555_Innovatsii_inauchno-tekhnicheskoe_tvorchestvo_molodezhi2014_

Курлаев С.А., Бармина А.В., Шубина А.В. НГТУ, Новосибирск.

Визуализация работы алгоритмов хэширования. Научный руководитель - 338

Курлаев С.А., ассистент НГТУ

Курлаев С.А., Грунев В.В. НГТУ, Новосибирск. Разработка веб-портала для компании, занимающейся проведением электронных платежей. 340

Научный руководитель - Курлаев С.А., ассистент НГТУ Кутищева А.Ю. ИНГГ им. А.А. Трофимука СО РАН, НГТУ, Новосибирск.

Исследование эффективных свойств многомасштабных материалов. 341

Научный руководитель - Шурина Э.П., профессор НГТУ

обратной задачи вызванной поляризации. Научный руководитель – 365

Персова М.Г., профессор НГТУ

21

22

Секция 1

РАДИОСВЯЗЬ

ОПТИМИЗАЦИЯ СЕТИ СТАНДАРТА DVB-T2

Абдулов Г.Ю. СибГУТИ, Новосибирск

Научный руководитель – Носкова Н.В., доцент СибГУТИ

В Программе социально-экономического развития Российской Федерации на среднесрочную перспективу, утвержденной Правительством РФ, была определена задача модернизации сети телевещания Российской Федерации, которая включает переход на цифровое вещание. Была принята концепция развития телерадиовещания в РФ 2009-2015г. C 2012 года во всех вновь создаваемых эфирных наземных сетях цифровое телевизионное вещание (ЦТВ) будет осуществляться только в стандарте DVB-T2 (с последующим переводом на данный стандарт уже существующих сетей DVB-T).

Существуют несколько моделей сети ЦТВ стандарта DVB-T2: модель MFN (многочастотная) и SFN (одночастотная), имеющие свои достоинства и недостатки. Потому более гибкой является смешанный вариант. Строительство одночастотной сети (более преимущественное) является довольно трудной задачей. На практике, теоретические расчеты параметров не всегда соответствуют истинным значениям. Кроме того, условия распространения сигнала зависят от некоторых факторов, например, от влияния изменения ландшафта, перемены погодных условий и времени года. Поэтому, на первоначальном этапе строительства сети, весьма важным, является практический аспект, а именно, измерения и мониторинг распространения сигналов. И задача оптимизации сети уже встает после её реализации на конкретной местности.

Так или иначе, при оптимизации сети ЦТВ следует находить разумный компромисс и использовать все имеющиеся возможности стандарта DVB-T2.

ИССЛЕДОВАНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ РАСПРОСТРАНЕНИЯ РАДИОВОЛН В ПОМЕЩЕНИЯХ

Барышева А.П. СибГУТИ, Новосибирск

Научный руководитель – Кокорич М.Г., доцент СибГУТИ

В настоящее время разрабатывается множество новых систем персональной радиосвязи, работающих на коротких расстояниях (менее 1 км) внутри помещений. Поэтому существует потребность в разработке как общих (то есть не зависящих от местоположения) моделей и рекомендаций относительно первичного планирования систем и оценки помех, так и

23

детерминированных (или зависящих от местоположения) моделей для более точных оценок. Знание параметров распространения радиоволн внутри зданий и характеристик помех от многочисленных пользователей в пределах той же зоны обслуживания является определяющим фактором при проектировании систем.

Прогнозирование параметров распространения для радиосистем, работающих внутри помещений, несколько отличается от такового для наружных систем. Что касается наружных систем, то для них конечной целью является обеспечение эффективного охвата требуемой зоны (или обеспечение надежной передачи на трассе в случае систем связи пункта с пунктом), а также борьба с помехами, как в пределах системы, так и для других систем. В случае же приема внутри помещений размеры зоны охвата вполне определяются геометрией здания, причем границы самого здания будут влиять на характеристики распространения. Помимо повторного использования частоты на одном и том же этаже здания, такой способ использования частот зачастую желателен и между разными этажами здания, в результате чего проблема описания помех становится трехмерной. И, наконец, распространение на очень короткие расстояния, особенно при использовании миллиметровых волн, сопряжено с тем, что даже небольшие изменения в среде, непосредственно окружающей радиотрассу, могут существенно влиять на характеристики распространения.

Характеристики распространения внутри помещения зависят от отражения от строительных материалов и проникновения сигнала сквозь них. Отражательные свойства и пропускная способность материалов зависят от комплексной диэлектрической проницаемости материалов. Естественно, что в моделях прогнозирования распространения, учитывающих специфику места, в качестве основной исходной информации могут потребоваться данные о комплексной диэлектрической проницаемости строительных материалов, а также о структуре здания.

ОСНОВЫ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО РАСЧЕТА СПУТНИКОВОЙ ЛИНИИ СВЯЗИ

Белоконева О.И. СибГУТИ, Новосибирск

Научный руководитель – Кокорич М.Г., доцент СибГУТИ

Линия спутниковой связи состоит из двух участков: Земля—спутник и спутник—Земля. На обоих участках ощущается дефицит энергетики.

На первом — из-за тенденции к уменьшению мощности передатчиков и упрощению земной станции, на втором — из-за ограничений на массу, габаритные размеры и энергопотребление бортового ретранслятора, лимитирующих его мощность.

Основная особенность спутниковых линий — наличие больших потерь сигнала, обусловленных затуханием его энергии на трассах большой

24

физической протяженности. Помимо этого основного затухания в пространстве, сигнал в линиях спутниковой связи подвержен влиянию большого числа других факторов. Таких как поглощение в атмосфере, рефракция, влияние дождевых осадков и т.д. С другой стороны, на приемное устройство спутника и земной станции кроме собственных флуктуационных шумов воздействуют разного рода помехи в виде излучения космоса, солнца и планет.

Поэтому необходима оценка влияния всех факторов, которая позволяет осуществить оптимальное проектирование системы, обеспечить ее уверенную работу в наиболее трудных условиях и в то же время исключить излишние энергетические запасы, приводящие к неоправданному увеличению сложности земной и бортовой аппаратуры. Нормы на некоторые качественные показатели спутниковых каналов (например, отношение сигнал-шум) имеют статистический характер. Это заставляет оценивать возмущающие факторы также статистически, т. е. при расчетах вводить не только количественную меру воздействия того или иного фактора, но и вероятность (частоту) его появления. Необходимо учитывать характер и число передаваемых сигналов, а также характер их преобразования (обработки) в спутниковом ретрансляторе. При передаче телефонных сигналов с многостанционным доступом через бортовой ретранслятор проходит несколько сигналов, разделенных по частоте, времени или форме и оказывающих взаимное влияние, которое должно учитываться при расчете энергетики спутниковых линий.

ТЕХНОЛОГИИ ПОСТРОЕНИЯ СЕТЕЙ СВЯЗИ В УСЛОВИЯХ КРАЙНЕГО СЕВЕРА

Воронова Л.А. СибГУТИ, Новосибирск

Научный руководитель – Носкова Н.В., доцент СибГУТИ

На протяжении уже многих лет одним из наиболее экономичных и быстрых способов организации радиопередачи информационно-транспортных потоков на большие расстояния остается радиорелейная связь. Причем, если раньше в основной своей массе магистральные линии, обеспечивающие такую связь, были аналоговыми, то сейчас им на смену пришли современные цифровые радиорелейные линии (ЦРРЛ), обладающие высокой пропускной способностью - более 155 Мбит/с. Передача сигналов в ЦРРЛ ведется с использованием многопозиционных методов модуляции и помехоустойчивого кодирования.

Со строительством высокоскоростных ЦРРС связано ведущееся в настоящее время интенсивное освоение Ямало-Ненецкого автономного округа, которое требует серьезных инвестиций не только в создание технологических объектов, но и в построение телекоммуникационной составляющей. Выбор технологии построения телекоммуникационной инфраструктуры этого региона во многом предопределили его климатические и природные особенности.

25

В частности:

-низкие температуры, минимальные температуры зимой опускаются до

−70 °С;

-наличие огромного количества водных преград, степень заболоченности достигает 40%, на долю речных долин приходится 1/5 всей территории округа;

-многолетняя мерзлота грунта;

-большие расстояния между населёнными пунктами.

Использование технологии РРЛ в северных городах, таких как Новый Уренгой и Ямбург, имеет ряд преимуществ перед другими системами связи - это относительная простота сооружения линии, оперативность развертывания сети с небольшими затратами, беспрепятственное прохождение над водными объектами и транспортными магистралями, а также высокая эксплуатационная рентабельность и возможностью быстрого разрешения вопросов развития и реконструкции сети с минимальными дополнительными вложениями.

ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ТРАНКИНГОВЫХ СИСТЕМ СВЯЗИ

Горбань С.И. СибГУТИ, Новосибирск

Научный руководитель – Носов В.И., профессор СибГУТИ

TETRA является открытым стандартом цифровой транкинговой радиосвязи, разработанным европейским институтом телекоммуникационных стандартов ETSI для замены морально устаревшего стандарта MPT 1327.

Под термином "транкинг" понимается метод доступа абонентов к общему выделенному пучку каналов, при котором свободный канал выделяется абоненту на время сеанса связи. В соответствии с этим транкинговыми системами называются радиально-зоновые системы сухопутной подвижной УКВ радиосвязи, осуществляющие автоматическое распределение каналов связи ретрансляторов (базовых станций) между абонентами.

Радиоинтерфейс стандарта TETRA предполагает работу в стандартной сетке частот с шагом 25 кГц и минимальным дуплексным разносом радиоканалов 10 МГц. Могут использоваться диапазоны частот от 150 до 900 МГц. Используется метод временного разделения каналов TDMA на одной физической частоте образуется 4 логических канала (слота).

Среди различных стандартов цифровой транкинговой радиосвязи наиболее перспективными для внедрения в России большинство специалистов считают общеевропейский стандарт TETRA и американский стандарт APCO 25, использующий частотное разделение каналов (FDMA).

При сравнении основных параметров систем связи на основе данных стандартов в ряде источников приводятся сведения о том, что системы стандарта APCO 25 обеспечивают дальность связи в 2 раза, а зону покрытия базовой станции в 4 раза большую по сравнению с TETRA. На основании этого делается вывод о существенно большей экономической эффективности систем

26

с FDMA, требующих установки значительно меньшего количества базовых станций на определенной ограниченной территории.

Основной проблемой при проектировании сети стандарта ТETRA является определение зоны обслуживания базовой станции. Известно большое количество методик расчета обеспеченности радиосвязью абонентов в транкинговых сетях. Методики основаны на результатах теоретических и практических исследований распространения радиоволн в реальных условиях. Целью исследования является изучение особенностей построения сетей с однозоновым и многозоновым размещением передатчиков.

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ГЛОНАСС И GPS

Губарь В.В. СибГУТИ, Новосибирск

Научный руководитель – Сергеева А.С., ст. преподаватель СибГУТИ

Единая Навигационная Система оказывает услуги, основанные на использовании технологий спутниковой навигации. В докладе сравниваются две спутниковые навигационные системы Глонасс и GPS.

ГЛОНАСС (глобальная навигационная спутниковая система) - российская спутниковая система навигации. Она является российским аналогом американской системы глобального позиционирования (GPS) и позволяет определять местоположение и скорость движения сухопутных, морских и воздушных объектов с точностью до 1 м.

GPS - это первые буквы английских слов "Global Positioning System", что в перевод на русский означает «глобальная система местоопределения». Она предназначена для определения текущих координат пользователя на поверхности Земли или в околоземном пространстве. В основе той и другой системы спутниковой навигации лежит принцип определения местоположения путем измерения моментов времени приема синхронизированного сигнала от навигационных спутников антенной потребителя. Но в отличии от GPS, спутники ГЛОНАСС в своем орбитальном движении не имеют резонанса с вращением Земли, что обеспечивает им большую стабильность. В работе проводится сравнительная характеристика навигационных систем с точки зрения количества спутников, количества орбитальных плоскостей, гарантийного срока эксплуатации, зон покрытия, точности определения местоположения потребителя в метрах, а также точность определения скорости движения потребителя в метрах за секунду. В заключении приводится сводная информация о системах, а также делается вывод об эффективном использовании с точки зрения потребителя.

27

МИЛЛИМЕТРОВЫЙ ДИАПАЗОН РАДИОВОЛН В СИСТЕМАХ БЕСПРОВОДНОЙ СВЯЗИ

Кожинов А.А. СибГУТИ, Новосибирск

Научный руководитель – Сергеева А.С., ст.преподаватель СибГУТИ

В большинстве стран разрешено безлицензионное использование высокочастотных диапазонов 58 – 95 ГГц. На сегодняшний день к высокочастотным диапазонам относят следующие: 58,25-63.25 ГГц, 71–76/81– 86 ГГц (Е-диапазон) и 92–95ГГц. Последний диапазон недостаточно освоен, является теоретическим, поэтому практически не используется. Особенностью диапазона 58,25-63.25 ГГц является наличие локального максимума затухания в молекулах кислорода и водяных парах, что приводит к ограничению реальной дальности передачи значением, не превышающим 1 км.

Е-диапазон 71–76/81–86 ГГц, в большинстве стран относится к диапазонам с упрощенным порядком лицензирования. Затухание в молекулах кислорода и водяных парах значительно меньше, чем в диапазоне 60 ГГц, типовое значение дальности находится в пределах от 3 до 7 км при гигабитных скоростях в радиоканале. Е-диапазон состоит из трех частотных полос – 71–76, 81–86 и 92–95 ГГц, причем наиболее активно осваиваются первые две полосы. Такое распределение частот имеет свои достоинства. Во-первых, суммарная ширина первых двух частотных полос в 10 ГГц значительно больше любой другой доступной полосы частот, используемой в системах беспроводной связи, что позволяет Е-диапазону обеспечить работу целого поколения новых систем беспроводной связи. Во-вторых, при распределении частот Е-диапазона, включающего два канала по 5 ГГц, не происходит деления на полосы, как в случае более низкочастотных СВЧ-диапазонов. Благодаря широкой полосе Е- диапазон достаточен для передачи данных со скоростью 1 Гбит/с посредством простейших схем модуляции - двухпозиционной фазовой манипуляции (BPSK). При более сложных схемах модуляции скорость передачи в полнодуплексном режиме может достигать 10 Гбит/с. В работе производится сравнительный анализ использования различных видов модуляции, оценивается скорость передачи данных, а также рассматриваются аппаратные схемы для построения системы связи в Е-диапазоне.

28

ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ЗОНУ ОБСЛУЖИВАНИЯ РАДИОПЕРЕДАТЧИКА DVB-T2

Королёва О.В. СибГУТИ, Новосибирск

Научный руководитель – Кокорич М.Г., доцент СибГУТИ

Стандарт наземного цифрового телевизионного вещания второго поколения DVB-T2 в наибольшей степени ориентирован на применение в одночастотных сетях цифрового телевидения при относительно высоких скоростях передачи данных. Также призван увеличить на 30-50% ёмкость сетей эфирного наземного цифрового телевидения по сравнению с DVB-T при той же инфраструктуре сети и частотных ресурсах.

Оптимальным способом исключения участков неудовлетворительного приема и расширения зоны вещания цифрового телевидения является создание одночастотных (синхронных) сетей вещания, в которых телевизионные программы транслируются на большую территорию параллельно через ряд радиопередатчиков (РТПС), работающих на одной и той же частоте. Требование отсутствия “пробелов” в зоне покрытия приводит к необходимости использования установки радиопередатчиков с частично перекрывающимися областями охвата.

Вслучае использования DVB-T2 наиболее эффективна работа одночастотных сетей, в которых применяется способ модуляции COFDM (частотное уплотнение ортогональных несущих частот с кодированием), позволяющий работать в условиях многолучевого приема.

Всети SFN-типа (расширение зоны покрытия радиосигналами и сглаживание в ней мертвых зон) при размещении радиопередатчиков в отдельных зонах синхронной сети на границах смежных зон всегда присутствуют сигналы от соседних передатчиков, причем в некоторых точках сети расстояние от приемников до соседних передатчиков одно и то же. В этом случае прием сигналов соседних передатчиков на ненаправленную антенну приводит к возникновению селективных по частоте замираний. Однако система цифрового телевизионного вещания DVB-T2 потенциально обеспечивает возможность эффективной борьбы с селективными замираниями с одновременным увеличением общей зоны обслуживания синхронной сетью

SFN.

Система наземного цифрового телевизионного вещания второго поколения DVB-T2, работающая с использование схемы разнесенного приема, позволяет создавать достаточно большие по площади синхронные региональные сети эфирного цифрового телерадиовещания.

Приём цифрового сигнала DVB-T2 осуществляется эфирной коллективной, индивидуальной или комнатной антенной подключенной к телевизору со встроенным декодером DVB-T2 или к ресиверу (тв-приставке) DVB-T2.

29

ИССЛЕДОВАНИЕ СПОСОБОВ КОДИРОВАНИЯ СИГНАЛОВ В СЕТЯХ СТАНДАРТА IEEE802.11

Корякин Д.Д. СибГУТИ, Новосибирск

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

Предметом исследования являются различные способы кодирования информации, передаваемой по сетям доступа стандарта IEEE 802.11.

Для решения поставленной задачи необходимо выделить определенные критерии, рассматривающие исходный сигнал с учетом различных внутренних требований к надежности и скорости передачи данных, а также учитывающие воздействие внешней электромагнитной обстановки и электромагнитной совместимости приемо-передающего комплекса.

Основные методы кодирования, применяемые в подавляющем большинстве оборудования стандарта IEEE 802.11:

Код Баркера - фазомодулированные чиповые последовательности, отвечающие указанным требованиям автокорреляции. Коды Баркера обладают наилучшими свойствами шумоподобности, что обуславливает их широкое применение в стандарте 802.11. Чаще всего применяется последовательность длиной в 11 чипов.

Complementary Code Keying - применяет последовательность кодов, называемых дополнительными (Complementary Sequences). В нем последовательность состоит из 64 8-чиповых кодирующих слов, что позволяет закодировать одним словом до 6 бит. Код CCK модулируется с помощью схемы квадратурно-фазовой модуляции.

Packet Binary Convolutional Coding, PBCC - двоичное пакетное сверточное кодирование. Входящая последовательность информационных бит преобразуется в специальном сверточном кодере таким образом, чтобы каждому входному биту соответствовало более одного выходного. Сверточный кодер добавляет определенную избыточную информацию к исходной последовательности. В технологии PBCC используются сверточные кодеры на семь состояний (K = 7) со скоростью r=1/2. Главным достоинством сверточных кодеров является помехоустойчивость формируемой ими последовательности. При избыточности кодирования даже в случае возникновения ошибок приема исходная последовательность бит может быть безошибочно восстановлена. Для восстановления исходной последовательности битов на стороне приемника применяется декодер Витерби.

Применение различных методов кодирования зависит от условий окружающей обстановки и учитывает различные факторы. Кроме того, следует понимать, что не все стандарты семейства IEEE 802.11 обладают поддержкой всех указанных методов кодирования. При этом, главной задачей при выборе метода кодирования является нахождения оптимального соотношения между помехозащищенностью и скоростью передаваемого информационного потока.

30