Материалы всероссийской научно-технической конференции Автоматизир

Рассмотрим структуру декодера (n-i, тч)-кодов со степенью перемежения L В качестве примера возьмем код (7,3,4) с g(jt) = = I®*©*2©*4

Декодируем (14,6)-код, исправляющий пакеты ошибок длиной

Ьч = 4 и меньше с посимвольным перемежением степени 2 кода (7,3,4), исправляющего пакеты длиной Ь = 2.

Раскроем подробно декодер (7,3,4)-кода (рис. 6) и проанализиру­ ем его функционирование с помощью таблиц перехода на примере исправления пакета ошибок длиной b = 2.

Рис. 6. Декодер циклического (7, 3, 4)-кода, исправляющего в составе

декодера пакеты ошибок длиной Ь = 2 и меньше

Пусть вектор Vf на выходе коммутатора «К» (на входе ДК)) имеет вид V'= V}©^ = 001110100011000 = 0000101.

Таким образом, если вектор V' кода (14,6) поражен пакетом длиной b = 4, то этот пакет распределяется между двумя перемежае­ мыми кодами (7, 3, 4). При этом каждый из них исправляет свой па­ кет длиной b = 2, как это было показано выше [1].

При наличии случайных пакетов перемежение действительно необходимо, а при ограничении максимальной длины пакета наи­ лучшие характеристики достигаются при периодическом перемежении. Параметр перемежения должен быть выбран равным макси­ мальной длине пакета.

Для более длинных пакетов, когда перемежение необходимо, периодическое устройство перемежения, параметры которого со­ гласованы с номинальным параметром пакетов, оказывается устой­ чивым к сравнительно большим изменениям длины пакетов.

Случайное перемежение обладает большей степенью устойчивости; его рекомендуется применять в случаях, когда условия интерферен­ ции не известны.

Библиографический список

1. Кон Е.Л., Фрейман В.И. Теория электрической связи. Помехо­ устойчивая передача данных в информационно-управляющих и теле­ коммуникационных системах: модели, алгоритмы, структуры: учеб, пособие. - Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 2007. - 317 с.

2. Пахомов Г.И., Фрейман В.И. Теория электрической связи. Ос­ новные понятия: учеб, пособие. - Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун­ та, 2007.- 115 с.

ОЦЕНКА ЕМКОСТИ И АНАЛИЗ РАДИОПОКРЫТИЯ

СЕТЕЙ LTE

Студент гр. ТК-10 Д.А. Санников

Научный руководитель - старший преподаватель С.А. Тюрин Пермский национальный исследовательский политехнический университет

В настоящее время в России повсеместно развертываются сети 4G. Наиболее ярким ее представителем является технология LTE, которая позволяет существенно увеличить скорости передачи, тем самым открывая возможность владельцам мобильных устройств ис­ пользовать приложения, применение которых ранее было ограничено сетью Wi-Fi. Одним из наиболее важных этапов жизни любой теле­ коммуникационной сети является этап планирования. От того, на­ сколько грамотно будет решена эта задача, зависят эффективность будущей сети и затраты на ее эксплуатацию и модернизацию. В этом состоит актуальность выбранной тематики. Этап планирования, в свою очередь, состоит из нескольких стадий: частотное планирова­ ние, анализ емкости сети, анализ радиопокрытия и т.д. В данной ста­ тье будут более подробно рассмотрены два последних пункта. В ре­ зультате мы получим сеть начального приближения, которая в даль­ нейшем должна быть оптимизирована и откалибрована с учетом ре­ альных условий окружающей среды и экономических возможностей оператора.

Планирование сетей 4G имеет ряд отличий от аналогичного про­ цесса сетей второго и третьего поколений. Например, в технологии LTE предусмотрено два типа дуплекса: частотный (FDD) и времен­ ной (TDD) [1]. Последний подразумевает несколько форматов кадра, что сказывается при расчете бюджета линии. Также временное разде­ ление принуждает специалистов искать компромисс между радиопо­ крытием и емкостью сети. Метод станционного доступа, используе­ мый в сетях 4G, также вносит свои коррективы при расчете пропуск­ ной способности.

Расчет пропускной способности является неотъемлемой частью процесса планирования, так как он позволяет определить минималь­ но необходимое число базовых станций и тип используемого обору­ дования. Исходными данными для данного этапа могут служить

среднее значение спектральной эффективности, выделенная полоса частот, тип дуплекса и статистические данные для ЧНН. Данные о планируемой пропускной способности будущей сети были получе­ ны на предшествующем этапе, в ходе которого осуществлялся сбор информации о состоянии рынка телекоммуникационных услуг и кон­ курентах, типе планируемого трафика, предоставляемых услуг, коли­ честве потенциальных абонентов и т.д.

Для того чтобы проектируемая сеть не была подвержена пере­ грузкам, необходимо контролировать достаточность рассчитанного числа базовых станций, которые будут создавать пропускную спо­

пропускная способность проектируемой сети.

Число базовых станций проектируемой сети определяется формулой

+ 1,

ЛГ,

где A^g —количество потенциальных абонентов проектируемой сети;

^z/oieNodeB количество абонентов, обслуживаемых одной базовой станцией.

Определим число абонентов в каждой соте:

G/eNodeB ^ сск А

где А — усредненное значение нагрузки от одного абонента по всем видам трафика, по статистике может составлять значения (0,04..Д2) Эрл; Лсек —допустимая нагрузка на сектор; М ^ —количество секто­ ров в соте.

Определим допустимую нагрузку в секторе одной соты А*. Воспользуемся моделью Эрланга, которая показывает зависимость данного параметра от числа каналов трафика и вероятности блоки­ ровки (отказа от обслуживания).

Количество секторов в соте связано с размерностью кластера л » . который, в свою очередь, напрямую зависит от выбора метода повторного использования частот. В сетях LTE имеются следующие модификации данного метода: полное повторное использование час­ тот, жесткое повторное использование частот, мягкое повторное ис­ пользование частот и дробное повторное использование частот [3]. Также размерность кластера зависит от выполнения необходимого уровня SINR (отношение сигнал/интерференция) [2].

Для того чтобы воспользоваться моделью Эрланга, необходимо также определить число каналов в одном секторе:

К , - л* где N k - общее число каналов в системе.

В технологии LTE понятие одного радиоканала (4/* =180 кГц) ассоциируется с понятием ресурсного блока (РБ). Поэтому для опре­ деления общего числа каналов проектируемой сети нужно ширину используемой полосы частот разделить на число ресурсных блоков.

Проверим отказоустойчивость системы при данном количестве базовых станций. Начнем с расчета необходимой пропускной спо­ собности в ЧНН. Используем следующие формулы:

нента в ЧНН.

Средний трафик одного абонента в ЧНН вычислим из соот­ ношения:

Тт' <7 ^чнн *А^д

где Тт- средний трафик одного абонента в месяц; q - коэффициент, для городской или сельской местности; Af4HH - число ЧНН в день;

Nя - число дней в месяце.

Средняя пропускная способность всей проектируемой сети оп­ ределяется путем сложения пропускной способности всех базовых станций. Пропускную способность одной базовой станции можно вычислить, умножив среднюю пропускную способность одного сек­

тора на количество секторов базовой станции М ^ .

Для систем типа FDD средняя пропускная способность одного сектора базовой станции может быть получена путем прямого умно­ жения спектральной эффективности на ширину канала. Спектральная эффективность является основополагающей характеристикой при расчете и зависит от используемых методов модуляции, типа дуплек­ са и используемых методов MIMO.

Процесс планирования имеет итерационный характер, поэтому в случае невыполнения неравенства (1) необходимо снизить нагрузку на соту, а именно необходимо увеличить количество базовых стан­ ций и произвести расчет заново.

Вторым критерием, используемым для определения количества базовых станций, является расчет максимально допустимых потерь на линии. Расчет сводится к вычислению максимально возможного радиуса соты, в пределах которой с учетом всех потерь в канале свя­ зи будет обеспечен допустимый уровень ошибок на приемной сторо­ не. Исходными данными для расчета МДП будут являться такие па­ раметры, как коэффициенты усиления антенн базовой станции и або­

нентского терминала GRxA,GTxA, чувствительность приемника SRx,

коэффициент запаса на проникновение, который учитывает тип за­

стройки Мыш, мощность передатчика и т.д.

Расчет МДП производится по формуле:

^MAPL = P EIR ~ S RX + G RXA ~ W XF ~ ^ B u ild ~ ^ I n i ~ ^ S h a d e + G H O ’

где /^-эквивалентная изотропная излучаемая мощность (ЭИИМ);

Из двух значений МДП (линий «вверх» и «вниз») выбирают ми­ нимальное по значению для дальнейшего расчета радиуса соты. Чаще

всего им оказывается значение линии «вверх», так как мощность пе­ редатчика абонентского устройства ниже, чем у базовой станции.

Следующим шагом являются выбор модели распространения сигнала и расчет радиуса соты, с учетом ранее вычисленного значе­ ния МДП. При выборе модели расчета необходимо учитывать осо­ бенности каждой из них (каждая модель эффективна при определен­ ном типе местности и частоте сигнала), а также количество учиты­ ваемых каждой моделью параметров распространения сигнала.

Примерами таких моделей могут служить модель Okumura-Hata, модель Ли, модель Уолфиш-Икегами и т.д.

В итоге, получив два значения количества базовых станций (со­ гласно оценке пропускной способности и расчету МДП), необходимо выбрать большее для обеспечения нужного качества связи.

Полученные расчетные данные (количество базовых станций) станут исходными для дальнейшей работы с топографическими ис­ точниками для определения возможного местоположения сайтов, а уже потом для специалистов, занимающихся приобретением сайтов. С учетом реальных возможностей установки базовой станции на том или ином месте первоначальное приближение проектируемой сети будет калиброваться и оптимизироваться.

Библиографический список

1. Крейнделин В.Б., Варукина Л.А., Е.Н. Воронков. Методиче­ ские указания по дисциплине технологии беспроводных сетей пере­ дачи данных: учеб, пособие для вузов. - М., 2011. - 45 с.

2. Печаткин А.В. Системы мобильно связи. Ч. 1: Принципы ор­ ганизации, функционирования и частотного планирования систем мобильной связи: учеб, пособие для вузов / РГАТА. - Рыбинск, 2008. -122 с.

3. Бобков В.Ю. Подходы к оптимизации и планированию сетей LTE. - URL: http: //www.rpls.ru/seminar/piter2014/2014_Babkov_LTE.ppt

ОСНОВНОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ НЕЙРОН В СТРУКТУРЕ

НЕЙРОННОЙ СЕТИ АНАЛОГО-ЦИФРОВОГО

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

Студентка гр. ТК-11 А.Ф. Васбиева

Научный руководитель - ассистент А.И. Посягин Пермский национальный исследовательский политехнический университет

В нашей жизни на протяжении последнего времени все большую роль играют системы автоматического управления (АСУ). Появились такие системы, как «умный дом», «умная машина» и другие, которые контролируют окружающее пространство без участия человека, тем самым облегчая его жизнь. В целом повышаются безопасность, про­ изводительность, комфорт.

Для того чтобы реализовать подобные системы, необходимо процессы окружающего «аналогового» мира, которые можно пред­ ставить в виде аналоговых, непрерывно изменяющихся напряжений, преобразовать в цифровые сигналы, потому что с цифровыми данны­ ми намного легче работать на данном этапе информационного обще­ ства. Данную функцию выполняют аналого-цифровые преобразова­ тели (АЦП).

Обычно АЦП являются частью микроконтроллера, который яв­ ляется ядром системы АСУ Но в таком случае АЦП создает допол­ нительную нагрузку на микроконтроллер и не позволяет добиться высокой точности и быстроты преобразования. Реализованные в от­ дельном устройстве АЦП обладают большим быстродействием и мо­ гут повысить точность измерения за счет увеличения разрядности АЦП [1]. Увеличение их надежности и снижение аппаратных затрат за счет применения потоковой динамической архитектуры (ПДА) являются важными современными направлениями развития АЦП. АЦП ПДА позволяют обрабатывать несколько сигналов на одном устройстве и при этом менять разрядность АЦП так, чтобы она удов­ летворяла требованиям по точности и скорости обработки конкретно­ го сигнала. Для создания такой архитектуры было предложено ис­ пользовать нейронную сеть (НС) [2]. НС - это система, состоящая из универсальных однотипных элементов, способных объединяться друг с другом (по типу нейронов головного мозга), при этом в такой сис­

теме один нейрон способен заменять другой, обеспечивая таким об­ разом отказоустойчивость.

В качестве нейронов в АЦП ПДА было решено использовать од­ норазрядные АЦП, которые за счет заложенных внутри сети алгорит­ мов маршрутизации объединяются в индивидуальный АЦП (ИАЦП) произвольной разрядности. Таким образом, с помощью некоторого объема таких нейронов и соответствующей системы управления и самомаршрутизации входных сигналов внутри сети можно постро­ ить АЦП, способный обслуживать несколько входных сигналов, соз­ давая для каждого из них свой ИАЦП произвольной разрядности [3]. Для реализации аналого-цифрового преобразования был выбран алго­ ритм поразрядного взвешивания, так как он позволяет выделить в структуре АЦП простейший одноразрядный преобразователь и обо­ собить его в качестве основного измерительного нейрона (ОИН). Кроме того, одним из достоинств этого метода является необходи­ мость наличия всего одного компаратора для проведения преобразо­ вания. При этом компаратор может быть вынесен за пределы самой НС и связан с ней только по уравновешивающему напряжению.

Упрощенная структура самомаршрутизирующегося АЦП на ос­ нове нейронной сети [3] (рис. 1), включает в себя три основных бло­ ка: блок компараторов, блок вычисления требуемой разрядности и саму нейронную сеть. По схеме видно, что входными для нейрон­ ной сети являются сигналы о количестве требуемых разрядов для ИАЦП под конкретный входной сигнал и сигнал с компаратора, со­ ответствующий результату сравнения данного входного напряжения с уравновешивающим. Это означает, что на вход в нейронную сеть поступают только цифровые сигналы, что упрощает процесс их са­ момаршрутизации. Выходные сигналы НС представляют собой зна­ чение отсчета, полученного по конкретному входному сигналу и уравновешивающее напряжение, которое обеспечивает корректную работу компараторов.

Уравновешивающее напряжение образуется за счет матрицы R-2R (рис. 2). ОИН, объединяясь в ИАЦП, замыкают отдельные зве­ нья матрицы между собой, и получается матрица произвольной дли­ ны, которая соответствует разрядности ИАЦП. «Вес» разряда, т.е. величина уравновешивающего напряжения, задаваемого данным ОИН, зависит от положения ОИН в ИАЦП. В матрице R-2R «вес» каждого последующего разряда есть половина «веса» предыдущего.