поколение представлено сетями

WiMAX-Advanced и LTE-Advanced, причем в России наибольшую популярность и широкое распространение получили сети LTE.

Обширный спектр предоставляемых пользователям услуг и при этом ограниченность частотного диапазона ставят перед сотовыми операторами задачу эффективного управления ресурсами сети для обеспечения требуемого качества предоставления услуг. Для этого необходимо развивать методы оценки параметров качества обслуживания (QoS), приспосабливая их к современным технологиям передачи данных.

32

Вкачестве метода решения поставленной задачи выбран метод моделирования однородной замкнутой сети массового обслуживания, адаптированный к условиям LTE сети.

Вдокладе представлены полученные в результате исследования характеристики QoS – транзитная задержка, джиттер задержки и потери при передаче видео трафика.

ОЦЕНКА ПАРАМЕТРОВ КАЧЕСТВА СИСТЕМ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ 4 ПОКОЛЕНИЯ

Чипизубов Н.А. СибГУТИ, Новосибирск e-mail: chipizubov-nikit@mail.ru

Научный руководитель - Кокорева Е.В., доцент СибГУТИ

Новые телекоммуникационные технологии, выдвигаемые на рынок связи, позволяют представить на рынок услуг связи большое количество сервисов, качество которых необходимо непрерывно контролировать.

Внастоящее время качество мобильной связи является достаточно актуальной темой, так как одним из ключевых направлений развития телекоммуникационного рынка является повышение качества услуг связи. Деятельность операторов сотовой связи осуществляется в конкурентной рыночной среде, а конкурентные преимущества операторов связи достигаются не только благодаря внедрению самых передовых технических средств передачи и коммутации, но и путем повышения обслуживания клиентов. Очень важно изучать потребности пользователей и показатели качества услуг, описывающие эти требования.

Некоторые услуги реального времени чувствительны к задержке, такие как голос и видеоконференция, в то время как другие требуют целостности, высокой скорости передачи данных и чувствительны ко времени ожидания (как VPN и FTP). Одновременная поддержка приложений с различными требованиями качества обслуживания (QoS) – одна из самых важных проблем в сотовых сетях.

Стандарт LTE, разработанный консорциумом 3GPP (Third Generation Partnership Project), позволяет значительно повысить скорость передачи данных по мобильной связи, поэтому сети, построенные на основе этого стандарта, в настоящее время получают все более широкое распространение во всем мире. Повышается скорость передачи данных и, соответственно, повышается качество услуг, что в свою очередь, способствует распространению современных мультимедийных сервисов (социальные сети, он-лайн и сетевые игры, различные интерактивные приложения, видеозвонки, видеоконференции

идр.).

Вдокладе рассматриваются полученные в результате анализа характеристики параметров качества систем 4 поколения, такие как задержка, вероятность потерь, пропускная способность.

33

Секция 3

ЗВУКОВОЕ, ТЕЛЕВИЗИОННОЕ ВЕЩАНИЕ И СРЕДСТВА МУЛЬТИМЕДИА

ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ РАСШИРЕНИЯ ПОЛОСЫ ПРОПУСКАНИЯ DVB-T2 ПОКОЛЕНИЯ

Видергольд Д.Н. СибГУТИ, Новосибирск

DVB-T2 - это технология передачи телевизионного изображения и звука при помощи цифрового кодирования видеосигнала и сигнала звука с

частотных ресурсах. DVB-T2 является последним в семействе стандартов DVB цифрового эфирного (наземного) телевидения, так как физически невозможно реализовать более высокую «скорость передачи информации в единице спектра». Цифровое кодирование в отличие от аналогого обеспечивает доставку сигнала с минимальными потерями, так как картинка и звук цифрового сигнала не подвержены влиянию внешних факторов (помех). Система DVB-T2 использует схему цифровой модуляции OFDM для устойчивости сигнала и предлагает несколько режимов, позволяющих сделать его максимально гибким.

DVB-T2 поддерживает частотные полосы пропускания канала: 1.7, 5, 6, 7, 8 и 10 МГц. Причём, 1.7 Мгц предназначена для мобильного телевидения. Пропускная способность системы DVB-T2 будет определяться выбором целого ряда системных параметров. Для этой цели предусмотрено множество опций, и о конкретной конфигурации приемники будут информироваться с помощью сигнализации. Выбор параметров представляет собой процедуру оптимизации работы системы, например, поиск компромисса между долей служебной информации и временем переключения с канала на канал или между пропускной способностью и устойчивостью к помехам.

Широкий набор конфигурируемых параметров также усложняет сравнение с другими системами. Так, например, если сравнивать DVB-T2 с DVB-T, то для первого могут быть выбраны параметры, обеспечивающие такое же поведение сигнала в стандартном гауссовском канале, но предполагающие большую устойчивость DVB-T2 в условиях сложного приема. Такой вариант уже соответствует значительно более высокой пропускной способности канала DVB-T2 по сравнению с DVB-T. Однако можно выбрать и вариант с немного более низкими показателями для гауссовского канала, но по-прежнему (как ожидается) с несколько более высокими для каналов, со сложными условиями приема. В этом случае прирост пропускной способности будет еще больше. Сравнительные характеристики систем с одинаковым поведением в

34

гауссовском канале представлены в таблице. Как можно видеть, ожидаемый прирост пропускной способности относительно DVB-T составит около 49%.

СВЧ ФИЛЬТРЫ НА МЕТАЛЛО-ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СТРУКТУРАХ

Ищук А.А. СибГУТИ, Новосибирск

Фильтры СВЧ на основе запредельной волноводно-диэлектрической структуре обладают минимальными массогабаритными параметрами. Но при этом у таких фильтров имеется существенный недостаток – низкая добротность. Этот недостаток несколько уменьшается за счет использования двух модового режима. В диапазонах сантиметровых и миллиметровых волн преимущества по габаритам запредельных волноводно-диэлектрических структур несколько нивелируется. Поэтому в миллиметровом диапазоне волн широкое распространение получили фильтры СВЧ на основе планарных волновых металло-диэлектрических структур. В этих фильтрах конструкция, состоящая из металлических пластин и диэлектрических вкладышей, помещается в Е-плоскости металлического прямоугольного волновода вдоль его оси.

В данном сообщении рассматривается упрощенный вариант таких структур, а именно фильтры с индуктивными полосками. Фильтр рассматривается как система связанным волноводно-щелевых резонаторов, а отдельный волноводно-щелевой резонатор представлен в виде обобщенного резонансного звена. Обобщенное резонансное звено состоит из отдельных отрезов линий передачи с определенной длиной и диэлектрическим заполнением. Отрезки линий передачи на входе и выходе волноводно-щелевого резонатора работают в запредельном режиме. При построении расчетной модели использовался аппарат волновых [T] и классических [A] матриц передачи. Получены аналитические выражения для определения основных параметров резонансных звеньев, на основе которых могут быть построены фильтры СВЧ с различными амплитудно-частотными характеристиками.

35

ХАРАКТЕРИСТИКИ ВЕЩАТЕЛЬНЫХ СТАНДАРТОВ ТЕЛЕВИДЕНИЯ ВЫСОКОЙ ЧЕТКОСТИ

Мамчев Г.В. СибГУТИ, Новосибирск

Использование цифровых методов в телевидении позволило во многом унифицировать множество предложенных стандартов вещания за счет применения единого формата (16:9) изображения ТВЧ, предусматривающего 1080 активных строк в кадре с чересстрочным и прогрессивным разложением при 1920 отсчетах в активной части строки для яркостного сигнала и 960 отсчетах для цветоразностных сигналов. Предполагаемая переключаемая частота кадров 24, 25, 30 кадров в с при частоте полей 40/60 полей в с. Непосредственно в телевизионных устройствах, воспроизводящих изображения с высокой яркостью, частота смены кадров может быть увеличена до значения 75 Гц. Формат 16:9 означает формирование ортогональной структуры отсчетов, что соответствует квадратным элементам изображения на экране, обычно используемым в компьютерной технике.

Следующий этап эволюции телевизоростроения связан с переходом от стандарта HD TV к телевидению сверхвысокой четкости (Ultra HD TV). МСЭ уже объявил о разработке соответствующей рекомендации, практическая реализация которой создаст новую информационную среду вещательного телевидения.

Врекомендации МСЭ-R внедрение стандарта качества UHD TV разделяется на два этапа. Прогресс на каждом из этих этапов качества приблизительно аналогичен этапу перехода от обычного телевизионного стандарта четкости к ТВЧ формата Full HD. Причем первый этап в числе уровней качества изображения UHD TV имеет эквивалентное разрешение около 8,3 Мп (3840х2160 = 8294400 пикселей в одной кадре изображения), а следующий уровень – уже около 33 Мп (7680х4360 = 33177600 пикселей в кадре), что в 16 раз больше, чем предусмотрено современным стандартом Full HD. Для краткости описания они обозначаются 4К и 8К соответственно. Переход будет осуществляться поэтапно – сначала в 4К, а затем в 8К.

Встандарте 4К в настоящее время производится оцифровка киноархива Госфильмфонда России.

Широкую дорогу практическому внедрению ТВЧ открыли цифровые методы телевизионного вещания. К настоящему времени уже функционируют более сотни европейских спутниковых каналов, работающих в формате ТВЧ. Причем спутниковый способ передачи оказался оптимальным для передачи ТВЧ-сигналов на домашние (абонентские) телевизоры, особенно при применении систем вещания DVB-S2 (Digital Video Broadcasting – Satellite –

стандарт передачи цифровых сигналов по спутниковым сетям вещания второго поколения, обеспечивающий 50%-е улучшение использования спектра).

36

ВНЕДРЕНИЕ ВИРТУАЛЬНОГО ПЕРСОНАЖА В СРЕДУ ТЕЛЕВИЗИОННОЙ СТУДИИ

Скоробогатов Р.Ю., Гапчук И.М. СибГУТИ, Новосибирск e-mail: ro-m-a-n@yandex.ru

В последнее время телевидение переживает бурный рост. Трансляция таких важных событий как зимняя Олимпиада 2014 года в Сочи, ЧМ по хоккею и футболу, которые будут проведены в России в ближайшие годы, требуют не только всестороннего обзора от команды работников осуществляющих трансляции во время проведения матчей и соревнований, но также и освещения состояния игроков, разбора матчей и многое другое после игр, в студии. И именно эта составляющая сейчас является самой быстрорастущей на Российском телевидении.

Однако реальные студии требуют разработки и покупки новых декораций, выставления нового освещения и сопряжены с рядом других проблем. К тому же, там не возможно, или практически исключено взаимодействие с виртуальными объектами, помогающими составить более полную картину событий для показа телезрителю.

Большинства этих изъянов лишена виртуальная телевизионная студия (ВТС), дополненная целым рядом преимуществ, таких как удешевление производства программ после приобретения ВТС, отсутствие зрительных дефектов декораций и необходимости ожидания создания новых декораций, их доставки и дальнейшего размещения. Тем не менее, у этих студий есть такие проблемы, как: сложность внедрения виртуального персонажа, конфликт при пересечении виртуального и реального объектов, выставление точного света, как в виртуальной среде, так и в реальной.

На решение первых двух проблем и направлено основное внимание моей диссертационной работы. А именно, внедрение виртуального персонажа в среду ВТС по средствам Kinect и разрешение конфликта при пересечении виртуального и реального объекта на уровне программного дополнения к ВТС. Успешные итоги реализации данной работы помогут повысить интерактивность передач, повысят их рейтинги и позволят осуществлять освещение событий не только на словах, но и с погружением в виртуальную среду, отражающую реальность происходящих событий.

37

Секция 4

АНТЕННЫ И СВЧ УСТРОЙСТВА

СОВМЕСТНЫЙ СИНТЕЗ МОДУЛЯТОРА И ДЕМОДУЛЯТОРА ДЛЯ MIMO-КАНАЛОВ РАДИОСВЯЗИ

Батенков К.А.

Академия Федеральной службы охраны Российской Федерации, Орёл

Модели векторных каналов связи, или в более употребимой терминологии в технике – каналов с множеством входов и выходов (MIMO – multiple-input multiple-output), представляют собой обобщенное описание достаточно большого класса моделей каналов [1]. Зачастую каналы с множеством входов и выходов ассоциируют с системами связи, использующими антенные решетки, либо несколько проводных линий связи одновременно [2]. Однако подобные модели каналов сводятся не только к подобному описанию, но и могут рассматриваться в более общем контексте, например, многопользовательской связи.

Вданной работе внимание акцентируется именно на варианте применения модели векторного канала к системам передачи информации, использующим антенные решетки. Сам канал в данном случае включает не только физическую среду передачи, то есть радиоканал, но и части системы передачи информации, например антенную решетку. Принципиальным моментом является то, что на вход векторного канала подаются непрерывные сигналы, а с выхода принимаются подобные им.

Врезультате в работе сформулированы необходимые условия оптимальности детерминированных операторов демодуляции по критерию минимума среднеквадратического отклонения для модели случайного векторного линейного фильтрового канала связи с аддитивным шумом в пространственно-матричной форме [3, 4]. Они позволили формализовать необходимые условия оптимальности детерминированных операторов демодуляции по критерию минимума среднеквадратического отклонения для модели случайного векторного линейного фильтрового канала связи с аддитивным шумом в матричной форме.

Постановка задачи синтеза оптимальных операторов модуляции по критерию минимума среднеквадратического отклонения при условии оптимальности операторов демодуляции для модели случайного векторного линейного фильтрового канала связи с аддитивным шумом в матричной форме,

атак же последующее применение метода множителей Лагранжа и дифференцирование результирующего лагранжиана в виде конечных разностей позволило на основе численных методов решить задачу синтеза модулятора и демодулятора для случайного векторного линейного фильтрового канала связи с аддитивным шумом [5].

38

Проведенная оценка технического эффекта полученных решений для случая передачи одномерных двухпозиционных амплитудно-модулированных сигналов показала значительный энергетический выигрыш (порядка 8 дБ) относительно широкоиспользуемой модуляции гармоническими несущими. При этом наибольший энергетический выигрыш наблюдается в области равносильности полезного сигнала и аддитивного шума. Нелинейная же модуляция обладает большим техническим эффектом по сравнению как с оптимальной линейной, так и стандартной в области больших отношений средней энергии к спектральной плотности шума.

При сопоставимости энергий передаваемых сигналов и аддитивного шума наибольшее влияние на надежность передачи информации оказывает аддитивный шум, а мультипликативная помеха достаточно слаба, поскольку мала и энергия передаваемых сигналов. В результате оптимальная линейная модуляция, впрочем как и нелинейная, обладает большим техническим эффектом при наличии значительного межканального взаимодействия по сравнению со стандартной именно благодаря возможности дополнительной "накачки" за счет дублирующего канала. Однако при отсутствии переходных влияний подобное перераспределение энергии не осуществимо вследствие чего и энергетический выигрыш падает практически до нуля.

При значительном отношении сигнал–шум технический эффект стандартной модуляции становится сопоставим с эффектом от оптимальной линейной модуляции (даже при наличии значительного межканального взаимодействия). Это связано, прежде всего, с тем, что роль аддитивной помехи слаба, а влияние мультипликативной велико. В результате перераспределение энергии между подканалами не позволяет получать дополнительного выигрыша, поскольку рост энергии передаваемых сигналов одновременно вызывает и увеличение ошибки из-за мультипликативной составляющей.

Оптимальная нелинейная модуляция за счет большего числа степеней свободы позволяет достаточно эффективно бороться именно с мультипликативной помехой. В итоге при значительных отношениях отношения сигнал–шум выигрыш относительно оптимальной линейной модуляции может составлять величину порядка 8 дБ. При этом выигрыш существенно зависит от некоторых свойств случайного векторного канала связи. Так, с ростом стабильности коэффициента передачи канала увеличивается энергетический выигрыш, однако область отношения сигнал– шум, где он наблюдается, смещается в район значительных величин. В результате в пределе (канал с постоянными параметрами при κ→∞) подобное смещение оказывается настолько существенным, что различия между оптимальной линейной (стандартной) и нелинейной модуляциями наблюдаются так же при предельных отношениях сигнал–шум γ0→∞. Таким образом, с одной стороны канал с высокой нестабильностью коэффициента передачи обладает сравнительно низким потенциалом для нелинейных методов модуляции и демодуляции, однако подобный выигрыш наблюдается даже при сравнительно малых отношениях сигнал–шум. С другой же стороны потенциал канала со стабильным коэффициентом передачи оказывается довольной высоким, но в то

39

же время энергетический выигрыш регистрируется только при значительных отношениях сигнал–шум.

Проведенный в работе анализ устойчивости получаемых оптимальных нелинейных процедур модуляции и демодуляции показал существенные различия в поведении показателя качества по сравнению с линейными методами. Как при линейных, так и при нелинейных методах присутствует довольно устойчивое состояние системы, характеризуемое примерной постоянностью среднеквадратической ошибки вне зависимости от относительной погрешности измерения дисперсий аддитивного белого гауссовского шума. Однако при значительных величинах отношения средней энергии к спектральной плотности шума наблюдается лавинообразный рост среднеквадратической ошибки при нелинейных модуляции и демодуляции, в то время как для линейных методов подобный рост оказывается существенно ниже.

В целом же для линейного векторного случайного фильтрового канала с аддитивным шумом применение нелинейных модулятора и демодулятора оказывается целесообразным, даже не смотря ужесточение требований к производительности программных средств. При этом вопрос использования нелинейных схем необходимо решать не только на основе учета свойств случайного фильтрового канала с аддитивным шумом, но и акцентируя внимание на требуемый энергетический диапазон работы системы связи.

Литература:

1.Kuhn, V. Wireless communications over MIMO channels / Volker Kuhn. – Chichester: John Wiley & Sons Ltd, 2006. – 363 p.

2.Батенков К. А. Математическое моделирование непрерывных многопараметрических каналов связи в операторной форме // Телекоммуникации. – 2013. – № 10. – С. 2–4.

3.Батенков, К. А. Необходимые условия оптимальности операторов модуляции и демодуляции // Многоядерные процессоры, параллельное программирование, ПЛИС, системы обработки сигналов: сб. ст. / [сост. А.В. Калачев, В.В. Белозерских]. – Барнаул: Барнаул, 2013. – С. 58–62.

4.Батенков, К. А. Обобщенный пространственно-матричный вид энергетических ограничений систем связи // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. – 2013. – № 3. – С. 238–

5.Батенков К. А. Математические модели модулятора и демодулятора с заданным порядком нелинейности // Цифровая обработка сигналов. – 2013. – № 1. – С. 14–21.

40