Радиотехника. Электроника

Анализируются технологии построения сетей для связи с транспортными средствами в городских условиях. Показаны преимущества использования технологии DSRC для общественного транспорта. Рассмотрены особенности размещения базовых станций и построения магистральной сети связи.

Рассмотрен стек протоколов взаимодействия транспортных средств на базе технологии DSRC. Анализируются основные отличия стандарта 802.11p, применяемого на нижних уровнях, от базового стандарта 802.11 и особенности реализации верхних уровней на базе стандарта 1609.

Показано, как идет реализация Государственной программы по созданию и развитию космической промышленности в Азербайджанской Республике. Приведены характеристики спутника Azerspace-1, запущенного в феврале 2013 г. на геостационарную орбиту в 46 град.в.д. Azerspace-1 предназначен для предоставления услуг цифрового телерадиовещания, доступа в Интернет, передачи данных и т.д.

Сегодня главными проблемами в радиосвязи и телерадиовещании являются, с одной стороны, создание радиосистем, наиболее эффективно использующих радиочастотный спектр (РЧС), а с другой — планирование этих сетей таким образом, чтобы развертываемые в определенных полосах частот на определенной территории сети создавали наименьший уровень помех на соседних территориях, где те же полосы частот могут быть выделены для создания других сетей, таких как когнитивные сети беспроводного доступа, сотовые сети подвижной связи и др.

Позиционирование объектов в сенсорных сетях вызывает все больший интерес в связи с развитием сетей локальной и персональной радиосвязи, беспроводных сенсорных сетей. В системах связи малого радиуса действия, основанных на принципах радиолокации, точность определения расстояния обратно пропорциональна полосе частот зондирующего радиоимпульса [1]. По этой причине сверхширокополосные системы очень привлекательны для определения местоположения мобильного объекта. При прочих равных условиях они позволяют достигать более высокой точности позиционирования [2]. Для повышения точности локализации значительные усилия направлены на поиск факторов, влияющих на точность нахождения координат [3].

Проблема аварийности, связанная с транспортными средствами (ТС), в последние годы приобрела особую остроту в связи с несоответствием дорожно-транспортной инфраструктуры потребностям общества и государства в безопасном дорожном движении, недостаточной эффективностью функционирования системы обеспечения безопасности и крайне низкой дисциплиной участников дорожного движения. Одним из наиболее значимых инструментов решения данной проблемы является создание и внедрение интеллектуальных транспортных систем (ИТС) [1—3].

Современная интеллектуальная транспортная система (ИТС) сводит в единый технический и технологический комплекс подсистемы организации и обеспечения безопасности дорожного движения, а также предоставления информационных сервисов участникам и потенциальным субъектам транспортного процесса. Построение ИТС невозможно без разработки и реализации проектных решений по формированию различных вариантов взаимодействия подсистем и обмена информацией между ними.

Сообществу операторов сотовой связи хорошо известны трудности развертывания сетей подвижной радиотелефонной связи стандарта IMT-2000/UMTS диапазона 2110–2170 МГц в центральном регионе России. Дело в том, что этот же диапазон на первичной основе используется радиоэлектронными средствами (РЭС), применяемыми для нужд государственного управления, обеспечения безопасности и обороны страны. Проводимые в последние годы мероприятия по конверсии радиочастотного спектра (РЧС) не затрагивают данные РЭС ввиду их особой важности, сложности и высокой стоимости. Задача совместного использования радиочастотного спектра при развертывании и наращивании сетей стандарта IMT-2000/UMTS может решаться только при безусловном обеспечении ЭМС за счет оптимизации пространственно-энергетических характеристик развертываемых группировок базовых станций (БС). А поскольку развертывание и наращивание сетей операторами связи происходит поэтапно, оптимизация параметров сетей всякий раз должна осуществляться заново на каждом очередном этапе с учетом изменения их структуры.

В сотовых системах связи одним из важнейших является вопрос поддержания в период функционирования системы заданных параметров качества обслуживания (QoS). В число таких параметров входит вероятность отказа в предоставлении канала. В отличие от стационарных систем связи сотовые системы формируют отказ абоненту в предоставлении канала не только из-за всевозможных каналов, но и в результате обрыва соединения (DropCallRate), возникающего по двум причинам [1]: из-за выхода абонента из зоны обслуживания и его попадания в зону «радиотени» или замирания сигнала.

Радиосвязь на радиотрассах в декаметровом диапазоне частот (1,5–30 МГц) осуществляется с отражением от слоев ионосферы. Свойства ионосферы не являются статичными, в течение суток они постоянно изменяются. Имеются и сезонные трансформации ионосферы. В связи с этим в течение суток изменяются максимально применимые частоты (МПЧ), оптимальные рабочие частоты (ОРЧ) и наименьшие применимые частоты (НПЧ). Для обеспечения надежной радиосвязи заданного качества требуется учитывать состояние ионосферы как при планировании радиосвязи, так и в ходе повседневной деятельности независимо от ведомственной принадлежности радиотрасс. Необходимость знать текущее состояние ионосферы резко возрастает в случаях резких колебаний параметров ионосферы при магнитных возмущениях, обусловленных активностью Солнца.

В настоящее время на государственных и коммерческих предприятиях активно используются средства радиосвязи для обмена служебной информацией. Отдельные образцы средств радиосвязи базируются на стандартах передачи информации повышенной скрытности, имеют малые массогабаритные параметры, обеспечены аккумуляторами большой емкости для длительной работы, могут быть запрограммированы для функционирования по определенному алгоритму. Высокий уровень технических характеристик и незначительная стоимость современных средств радиосвязи облегчают злоумышленникам несанкционированную передачу информации конфиденциального характера непосредственно из офисов и служебных помещений предприятий.

Для построения многоканальных систем используются различные методы разделения каналов. Наибольшее распространение получили методы временного (TDMA – Time Division Multiple Access), частотного (FDMA – Frequency Division Multiple Access) и кодового (CDMA – Code Division Multiple Access) разделения каналов. Перераспределение выделенной полосы частот на большее число каналов не всегда допустимо, поскольку уменьшение ширины канала снижает качество передаваемой информации [1]. Повышение качества передачи, в свою очередь, зависит от расширения полосы частот канала, по которому передается информация.

Как определено в Рекомендациях Е.800 Международного союза электросвязи – МСЭ-Т (ITU-T Recommendation E.800), качество обслуживания (QoS – Quality of Service) представляет собой совокупность характеристик сервиса, имеющих отношение к возможности удовлетворять установленные и предполагаемые потребности пользователя [1].

Постановка задачи. В транзисторных телевизионных (ТВ) передатчиках дециметровых диапазонов широкое применение находят моноблочные цепочечные суммирующие устройства [1]. Наибольшее распространение получили сумматоры 5х1, обеспечивающие сложение (практически без потерь) мощностей пяти блоков усиления мощности (БУМ). Сегодня такие сумматоры используются в передатчиках АЦТП-20/5 кВт, «Онега-2(1)Ц» и др.

Под планированием радиосвязи понимается назначение частот, а также времени начала и окончания связи. В зависимости от назначения связь может осуществляться на одной или нескольких частотах круглосуточно или по сеансам в определенное частотным расписанием время. Частоты и время работы должны быть подобраны таким образом, чтобы было обеспечено приемлемое качество связи с учетом технических средств обеспечения радиосвязи: передатчиков и приемников, их параметров, характеристик передающих и приемных антенн.

Единая система спутниковой связи (ЕССС) в России, разработанная к концу 1980-х годов, обладала высокой пропускной способностью, помехозащищенностью и помехоустойчивостью. Все это было достигнуто за счет введения многостанционного доступа с кодовым разделением сигналов при многократном увеличении базы сигнала, использования псевдослучайной перестройки рабочих частот (ППРЧ) в высокочастотном диапазоне (40/20 ГГц) при пространственной селекции сигналов с применением бортовых антенн спутников. Центральный узел спутниковой связи (ЦУСС) разрабатывался в НИИ-129 (ныне ОАО «МНИРТИ») [1] и предназначался для координации и управления разветвленной сетью стационарных и подвижных земных спутниковых станций различного назначения.

В последнее время в деятельности регуляторных органов всех уровней отчетливо прослеживаются намерения реформировать систему регулирования использования и лицензирования радиочастотного спектра (РЧС). Особого внимания заслуживают последние предложения Рабочей группы по формированию в Российской Федерации системы «Открытое правительство», разработанные в мае 2012 г. Наряду с анализом этих предложений, в статье также представлено экспертное мнение по вопросу целесообразности и возможных вариантов практической реализации предложенных механизмов.

Динамика строительства сетей IMT в мире (сети UMTS/HSPA, HSPA+, LTE). Актуальность темы о соотношении технологий сотовой связи на мировом рынке обусловлена тем, что сегодня в условиях их стремительного развития операторы порой не могут четко определиться с выбором технологии и переносят акценты с одной технологии на другую. Это объясняется тем, что при наличии существенных отставаний во внедрении перспективны технологий происходит временное рассогласование, при котором одна технология не успевает еще полностью «прижиться», как на рынке появляется уже другая новая технология. Такая ситуация характерна и для России, когда речь идет о внедрении 3G/UMTS или LTE.

В современных публикациях часто применяется термин «конвергенция» по отношению к технологиям, услугам, сетям, устройствам как нечто новое и перспективное. В этой связи можно напомнить, что конвергенция стала стратегическим направлением в телекоммуникациях сразу после изобретения телеграфа в XIX веке. Сегодня термин «конвергенция» зачастую используется в рекламных целях, в том числе и по отношению к системам VSAT. Подразумевается, что некая технология VSAT универсальна не только по отношению ко всем другим технологиям VSAT, но и к любым сервисам.

Услуги определения местоположения подвижных объектов становятся все более востребованными. Для их реализации широко используются спутниковые системы навигации, в том числе GPS и ГЛОНАСС. Однако в областях пространства, где электромагнитные волны подвержены искажениям или просто отсутствует прямая видимость (к таким объектам можно отнести туннели, помещения, лесистую местность), спутниковые технологии и системы позиционирования на основе мобильных радиосистем перестают отвечать заданным критериям точности и надежности позиционирования. Это особенно ощутимо внутри помещений, где явления поглощения и многолучевого распространения электромагнитных волн проявляются гораздо сильнее, чем при распространении в открытом пространстве.

Сегодня широкий круг задач, связанных с военной, промышленной и коммерческой техникой, решается с помощью сигналов с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ). К таким задачам можно отнести: обнаружение и оценку параметров движения объектов, распознавание космических тел, физические измерения. ЛЧМ-сигналы (ЛЧМС) применяются также в измерительной технике и системах передачи информации.

В работе на основе теории сетей и сигнальных графов предложены методы прямого описания сложных технологических комплексов.

В работе рассмотрены вопросы топологического описания технологических комплексов на базе их сетевого представления и сигнальных графов.

Приведены результаты экспериментальных исследований по активации эмульсионного поливинилхлорида способом высокоскоростного нагружения в дезинтеграторе. Показано, что при обработке поливинилхлорида в дезинтеграторе имеют место физико-химические процессы, ведущие как к повышению, так и к снижению вязкости растворов полимера в циклогексаноне. Оптимизация режимов обработки ПВХ-Е позволяет целенаправленно воздействовать на протекание этих процессов.

Предлагается ввести компенсацию влияния амплитуды сигнала на среднюю за период колебания емкость варикапов путем коррекции напряжения смещения. В результате устраняется асимметрия амплитудно-частотной характеристики, присущая нелинейному контуру.

Для обоснования инновационных решений и выбора эффективных инноваций в сфере спутниковой связи с использованием космических аппаратов на высокоэллиптической орбите (КА на ВЭО) использован экспертно-квалиметрический метод (ЭКМ), основанный на экспертном методе оценивания по балльному принципу параметров эффективности инноваций, квалиметрическом методе количественного ее измерения и последующем ранжировании инноваций по уровню эффективности. Прикладное применение ЭКМ в спутниковой связи предполагает адаптацию параметров модели комплексной оценки эффективности инноваций, обоснование значимости и интервалов изменения частных показателей эффективности инноваций спутниковой связи.

Выполнен анализ влияния различия коэффициентов усиления и фазовых задержек сигнала в трактах усилителя, построенного по методу дефазирования, на искажения, возникающие при усилении многоканального сообщения. Полученные расчетные формулы позволяют определять допустимые величины разбаланса трактов усиления, при которых обеспечиваются требования к уровням искажений в основной полосе частот и внеполосных искажений.

Представлено обобщение данных исследования межсимвольной интерференции (ISI) и интерференции между поднесущими (ICI) в сигналах с OFDM-модуляцией в условиях отсутствия точной синхронизации по несущей частоте. Проведено сравнение ансамблей сигналов двух стандартов LTE и NG-1 при работе в различных условиях использования и в разных частотных диапазонах

Описывается подробный расчет влияния межсимвольной интерференции и интерференции между поднесущими. Раскрыта техника вывода данных соотношений и модель, для которой они справедливы. Проведен анализ весовых функций, определяющий, в какой степени импульсная реакция проявляется в энергетике полезного сигнала, межсимвольных и межподнесущих помех

Рассматриваются системы доступа массового обслуживания с потоками заявок, характерными для современных мультисервисных сетей связи. Получено обобщение формулы Хинчина-Поллячека. Приведено сравнение реального трафика с пуассоновским. Показано определяющее влияние корреляционных свойств потоков на размеры очередей

Определены пути трансформации моноблочных цепочечных сумматоров 4×1 телевизионных передатчиков ІV–V диапазонов в сумматоры 3×1 и 2×1 без потери мощности. Показана технология реализации такой трансформации и эффективность ее применения.

Приведены результаты функционального проектирования, моделирования и экспериментальных исследований приемного и передающего трактов телекоммуникационной системы с гигабитной пропускной способностью в диапазоне частот 130–134 ГГц в составе: частотные преобразователи с субгармонической накачкою; гетеродин, использующий высокостабильный задающий кварцевый генератор; полосно-пропускающий septum-фильтр в волноводном канале 1,6×0,8 мм; рупорная коническая антенна. Проведены исследования лабораторного образца цифровой симплексной радиорелейной системы терагерцового диапазона и цифрового модема с пропускной канальной способностью до 1200 Мбит/с на дальность связи в нормальных условиях в пределах 1 км при вероятных битовых ошибках BER не более 10-6.

Рассматривается межсистемная и электромагнитная совместимость (ЭМС) систем четвертого поколения (4G) LTE (FDD, TDD) и McWill. Установлено, что главный источник внеполосных излучений – комбинационные продукты. Предложено несколько вариантов по обеспечению ЭМС сетей 4G, в том числе полосовая фильтрация, позволяющая сократить защитный частотный интервал (ЗЧИ) между системами LTE до 1,4 МГц. С учетом особенностей McWill рассмотрены различные комбинации электромагнитного воздействия на элементы систем и устранение помехового воздействия путем пространственного разноса и настройками ориентации диаграммы направленности (ДН) антенны. Показаны возможность и условия совместной работы при ЗЧИ, равном 2,5 МГц. Рассчитано повышение помехоустойчивости систем, связанное с техникой пространственно-временной обработки сигналов в антенных системах базовых станций (БС), используемой в сети McWill и позволяющей подавлять направленные помехи от других сетей.

Представлена система оперативного мониторинга электромагнитной обстановки, позволяющая адаптировать сети сотовой связи к окружающей среде по экологическим критериям и критериям электромагнитной совместимости. Рассматриваются структура и состав входных данных, обсуждаются вопросы использования универсальных средств планирования сетей сотовой связи, а также выбираются модели распространения радиоволн. В качестве инструмента обработки результатов и их визуализации применяются инструменты геоинформационных систем

В условиях Крайнего Севера коротковолновая радиосвязь остается одним из наиболее распространенных родов дальней связи. Сегодня среди множества направлений совершенствования систем КВ-радиосвязи наиболее перспективным является использование адаптивных методов, т.е. постоянное слежение за состоянием канала связи и использование в каждый момент времени оптимальной сигнально-кодовой конструкции, частоты, мощности и алгоритма обработки сигнала. «Российский институт мощного радиостроения» (РИМР) на основе современных научных достижений в области радиофизики, радиоэлектроники, компьютерной техники, цифровой обработки сигналов, программирования разрабатывает и производит современные цифровые автоматизированные комплексы и оборудование КВ-радиосвязи

Представлен вариант доработанной методики расчетной оценки коэффициента готовности мультисервисной корпоративной сети связи органов власти Брянской области. Предложены методика проектной оценки элементной надёжности на основе нормативных значений структурной надёжности её магистралей и методика оценки влияния на коэффициент готовности магистралей времени восстановления объектов связи. Приведены результаты расчетов Южной, Северной и Западной магистралей при различных вариантах оборудования и топологической схемы, а также при различных способах технического обслуживания сети.

Рассмотрены организационные и информационно-технологические особенности объекта исследований. Выполнен анализ принципов построения, процесса создания и эволюции топологической схемы сети. Приведена характеристика используемых радиоэлектронных средств. На основе логико-вероятностного подхода разработаны алгоритмы расчета коэффициента готовности сети по отказам (сбоям). Выполнена расчетная оценка Южной, Северной и Западной магистралей сети при различных вариантах оборудования и топологических схем.

Представлены результаты исследований экранирующих свойств типичных кабелей, применяемых на различных объектах для передачи информации и управляющих сигналов. Появление электромагнитных помех высокого уровня в таких цепях может привести с серьезным нарушениям в технологическом процессе. Расчетные методы не дают достаточно точных значений помех при воздействии на кабели импульсных и периодических магнитных полей. Предложенная методика экспериментального определения в лабораторных условиях коэффициентов ослабления электромагнитного поля проста и позволяет получить достоверные результаты.

Рассмотрена методика линеаризации фазочастотной характеристики комплексного аналогового полосового фильтра с использованием обратного КИХ-фильтра. Предложено компенсировать нелинейности ФЧХ в полосе пропускания комплексного аналогового полосового фильтра с помощью цифрового комплексного фильтра с конечной импульсной характеристикой. В качестве примера приведен расчет для фильтра Баттерворта 3-го порядка.

Сапфировые диэлектрические резонаторы (СДР), используемые в малошумящих автогенераторах СВЧ для повышения добротности колебательной системы, обычно имеют вид гладкого цилиндра или диска внутри соосного металлического экрана. Поскольку высокой добротностью обладают только высшие азимутальные моды СДР, в окрестности выбранной моды существует множество дополнительных резонансов, способных нарушить нормальную работу генератора.

Современные требования к системам спутниковой связи по помехоустойчивости и скорости передачи информации приводят к необходимости применять сигналы со сложными видами модуляции и высокой спектральной эффективностью. Как правило, используемые цифровые сигналы характеризуются непостоянной амплитудой, например, при скруглении огибающей низкочастотного модулирующего колебания по Найквисту. Для широкополосных передающих каналов предъявляются повышенные требования к обеспечению линейности тракта при большом пик-факторе сигнала на входе усилителя, в частности для широкополосных передатчиков и широкополосных усилителей мощности (УМ). Для осуществления линеаризации характеристики нелинейного УМ наиболее простой и эффективной является технология ввода предыскажений.

Рассмотрена методика линеаризации ФЧХ фильтра нижних частот с использованием обратного КИХ-фильтра. Предложено компенсировать нелинейности ФЧХ в полосе пропускания аналогового ФНЧ с помощью цифрового фильтра с конечной импульсной характеристикой. В качестве примера применения этого метода приведен расчет для фильтра Баттерворта 3-го порядка.

Рассмотрен вариант расчета комплексного цифрового полосового фильтра по значениям нулей и полюсов НЧ-прототипа Чебышева (инверсного) пятого порядка с использованием комплексных задержек. Передаточная функция НЧ-прототипа может быть представлена в виде произведения дробно-рациональных функций первого порядка с комплексными коэффициентами. Тогда, используя метод обобщенного билинейного преобразования, можно вычислить передаточную функцию ФНЧ в виде произведения передаточных функций цифровых звеньев первого порядка с комплексными коэффициентами. Каждый из сомножителей может быть реализован в виде предлагаемой обобщенной канонической структурной схемы. Затем структурные схемы цифровых звеньев соединяются последовательно. Для преобразования структурной схемы ФНЧ в структурную схему полосового фильтра блоки задержек следует заменить на комплексные задержки.

Оценено влияние эффектов АМ/ФМ-преобразования при использовании нелинейных УМ в бортовой аппаратуре на характеристики ретранслированного сигнала 4ФМ. Приведены количественные оценки влияния нелинейности УМ передатчика ретранслятора на достоверность приема сигнала земной станцией, а также искажения спектра группового сигнала на выходе нелинейного усилителя с амплитудно-фазовой конверсией. В качестве метода исследования использовано имитационное моделирование.

Изучены новые свойства численного обратного преобразования Лапласа-Паде, определяющие область эффективного применения метода — радиус сходимости как функцию добротности полюсов экспоненциальных полиномов. Обоснованы алгоритмы применения метода комплексной огибающей к анализу переходных процессов в избирательных цепях ППФ-, ФНЧ- и ФВЧ-типов. Эффективность метода подтверждена при изучении откликов полоснопропускающих фильтров Баттерворта, Чебышева и Бесселя до 24 порядка включительно (k = 2 ... 12 для НЧ-прототипов) и табулировании специальных функций. Разработана (с учетом применения метода комплексной огибающей) пошаговая модификация метода.

Представлена реализация высокоскоростного блока быстрого преобразования Фурье на базе программируемых логических интегральных схем (ПЛИС) в специализированном формате FP27. Рассмотрены формат с плавающей точкой FP27 и математические операции в нем. Приведена реализация ядра БПФ на примитивах последних семейств ПЛИС фирмы Xilinx. Проведены моделирование, синтез и размещение проекта, показаны основные преимущества и недостатки реализации.

Синтезирован квазиоптимальный алгоритм фильтрации фазы пилотной компоненты сигнала L1OC с обработкой на поднесущих частотах. Рассчитаны дискриминационные и флуктуационные характеристики синтезированного фазового дискриминатора. Приведены результаты имитационного моделирования синтезированной следящей системы, подтверждающие ее эффективность.

Any radio network (cell) providing service to a geographical region is associated with certain interference environment described by so-called compatibility matrix which, in turn, defines the required frequency limitations between separate cells. An engineering approach to fixed channel allocation (frequency planning) could be described as a trial to find such a frequency plan which would satisfy all the matrix constraints and would have the shortest width (span). The combinatorial nature of this problem makes it unrealistic to obtain the optimal solution. The only way to solve it is to use a certain set of heuristic algorithms based on the features of the compatibility matrix.

Систематизирована обширная информация об основных материалах и компонентах, используемых при изготовлении печатных плат различного типа. Изложены методологические основы применения и испытаний базовых материалов печатных плат. Рассмотрены вопросы технологичности материалов в производстве печатных плат и сборок. Представлена концепция обеспечения надежности входного контроля поступающих в производство материалов и комплектующих. Даны практические методики входного контроля компонентов.

Книга посвящена истории создания и развития радиолокационных систем. Создание радиолокации дало мощный импульс развитию радиоустройств (приемных, передающих, антенных), освоению частот гигагерцовых диапазонов, развитию радиорелейной и спутниковой связи, широкому распространению сетей подвижной связи и многих других применений радиотехники. В работе описаны основные этапы развития радиолокационных систем военного и гражданского назначения, дальность действия которых и точность определения пространственных координат лоцируемых объектов в течение нескольких десятилетий возросли в несколько тысяч раз. Приведены краткие биографические сведения о многих видных отечественных и зарубежных ученых и инженерах, внесших особый вклад в создание радиолокационной техники (А. И. Берг, Ю. Б. Кобзарев, А. А. Расплетин, А. Л. Минц, Р. Уотсон-Уотт, Л. Юнг, Р. Пэйж, К. Хюльсмайер, Р. Кюхнхолд и др.).