555_Innovatsii_inauchno-tekhnicheskoe_tvorchestvo_molodezhi2014_

РАЗРАБОТКА КОМПЬЮТЕРНОЙ ПРОГРАММЫ РАСЧЕТА ОВЧ ЧМ РАДИОВЕЩАТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ

Кочергин А.А. СибГУТИ, Новосибирск

Научный руководитель – Воинцев Г.А., доцент СибГУТИ

Проблема расчета параметров электромагнитной совместимости (ЭМС) радиовещательных сетей в сложной электромагнитной обстановке (ЭМО) остается одной из основных при частотно-территориальном планировании новых и модернизации действующих ОВЧ ЧМ радиосетей.

На границе зоны обслуживания принято нормировать удовлетворительное качество для стационарного, мобильного и портативного приема. Расчет параметров ЭМС включает в себя оценку зоны обслуживания и зоны помех радиовещательной станции (РВС). Он основан на оценке отношения уровней напряженности поля Ес полезной РВС, Ем мешающей РВС и радиошума Еш в заданной точке приема. Граничными условиями являются:

Ес = Емин, т.е. сигнал должен быть на уровне чувствительности приемника, ограниченной шумами;

Ес = Емеш + Азащ, т.е. сигнал должен превышать уровень помех на величину защитного отношения по радиочастоте.

На практике для энергетической оценки ТВ радиосетей используют полученные МСЭ – Р (Рекомендация 1546) экспериментальным путем функции зависимости уровня поля Е(Т,L), определенного для Т% времени приема и L% точек приема, от расстояния R с учетом необходимых поправочных коэффициентов на реальные условия распространения радиоволн для диапазона

100МГц.

Вдокладе представлены результаты разработки программы расчета зоны обслуживания и помех ОВЧ ЧМ радиосетей, использующих диапазон 87,5 –

108МГц. На рисунке представлен интерфейс разработанной программы.

Рисунок - Интерфейс программы расчета овч чм радиовещательных сетей

31

ПЕРСПЕКТИВЫ ВНЕДРЕНИЯ СЕТЕЙ СТАНДАРТА 4G

Кочергин В.Е. СибГУТИ, Новосибирск

Научный руководитель – Носкова Н.В., доцент СибГУТИ

Сектор радиосвязи МСЭ (МСЭ-R) завершил проведение оценки шести представлений в отношении возможной технологии международной подвижной беспроводной широкополосной связи 4G, известной под названием IMTAdvanced. В результате согласования этих предложений двум технологиям

"LTE-Advanced" и "WirelessMANAdvanced" было присвоено официальное обозначение IMT-Advanced, что позволило их квалифицировать в качестве подлинных технологий 4G.

Основные исследования при создании систем связи четвёртого поколения ведутся в направлении использования технологии ортогонального частотного уплотнения OFDM.

Системы связи 4G основаны на пакетных протоколах передачи данных. Для пересылки данных используется протокол IPv4, а также, в будущем планируется поддержка IPv6. Подобно тому, как было со стандартом 3G, ITU взяла под свой контроль 4G, привязав его к спецификации, известной как IMTAdvanced. Документ призывает к скорости входящих данных в 1 ГБит/с для стационарных терминалов и 100 МБит/с для мобильных. Это в 500 и 250 раз быстрее по сравнению с IMT-2000.

Где WiMAX и LTE терпят неудачу, так это в скорости передачи данных, у них эти значения теоретически находятся на уровне 40 МБит/с и 100 МБит/с, а на практике реальные скорости коммерческих сетей не превышают 4 МБит/с и 30 МБит/с соответственно, что само по себе очень неплохо, однако не удовлетворяет высоким целям IMT-Advanced. Обновление этих стандартов — WiMAX 2 и LTE-Advanced обещают сделать эту работу, однако она до сих пор не завершена и реальных сетей, которые их используют, по-прежнему не существует.

Тем не менее, можно утверждать, что оригинальные стандарты WiMAX и LTE достаточно отличаются от классических стандартов 3G, чтобы можно было говорить о смене поколений. И действительно, большинство операторов по всему миру, которые развернули подобные сети, называют их 4G. Очевидно, это используется в качестве маркетинга, и организация ITU не имеет полномочий противодействовать. Обе технологии (LTE в частности) скоро будут развернуты у многих операторов связи по всему миру в течение нескольких следующих лет, и использование названия «4G» будет только расти.

32

РАСШИРЕНИЯ СЕТИ ОПЕРАТОРА СОТОВОЙ СВЯЗИ ОАО «МЕГАФОН» В СИБИРСКОМ ОКРУГЕ

Краснов П.А. СибГУТИ, Новосибирск

Научный руководитель – Носкова Н.В., доцент СибГУТИ

В настоящее время телекоммуникации и информационные технологии стали неотъемлемой частью современного человека. Но, к сожалению, не все уголки нашей необъятной страны способны удовлетворить потребности современного человека. В частности в сибирском федеральном округе довольно много непокрытых мест, которые необходимо устранять путем расширения зон покрытия, улучшения оборудования и качества связи. Данная тема очень актуальна в современном мире, где без своевременного обеспечения связи может зависеть очень многое.

Так, например, на протяжении трассы Новосибирск-Барнаул есть, так называемые, «мертвые зоны», где сигнал оператора сотовой связи теряется полностью. В данном докладе за основу взята и проанализирована зона покрытия оператора сотовой связи «Мегафон», одного из крупнейших поставщиков на рынке мобильных систем.

СТАНДАРТ НАЗЕМНОГО ЦИФРОВОГО ТЕЛЕВИЗИОННОГО ВЕЩАНИЯ DVB-T

Кривошеин А.А. СибГУТИ, Новосибирск

Научный руководитель —Чухров А.С., доцент СибГУТИ

DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial) — европейский стандарт наземного цифрового вещания, один из семейства стандартов DVB. Используется в различных европейских, азиатских и африканских государствах, а также в Австралии как стандарт для передачи цифрового телевидения и радио.

Стандарт позволяет передавать сжатое видео, звук и данные в транспортном потоке MPEG, использующем OFDM-модуляцию.

Используемая в DVB-T модуляция OFDM разбивает цифровой поток данных на большое количество более медленных цифровых потоков, каждый из которых в цифровой форме модулируют ряд близко расположенных смежных несущих частот. Микросхемы устройств, осуществляющих модуляцию, могут работать с количеством несущих, равным какой-либо степени двойки, поэтому было выбрано ближайшее число 8192 = 213, режим получил название «8k». Для ускорения принятия стандарта требования снизили, ограничившись числом несущих 2048 = 211, режим «2k». В итоге была принята единая спецификация

«2k/8k».

33

Вдокладе рассматриваются вопросы сравнения мощностей аналогового и цифрового телевизионного сигнала стандарта DVB-T.

Вполосе частот аналогового телевидения постоянно присутствуют различные гармоники изображения, амплитуда которых зависит от передаваемого изображения. Максимальная средняя мощность аналогового телевизионного сигнала достигается тогда, когда передаётся чёрное поле. В цифровом телевидении для характеристики излучаемого сигнала используется средняя мощность. Разность между пиковой мощностью и средней мощностью сигнала цифрового телевидения составляет очень малую величину. Уровень сигнала уверенного приёма аналогового TV 48-54 дб/мкв. Приёмники DVB-T начинают уверенно принимать сигнал при 25-30 дб/мкв. Разница уровней, как минимум, 20 децибел (100 раз).

Это значит, что передатчики цифрового телевидения могут быть мощностью в 100 раз меньше.

АНАЛИЗ ПЕРСПЕКТИВНЫХ МЕТОДОВ МОДУЛЯЦИИ В ШИРОКОПОЛОСНЫХ СИСТЕМАХ СВЯЗИ

Курнаев П.А. СибГУТИ, Новосибирск

Научный руководитель - Маглицкий Б.Н., доцент СибГУТИ

Основной задачей любой системы связи является передача информации от источника сообщения к потребителю наиболее экономичным образом. Метод модуляции определяет степень воздействия помех, достижение максимальной информационной скорости и минимального значения коэффициента ошибок. Рассмотренные типы модуляции отбирались по нескольким критериям: устойчивость к многолучевому распространению; интерференция; количество доступных каналов; требования к линейности усилителей мощности; достижимая дальность передачи и сложность реализации.

В результате проведенного анализа получено, что большинство методов модуляции основаны на широкополосных сигналах, получаемых методом прямой последовательности (DSSS), - классических широкополосных сигналах. В системах с DSSS расширение спектра сигнала в несколько раз позволяет во столько же раз уменьшить спектральную плотность мощности сигнала. Расширение спектра обычно осуществляется путем умножения сравнительно узкополосного сигнала данных на широкополосный расширяющий сигнал.

Широкополосные сигналы, получаемые методом прямой последовательности, с М-ичной ортогональной модуляцией (MOK-модуляция) трудно реализуемы, но на аналоговых компонентах. Применение цифровых микросхем позволяет реализовать уникальные свойства этой модуляции.

Разновидностью MOK является М-ичная двуортогональная модуляция (MBOK). Увеличение информационной скорости достигается за счет применения одновременно нескольких ортогональных PN-кодов при сохранении той же частоты следования чипов и формы спектра. MBOK-

34

модуляция эффективно использует энергию спектра, то есть имеет достаточно высокое отношение скорости передачи к энергии сигнала. Она устойчива к интерференции и многолучевому распространению.

Теоретически MBOK имеет несколько меньший коэффициент ошибок (BER) по сравнению с BPSK при том же самом отношении Eb/N0 (из-за свойств кодирования), что делает эту модуляцию наиболее эффективной по использованию энергии сигнала.

Среди рассмотренных типов широкополосной модуляции наиболее перспективной является М-ичная двуортогональная модуляция MBOK.

ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СЕТИ СОТОВОЙ СВЯЗИ GSM В МАСЛЯНИНСКОМ РАЙОНЕ НСО

Леонова Л.О. СибГУТИ, Новосибирск

Научный руководитель – Воинцев Г.А., доцент СибГУТИ

Сети GSM являют собой состоявшийся успешный бизнес проект и даже сегодня не исчерпали своих возможностей.

Современные сети сотовой радиосвязи используют новые технологии передачи, приема и обработки сигналов, которые развиваются путем установки новых БС в тех регионах, где сотовая связь имеет плохое качество приема или не обеспечивает заданное качество обслуживания абонентов.

Основная задача при проектировании новых БС в Маслянинском районе НСО – определение дислокации БС, расчет зоны радиопокрытия для заданных условий приема, зоны радиопомех, оценка требуемого частотного ресурса для заданного трафика сети в условиях сложной электромагнитной обстановки РЭС, работающих в общих и близких полосах частот.

В докладе рассмотрены особенности расчета указанных сетевых параметров для проектируемых БС GSM, в частности, методы расчета напряженности поля по методу ХАТА в сельской местности, разработаны функциональные схемы БС, рассмотрены вопросы использования секторных антенн.

Для расчета сетей использована учебная компьютерная программа, разработанная на кафедре СРС. Полученные результаты будут использованы для дипломного проектирования.

СРАВНЕНИЕ СТАНДАРТОВ ЦИФРОВОГО НАЗЕМНОГО ВЕЩАНИЯ DVB-T И DVB-T2

Лушников А.А. СибГУТИ, Новосибирск

Научный руководитель - Маглицкий Б.Н., доцент СибГУТИ

Проведенный анализ показывает, что большинство решений, использованных при разработке нового стандарта DVB-Т2, были направлены

35

на максимальное увеличение пропускной способности канала. Среди основных улучшений можно отметить:

-использование новой технологии поворота сигнального созвездия на определенный круговой угол. За счет поворота диаграммы на точно подобранный угол каждая точка созвездия приобретает уникальные координаты, не повторяемые остальными точками. Каждая координата точки обрабатывается в модуляторе отдельно, и затем они передаются в OFDM сигнале отдельно друг от друга. В приемнике опять объединяются, формируя исходное созвездие, сдвинутое по кругу. Таким образом, если одна несущая или символ будут потеряны в результате помех, сохранится информация о другой координате, что позволит восстановить символ, хотя и с более низким уровнем сигнал/шум. Использование поворота сигнального созвездия позволяет получить выигрыш в отношении сигнал - шум от 4 до 7 дБ;

-применение размерностей FFT 16К и 32К позволяет размещать несущие ближе к стандартной спектральной маске, которая накладывается на сигналы DVB-Т в полосе 8 МГц. Это объясняется тем, что большее количество OFDM поднесущих обеспечивает значительно более крутой спад внеполосных составляющих. Такое расширение полосы позволяет передать от 1,7% (16К) до 2,1% (32К) дополнительных данных по сравнению с режимом 2К;

-в отличие от стандарта DVB-T, в котором применялось сверточное кодирование и кодирование Рида-Соломона, в новом стандарте используются более эффективные коды: LDPC (Low Density Parity Check Codes -

помехозащищенный код с низкой плотностью проверок на четность) и кодом

BCH (Bose-Chaudhuri-Hocquenghem - Боуза-Чоудхури-Хоквингема).

Применение новых видов кодирования позволяет вплотную приблизиться к пределу Шеннона и добиться дополнительного выигрыша в отношении С/N 3-5 дБ;

-применение новых видов кодирования и поворот сигнального созвездия позволили использовать модуляцию 256-QAM.

Использование выигрыша в отношении сигнал/шум обеспечивает увеличение пропускной способности канала на 30-50% или увеличение зоны уверенного приема на 20-30%.

ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ ЛОКАЛЬНОГО ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ

Мусвик В.Г. СибГУТИ, Новосибирск

Научный руководитель – Носов В.И., профессор СибГУТИ

Проблема позиционирования в помещениях на данный момент времени не имеет четкого технологического решения. Глобальные системы позиционирования не работают в помещениях или если работают, то дают очень большую погрешность. Позиционирование с использованием распространенных стандартов связи (Wi-Fi, сотовые сети) не позволяют получить удовлетворительную точность. Данная проблема актуальна для

36

позиционирования на складах грузов, то есть там, где стоимость единицы груза достаточна, велика, а объем помещений измеряется сотнями квадратных метров.

Нами проводятся исследования в области использование для таких задач модулей стандарта IEEE 802.15.4 (ZigBee.) Данный стандарт позволяет строить распределенные сети со сложной топологией.

Позиционирование в сетях ZigBee возможно двумя способами: Позиционирование по мощности сигнала(RSSI). Любой беспроводной

канал по стандарту IEEE 802.15.4 имеет встроенную функцию оценки качества связи (Link Quality Indicator), результат выполнения которой есть определение мощности принятого сигнала. Откалибровав по известному расстоянию возможно получение дальности до источника.

Основные погрешности при использовании данного метода:

Быстрые и медленные замирания сигналов из-за изменения распространения радиоволн.

Многолучевое распространение.

Нестабильность выходной мощности передатчика и чувствительности

приемника.

Второй способ основан на измерении времени прохождении сигнала(Ping). Узел сети посылает запрос на другой узел, получает ответный сигнал и определяет время его задержки. Полная задержка сигнала складывается из аппаратно программных задержек на модуле и времени прохождения сигнала туда-обратно. Точное время аппаратно программных задержек вычислить не сложно то в итоге получается время прохождения сигнала. Умножив полученное время на скорость света, получаем расстояние между узлами сети.

Основные погрешности при использовании данного метода:

Нестабильность частоты задающих генераторов

Многолучевое распространение сигнала

Дальнейшие исследования будут направлены на наложения фильтров на метод Ping. Что позволит повысить точность измерения. И использование сравнения фаз несущих.

ОГРАНИЧЕНИЯ И КРИТЕРИИ ОПТИМИЗАЦИИ ПАРАМЕТРОВ ТЕЛЕРАДИОВЕЩАТЕЛЬНЫХ ПЕРЕДАЮЩИХ СТАНЦИЙ

Мутин А.Г. СибГУТИ, Новосибирск

Научный руководитель – Носов В.И., профессор СибГУТИ

ВРоссии для цифрового ТВ вещания используется стандарт DVB-T с шириной полосы радиоканала 8 МГц.

Врадиовещательной службе для наземных передающих сетей телевизионного и звукового радиовещания определение напряжённости поля производится по кривым распространения в соответствии с рекомендацией

37

P.1546-1 международного союза электросвязи для диапазона частот 30 МГц ÷

3000 МГц.

В реальных условиях напряжённость поля, определяемая в зависимости от расстояния от передающей станции, является величиной случайной. Изменения напряжённости поля от точки к точке обусловлены влиянием рельефа местности, а изменения во времени – вследствие неустойчивого состояния тропосферы. По этой причине напряжённость поля оценивают статистически – по проценту мест и проценту времени. Кривые распространения получены в результате обработки многочисленных измерений проведённых за несколько десятков лет в разных регионах земного шара.

Кривые распространения, представляют зависимость значения напряженности поля E от: частоты, на которой работает передатчик; процента мест; процента времени; эффективной высоты подвеса передающей антенны; расстояния от передающей станции до точки приёма.

Для определения значений напряженности поля для любой заданной частоты и высоты подвеса передающей антенны следует использовать интерполяцию или экстраполяцию значений, полученных для номинальных значений частот и высот.

Одним из ограничений при выборе технических параметров станции является необходимый радиус её зоны вещания. Отсюда первый показатель приемлемости решения – в область приемлемых решений попадают те, для которых максимально-возможный радиус зоны вещания не меньше необходимого.

Вкачестве второго показателя допустимости решения, связанного с высотой подвеса передающей антенны, предлагается коэффициент удельных затрат, зависящий от капитальных затрат на антенную башню и от площади зоны покрытия станции, определяемой расстоянием прямой видимости.

Вкачестве третьего показателя допустимости решения, связанного с высотой подвеса передающей антенны и излучаемой мощностью, предлагается коэффициент использования станции, определяемый отношением площади зоны покрытия станции и максимальной площади зоны покрытия.

5 КЛЮЧЕВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В LTE

Нечаев И.А. СибГУТИ, Новосибирск

Научный руководитель – Носов В.И., профессор СибГУТИ

1.OFDM (мультиплексирование с ортогональным частотным разделением каналов) является технологией, которая использует большое количество близко расположенных ортогональных поднесущих. Каждая поднесущая модулируется по обычной схеме модуляции. Такая технология позволяет противостоять сложным условиям распространения сигнала в канале.

2.Модуляция. Использование многопозиционной квадратурной модуляции (QAM) позволяет значительно увеличит пропускную способность

38

беспроводных каналов LTE. C ухудшением условий приема возможно переключение на более помехоустойчивую фазовую модуляцию.

3.Кодирование. Использование каскадного кодирования значительно повышают помехоустойчивость.

4.beamforming - технология формирования адаптивной диаграммы направленности подразумевает формирование электромагнитного поля антенны базовой станции в дальней зоне в виде узконаправленного главного лепестка, ориентированного в сторону абонентского устройства с возможностью изменения направленных свойств при изменении положения этого оборудования. Для формирования такой многолучевой диаграммы, отдельные приемопередатчики в составе базовой станции передают и принимают сигнал через многоэлементную антенную решетку, причем каждый элемент такой решетки в каждый момент времени имеет определенный фазовый сдвиг относительно остальных. В направлении источников помех в диаграмме направленности формируются нулевые составляющие, что позволяет практически полностью подавить интерференцию с нежелательных направлений. Данная концепция работает в обоих направлениях: от базовой станции к абоненту (нисходящая линия связи) и от абонента к базовой станции (восходящая линия связи).

5.MIMO - система независимой обработки переотраженных декоррелированных сигналов абонента. Технология, призванная увеличить пиковую скорость передачи трафика, среднюю скорость передачи данных и пропускную способность сот в широкополосных беспроводных сетях, прежде всего в условиях работы там, где не обеспечиваются условия прямой видимости. Основная идея MIMO - разбиение потока транслируемых данных между независимыми приемопередатчиками, обеспечивающими связь для одного и того же абонента на одной и той же частоте. В этом случае, по сравнению с обычной системой совокупный поток данных может быть увеличен без дополнительного расширения полосы рабочих частот.

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОТОКОЛОВ СЕТИ 4G

Николаева Е.В. СибГУТИ, Новосибирск

Научный руководитель – Носкова Н.В., доцент СибГУТИ

Развитие беспроводных сетей началось еще в 1980-х годах с появления нескольких революционных сетевых технологий: AMPS в США и комбинации

TACS и NMT в Европе.

Данные технологии можно считать первым поколением -“1G”, поскольку благодаря ним произошел ввод мобильных телефонов в массы. Это положило начало развития мобильных систем. Сети первого поколения были полностью аналоговыми и использовались для передачи голоса. Появление цифровых сотовых систем, а также потребности в передачи данных привело к развитию так называемых сетей второго поколения “2G” (стандарты GSM и ранняя

39

версия CDMA от Qualcomm).Однако, стандарты сетей данного поколения все еще плохо поддерживали передачу данных.

Появление технологии GPRS позволило увеличить скорость передачи данных по мобильным сетям. Что дало развитие сетям третьего поколения “3G”. На пути развития сетей от 2G к 3G было развитие многих спецификация и стандартов. Они, так или иначе, удовлетворяли требованиям Международного союза телекоммуникаций ООН (ITU), который установил свой стандарт IMT-2000, официальный список спецификаций, которым должна соответствовать "настоящая" технология 3G. В соответствии с IMT-2000, стационарная скорость должна быть 2 Мб/с, а мобильная - 384 кб/с. При этом потребность в передаче данных увеличивалась.

Развитие сети Internet, появление смартфонов увеличивало не только потребность в передаче данных как таковой, а именно в скорости передачи данных, при мобильном доступе. ITU причислило сети уже 4 поколения “4G”к спецификации IMT-Advanced. По требованиям технология 4G должна предоставлять скорость скачки в 1Гб/с при стационарном соединении и 100 Мб/с при мобильном, что соответственно в 500 и 250 раз лучше, чем в IMT2000.

К сетям четвертого поколения принято относить такие стандарты как WiMAX и LTE. Однако, теоретически, у первого скорость достигает около 40 Мб/с, а у второго - 100 Мб/с, тогда как на практике реальные скорости в коммерческих сетях до сих пор находятся в пределах от 4 до 30 Мб/с, что намного меньше высокой (и, вероятно, самой важной) цели IMT-Advanced.

ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ЗОНУ ОБСЛУЖИВАНИЯ БАЗОВОЙ СТАНЦИИ IEEE 802.16

Омельченко Е.Е. СибГУТИ, Новосибирск

Научный руководитель – Кокорич М.Г., доцент СибГУТИ

Стандарт WiMAX - это технология широкополосной беспроводной связи (протокол IEEE 802.16), которая в отличие от других технологий радиодоступа, обеспечивает высокоскоростные соединения на больших расстояниях даже при отсутствии прямой видимости объекта, на отраженном сигнале. Был разработан в 2004 году.

Данная технология не требует прокладки соединительных линий. Вместо этого развертывают сеть базовых станций. Каждая базовая станция по схеме «точка-многоточка» может обслуживать свою группу зданий в радиусе 6-8 км, образуя «соты». В этих зонах, каждая базовая станция способна передавать/принимать сигналы от сотен зданий, внутри которых находиться телекоммуникационное оборудование.

Для расчета зоны обслуживания базовой станции применяются эмпирические модели, учитывающие различные факторы, влияющие на распространение радиосигнала:

40