«МЕ ЖД УНАР ОД НАЯ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ И НАУЧНО-МЕТОДИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ИНФОТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ В НАУКЕ И ОБРАЗОВАНИИ № 64 20–24 февраля 2012 года МАТЕРИАЛЫ СПб ГУТ))) САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 2012 Международная ...»

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО СВЯЗИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ

им. проф. М. А. БОНЧ-БРУЕВИЧА»

МЕ ЖД УНАР ОД НАЯ

НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ

И НАУЧНО-МЕТОДИЧЕСКАЯ

КОНФЕРЕНЦИЯ

АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ

ИНФОТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ

В НАУКЕ И ОБРАЗОВАНИИ

№ 20–24 февраля 2012 года

МАТЕРИАЛЫ

СПб ГУТ)))

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

Международная научно-техническая и научно-методическая конференция «Актуальные проблемы инфотелекоммуникаций в наук

е и образовании». № 64. 20–24 февраля 2012 года : материалы. – СПб. : Издательство СПбГУТ, 2012.

© Федеральное государственное образовательное бюджетное учреждение высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М. А. Бонч-Бруевича»,

ПЛЕНАРНЫЕ ДОКЛАДЫ

Драго Жепич (Словения), A. А. Костин

ТРАНСФОРМАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЙ УПРАВЛЕНИЯ

ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫМИ СЕТЯМИ И УСЛУГАМИ

Существующая ситуация в области телекоммуникаций характеризуется быстрым появлением и распространением новых телекоммуникационных услуг, необходимых для поддержки прикладных задач во все более широких областях деятельности – от здравоохранения и образования, до транспорта и обороны. Все более сложной становится организация поставки услуг – на смену отдельным операторам связи приходят динамично изменяющиеся цепочки и сети поставки услуг объединенными усилиями нескольких участников.

Возникает потребность операторов связи в управлении разнородными сетями и поддержки большого многообразия предоставляемых пользователям услуг.

За последние десятилетия сфера управления телекоммуникациями претерпела большие изменения. Весьма заметный прогресс в области телекоммуникационных технологий и их использования вызвал трансформацию подходов к управлению телекоммуникациями. Иерархическая модель управления TMN была существенно усовершенствована ТелеМенеджментФорумом в концепцию систем и программного обеспечения нового поколения NGOSS, недавно преобразованную в структуру FRAMEWORX.

Вместе с тем, происходит дальнейшая конвергенция информационных и телекоммуникационных технологий. Сети связи следующего поколения (NGN), определение которых четко зафиксировано международными стандартами, становятся все более сложными и комплексными. Это вызывает в свою очередь пересмотр существующих методов и средств эксплуатации таких сетей, а также оборудования OSS/BSS, которое автоматизирует бизнес-процессы оператора связи.

Активно внедряется новая стратегия эксплуатации сети NGN, получившая название стратегия «3P» – Personal, Processes, Platforms, основные элементы которой рассматриваются в докладе.

Сущность новой стратегии «3P» заключается в переходе от раздельного управления к интегрированной сервис-ориентированной поддержке процессов эксплуатации (Service-Oriented Operations-SOO). При этом осуществляется конвергенция бизнеса, управления и ресурсов сети.

Трансформация подходов к эксплуатации сетей и поддержке услуг привела, как было сказано выше, и к трансформации стандартов, в частности документов TM Forum.

Причинами перехода от NGOSS к FRAMEWORX являются:

• продолжающиеся ценовые тенденции снижения стоимости услуг, вынуждающие повышать эффективность бизнеса и предложение новых услуг;

• появление сложных цепочек поставки услуг;

• повышение роли потребителя и потребность в постоянном предложении все более сложных и комплексных услуг по меньшим ценам;

• серьезные технологические изменения, позволяющие предоставлять несколько услуг с помощью одной общей инфраструктуры IP, но при существенном усложнении компонентов ПО;

• появление архитектур, ориентированных на услуги (Service Oriented Architectures – SOA) Таким образом, создание концепции FRAMEWORX – это реакция TM Forum на новые тенденции в отрасли. Это программа перехода к архитектуре интегрированного бизнеса, а не просто смена названия NGOSS.

В докладе рассматриваются основные элементы стратегии FRAMEWORX.

Весьма актуальным на настоящем этапе развития телекоммуникационных технологий и услуг является качество функционирования телекоммуникационных ресурсов и предоставляемых услуг.

Приведены результаты анализа принятых в России норм и практик контроля качества функционирования телекоммуникационных ресурсов и услуг triple play (видео, голос, данные) (QoE, QoS), а также используемых в интересах поддержки эксплуатации телекоммуникационных ресурсов и услуг показателей качества (KPI/KQI). Осуществлен анализ международных норм в области оценки и использования QoE и QoS.

Дается анализ направлений использования результатов оценки KPI/KQI – для предсказания неисправностей, для оценки эффективности поставки услуг связи и для улучшения отношений с потребителями (CRM), включая SLA.

Актуальным вопросом для операторов связи, поставивших перед собой задачу повышения качества предоставляемых услуг, является внедрение OSS систем, обеспечивающих как сбор информации по показателям качества предоставляемых услуг, так и ее обработку и управление показателями KPI/KQI. Эти системы получили название систем SQM (service quality manager). В докладе рассматриваются разработанные требования к системам SQM.

Проведен анализ коммерческих продуктов, предназначенных для поддержки оценки KPI/KQI, и первичных параметров качества, формируемых сетевым оборудованием.

Разработаны рекомендации по совершенствованию продуктов управления и путей их использования с учетом специфики российского рынка.

Отдельный раздел доклада посвящен вопросам проектирования систем управления телекоммуникационными ресурсами и поддержки услуг на основе новой стратегии эксплуатации сетей NGN и поддержки услуг.

Для проверки разработанных решений предлагается использовать модельный центр OSS/BSS систем, организованный в СПбГУТ на базе Центра проблем управления телекоммуникационными сетями и услугами (ЦПУТС) совместно с компанией Хьюлетт -Паккард.

Центр OSS/BSS в СПбГУТ фактически представляет собой центр управления сетью связи, на котором можно решать задачи отработки различных решений по внедрению OSS для оператора связи без организации на сети оператора дорогостоящих «пилотных» проектов.

МОДЕЛЬ ИНТЕГРИРОВАННОЙ СМК

ДЛЯ СОВРЕМЕННОГО ПРЕДПРИЯТИЯ СВЯЗИ

Обеспечение высокого уровня качества способствует повышению эффективности производства, приводя к снижению затрат и повышению доходов предприятия. Менеджмент качества должен осуществляться в едином процессе менеджмента всех сложившихся производственнохозяйственных функций предприятия, отличаясь в то же время своими специфическими целями, задачами и методами. Наиболее перспективным подходом в современных условиях представляется формирование системы менеджмента качества на основе стандартов, имеющих международный статус. В области менеджмента качества такими стандартами прежде всего являются ИСО (ISO) серии 9000, разработанные Международным комитетом по стандартизации (International Standards Organization – ISO).

ISO 9000 – серия международных стандартов (МС), описывающих требования к системе менеджмента качества организаций и предприятий. В основе стандартов лежат идеи и положения теории всеобщего менеджмента качества (TQM).

Для современных компаний соответствие требованиям ISO 9001 – это тот уровень качества, который дает возможность выхода на рынок. Сертификат соответствия ISO 9001 является внешним независимым подтверждением достижения требований стандарта.

Стандарт ISO 9000 является фундаментальным, принятые в нем термины и определения используются во всех стандартах ISO серии 9000. ISO 9000 определяют восемь принципов менеджмента качества, а также использование процессного подхода в целях постоянного улучшения. В серию входит несколько стандартов:

ISO 9000. Словарь терминов о системе менеджмента, свод принципов менеджмента качества. Текущая версия – «ISO 9000:2005. Системы менеджмента качества. Основные положения и словарь».

ISO 9001. Содержит набор требований к системам менеджмента качества. Текущая версия – «ISO 9001:2008. Системы менеджмента качества.

Требования».

ISO 9004. Содержит руководство по достижению эффективной деятельности любой организации в сложной и постоянно изменяющейся среде, используя подход с позиции менеджмента качества. Текущая версия – «ISO 9004:2009. Менеджмент для достижения устойчивого успеха организации.

Подход на основе менеджмента качества».

ISO 19011. Стандарт, описывающий методы проведения аудита в системах менеджмента, в том числе менеджмента качества. Текущая версия – «ISO 19011:2011. Руководящие указания по аудиту систем менеджмента».

Внедрение стандартов ISO серии 9000 оказало значительное влияние не только на методологию и практику менеджмента качества отечественных компаний, но и на их менеджмент в целом. Можно выделить следующие существенные составляющие этого влияния:

1. Внедрение стандартов ISO серии 9000 создало предпосылки для оптимального упорядочения менеджмента компаний. Основой такого упорядочения стал системно-комплексный подход к менеджменту качества.

Обобщив передовые методы и лучший мировой опыт в области менеджмента качества, авторы стандартов структурировали, определили и лаконично изложили минимально необходимые требования к системам менеджмента качества, соблюдение которых должно обеспечить производство продукции и оказание услуг, соответствующих запросам потребителей.

С введением стандартов ISO серии 9000 арсенал универсальных принципов менеджмента компании пополнился новыми принципами менеджмента качества:

• ориентация на потребителя;

• лидерство руководителя;

• вовлечение работников;

• процессный подход;

• системный подход;

• постоянное улучшение;

• принятие решений, основанных на фактах.

2. В стандартах ISO серии 9000 признана целесообразность применения цикла PDCA (Plan–Do–Check–Act – планировать–выполнять– проверять–действовать) как к отдельным процессам, так и к системам менеджмента в целом. Методология цикла PDCA корреспондируется с классическим циклом управления, впервые предложенным Ф. Тейлором и включающим следующие общие функции субъекта управления: прогнозирование, планирование, организация, мотивация, координация, контроль, учет и регулирование.

3. Введение стандартов ISO серии 9000 предопределило появление новой специальной функции менеджмента компаний – внутреннего аудита систем менеджмента.

4. Внедрение стандартов ISO серии 9000 повысило внимание к ответственности высшего руководства за создание и результативное функционирование систем менеджмента.

5. Предложенная в стандартах ISO серии 9000 концепция документирования СМК и управления этими документами получает широкое распространение в практике компаний.

6. Введение стандартов ISO серии 9000 инициировало широкий поиск решений по совершенствованию систем менеджмента компаний на основе процессного подхода.

7. В стандарте ISO 9004 представлен широкий спектр рекомендаций по улучшению общего менеджмента компаний в самых разных его аспектах, что уже отмечалось выше. Стандарты серии ISO 9000 являются основой для формирования общемирового профессионального языка в области менеджмента качества как неотъемлемой части общего менеджмента.

8. Практика применения стандартов ISO серии 9000 послужила платформой для формирования положительного отношения руководителей и специалистов отечественных компаний к международной стандартизации в области менеджмента.

Стандарты серии ISO 9000, принятые более чем в 190 странах мира в качестве национальных, применимы к любым предприятиям, независимо от их размера, форм собственности и сферы деятельности.

Для формирования системы менеджмента качества на современных предприятиях связи, оказывающих инфокоммуникационные услуги (на инфокоммуникационных предприятиях), требуется разработать обязательные процедуры и необходимую документацию, описывающую всю регламентирующую ее деятельность. Следует отметить, что наряду с универсальным международным стандартом в области менеджмента качества ISO 9000 в настоящее время в международной практике получают все большее развитие отраслевые стандарты, которые в основном предназначены для решения более узких задач компаний.

TL 9000 – международный стандарт, заложивший принципы управления качеством в телекоммуникационной отрасли. Стандарт TL 9000 разработан в рамках форума «Высокое качество для поставщиков в области телекоммуникаций» (Quality Excellence for Supplies of Telecommunications QuEST Forum). Он представляет собой расширенную версию МС ISO для телекоммуникационной отрасли. Целью QuEST Forum была разработка комплекса системных требований и измерений в области качества для получения пользователями более надежных, постоянно улучшающихся и экономически выгодных услуг.

Основными задачами

разработки стандарта TL 9000 следует считать:

- содействие созданию эффективных систем менеджмента качества на основе общих требований к системам менеджмента качества применительно к продуктам телекоммуникационного комплекса: техническим средствам связи, программному обеспечению и услугам;

- сокращение числа стандартов для систем менеджмента качества в области телекоммуникаций;

- обеспечение непрерывного улучшения качества продукции на телекоммуникационном рынке;

- содействие эффективности взаимоотношений между поставщиками и покупателями.

Требования стандарта TL 9000 имеют многоуровневую структуру, включая в себя все основные разделы МС ISO 9001, а также специфичные требования TL 9000 к СМК в сфере телекоммуникаций, дополняющие требования разделов ISO 9001.

Такое построение объясняется тем, что стандарт содержит большое число специфичных требований (всего 81 требование), которые разделены на 6 групп. В зависимости от области применения выделяют: общие требования, распространяющиеся на все предприятия, действующие в сфере телекоммуникаций, и требования, которые могут быть применены только в частном случае (например, только для предприятий-производителей телекоммуникационного оборудования или только для производителей программного обеспечения (ПО) к оборудованию и т. п.).

Структуры ISO 9001 и TL 9000 согласованы между собой. Однако в TL 9000 ряд разделов ISO 9001 дополнен и расширен. Преимущественно эти дополнения касаются следующих направлений:

- обеспечения непрерывного улучшения качества продукции на телекоммуникационном рынке;

- повышения качества удовлетворенности требований потребителей;

- планирования качества;

- обучения персонала;

- документального оформления СМК;

- введения специальных положений, связанных с особенностями предприятий телекоммуникационной отрасли и выпускаемой ими продукции. Например, раздел 7.5.3. Т.1 «Идентификация средств связи».

Областями совместимости данных стандартов при создании интегрированной СМК являются концепции, структуры, подходы и требования.

Наиболее логичным следует считать необходимость учета требований стандарта TL 9000 при создании СМК, в первую очередь на предприятияхпроизводителях телекоммуникационного оборудования и ПО, так как именно к этим предприятиям относится большинство специфичных требований данного стандарта. На предприятиях, предоставляющих телекоммуникационные услуги, надо учитывать требования обоих (ISO 9001 и TL 9000) стандартов, как дополняющих друг друга.

Кроме того, учитывая цель данной работы, заключающуюся в моделировании создания интегрированной системы менеджмента качества для предприятий отрасли инфокоммуникаций, включающих как телекоммуникационные, так и информационные технологии и услуги, необходимо учесть специфические отраслевые стандарты в области IT.

Идея обобщения лучших практических результатов оказания IT-услуг принадлежала британскому правительству, которое еще в 1989 г. инициировало разработку ITIL – библиотеки лучших практик организации процессов и процедур, обеспечивающих оказание IТ-услуг. B них изложена методика управления IТ-инфраструктурой в целях предоставления и поддержки IТ-услуг, соответствующих бизнес-требованиям компаний.

Впоследствии технический комитет IST/15 Softwаге and systems engineering международной организации по стандартизации (ISO) разработал международный стандарт «ISО/IЕС 20000:2005. Информационные технологии – Менеджмент услуг», который определял важнейшие процессы оказания IТ-услуг, взаимосвязь между этими процессами в зависимости от типов услуг, давал общие направления для выработки целей и методов управления, необходимых для предоставления IТ-услуг.

ISO/IEC 20000:2005 является первым международным стандартом для менеджмента IT услуг и способствует адаптации взаимосвязанного процессного подхода к данной сфере услуг. Стандарт легко интегрируется в действующую систему менеджмента качества на предприятии.

В рамках ISO/IEC 20000 определены 13 важнейших процессов, собранных в пять ключевых групп (рис. 1):

- процессы оказания услуг (Service delivery process). В группу входят управление уровнем услуг (Service level management), управление доступностью (Service continuity and аvаilаbilitу management) и управление возможностями сервисов (Capacity маnаgемеnt);

- процессы взаимоотношений (Relationship processes). Эта область включает в себя связи и отношения между поставщиком услуг, клиентом и подрядными организациями;

- процессы решения проблем (Resolution processes). Разработчики стандарта фокусируются на инцидентах, которые удалось предотвратить или успешно разрешить;

- процессы контроля (Control processes). В данном разделе рассматриваются процессы управления изменениями, активами и конфигурациями;

- процессы релиза (Release process). Речь идет о выработке новых и коррекции уже имеющихся решений.

Контроль (управление изменениями, активами Стандарт ISO/IEC 20000 не только дает общие рекомендации и представляет опыт обеспечения IТ-поддержки процессов, нацеленных на оказание IТ-услуг. В нем предлагаются и универсальные критерии, по которым можно объективно оценивать возможности компании при выполнении необходимых требований.

Внедрение ISO 20000 оказывается наиболее эффективным, если имеется базисная основа процессов: внедренная система менеджмента качества на основе ISO 9001 и действующая система информационной защиты, базирующаяся на ISО 27001.

ISO/IEC 27001 – международный стандарт по информационной безопасности, разработанный совместно Международной организацией по стандартизации (ISO) и Международной электротехнической комиссией (IEC). Стандарт содержит требования в области информационной безопасности (ИБ) для создания, развития и поддержания системы менеджмента информационной безопасности.

Организации, прошедшие сертификацию на соответствие ISO 27001, отвечают и требованиям ISO 20000 к процессам обеспечения информационной безопасности, а сертификация по ISO 9001создает общую основу для развития всех процессов компании, влияющую на степень удовлетворенности потребителя.

В дальнейшем был разработан международный стандарт, базирующийся на BS 7799-1:2005 – ISO/IEC 17799:2005 – «Информационные технологии – технологии безопасности – практические правила менеджмента информационной безопасности», который впоследствии был обновлен в связи с развитием методов обеспечения ИБ в мировой практике.

Развитие серий стандартов ISO/IEC 17799 и ISO/IЕС 27000 продолжается. Уже принят стандарт ISO/IEC 27005, который является руководством по менеджменту рисков в сфере ИБ и определяет требования к методике их оценки.

Отличительной особенностью всех стандартов ISO является их универсальность, непривязанность к какой-либо сфере или роду деятельности организации. Требования стандарта, обязательные для внедрения, не накладывают каких-либо технических требований на IТ-средства или средства защиты информации – стандарт не ставит каких-либо ограничений на тип программно-аппаратных средств и оставляет организации полную свободу выбора технических решений по защите информации.

Наряду с вышерассмотренными стандартами представляется целесообразным при создании СМК на предприятия инфокоммуникационной сферы учитывать требования международного стандарта OHSAS 18001.

OHSAS 18001 – международный стандарт по разработке систем управления охраной здоровья и безопасностью персонала. (Occupational Health and Safety Management Systems). Наличие сертификата OHSAS 18001 показывает, что предприятие ведет пристальный контроль факторов производственного и профессионального рисков, заботится о безопасности персонала.

OHSAS 18001 применим ко всем отраслям производства и услуг и совместим не только с ISO 9000, но и с ISO 14000.

ISO 14001 устанавливает требования к системе экологического менеджмента на предприятии для облегчения интеграции систем менеджмента качества, безопасности и здоровья персонала, и экологического менеджмента в организациях.

Интегрирование этих трех систем оказывает положительный эффект на упрочнение репутации организации, на показатели хозяйственной деятельности, на удовлетворенность в области качества, безопасности, охраны окружающей среды. Подобный подход получил развитие и в Великобритании в рамках направления QUENSH (Quality – качество, Environment – окружающая среда, Safety – безопасность, Health – здоровье).

Развитие интегрированных СМК в зарубежных странах объясняется явными преимуществами этих систем, которые заключаются в следующем:

- интегрированная система обеспечивает большую согласованность действий внутри организации;

- интегрированная система минимизирует функциональную разобщенность в организации, возникающую при разработке автономных систем менеджмента;

- создание интегрированной системы менее трудоемко, чем нескольких параллельных систем;

- число внутренних и внешних связей в интегрированной системе меньше, чем суммарное число этих связей в нескольких системах;

- объем документов в интегрированной системе меньше, чем суммарный объем документов в нескольких параллельных системах;

- в интегрированной системе достигается более высокая степень вовлеченности персонала в улучшение деятельности организации;

- затраты на разработку, функционирование и сертификацию интегрированной системы ниже, чем суммарные затраты при нескольких системах менеджмента.

Ниже представлена предлагаемая модель интегрированной СМК инфокоммуникационного предприятия, направленная на повышение удовлетворенности потребителей качеством инфокоммуникационных услуг и отвечающая требованиям универсального международного стандарта ISО 9001 и отраслевых международных стандартов, определяющих дополнительные требования к системе менеджмента качества предприятий инфокоммуникационной отрасли, а также требованиям международного стандарта ISO 14000, стандартизирующего систему экологического менеджмента на предприятии, и OHSAS 18001, направленного на формирование системы охраны здоровья и безопасности персонала (рис. 2).

Специфические требования Специфические требования производителей телекомму- предоставляющих теленикационного оборудова- коммуникационные усния луги Требования к системе охраны здоровья и безопасности персонала (OHSAS 18001) Рис. 2. Модель интегрированной системы менеджмента качества По нашему мнению, модель интегрированной системы менеджмента качества должна состоять из общих, унифицированных требований, позволяющих предприятиям делать свой выбор без установления единых для всех рамок. Ответственным моментом при формировании ИСМК для инфокоммуникационных предприятий является определение принципов согласования требований вышеприведенных стандартов и областей их взаимной интеграции, позволяющих упорядочить документооборот, улучшить качество управления на предприятиях и на этой основе повысить удовлетворенность потребителей качеством предоставляемых инфокоммуникационных услуг.

В качестве принципов согласования ISO 9001, TL 9000, ISO/IEC 20000, ISO/IEC 27001, ISO 14001 и OHSAS 18001 могут быть приняты принципы концепции Всеобщего управления качеством (TQM).

Анализ требований к системам менеджмента качества, формируемым в соответствии с данными стандартами, показывает, что ряд их элементов схожи и на их основе возможно определение направлений интеграции. Алгоритм разработки и внедрения ИСМК во многом схож с алгоритмом создания систем менеджмента качества, формируемых в соответствии с требованиями каждого их вышеназванных стандартов (например, ISO 9001).

Разработка интегрированной СМК предполагает определение политики и целей в области качества, а также реорганизацию организационной структуры предприятия. Данная реорганизация проводится для достижения наибольшей эффективности в принятии решений по управлению качеством. Реорганизация не обязательно должна выражаться в кардинальном изменении организационной структуры и может заключаться в изменениях или дополнениях функций структурных единиц, уже существующих на предприятии.

ВАКУУМНАЯ НАНОЭЛЕКТРОНИКА И ЭМИССИЯ

В СИЛЬНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОЛЯХ

Автоэлектронная (полевая) эмиссия – это уникальное, квантовомеханическое явление туннелирования электронов из конденсированного состояния (твердого или жидкого) в вакуум. Ее эмиссионная способность в десятки миллионов раз больше, чем у всех других известных видов эмиссии. Исключительно высокая плотность тока АЭЭ, а также отсутствие необходимости затрачивать энергию на сам эмиссионный процесс предопределяет исключительные возможности практического использования этого явления.

Сейчас автоэлектронная эмиссия практически переживает второе рождение в связи с появлением принципиально новой области микро- и наноэлектроники – вакуумной наноэлектроники.

Точечные автоэмиссионые катоды находят уникальное применение в электронной микроскопии сверхвысокого разрешения, Ожэ-спектроскопии, электронной голографии атомного разрешения и других областях сверхтонкой диагностики поверхности.

Автоэлектронная эмиссия – это также процесс, инициирующий и поддерживающий генерацию мощных и сверхмощных электронных пучков (тысячи и миллионы ампер) в явлении взрывной электронной эмиссии, являющийся основой современной сильноточной электроники.

Исследования автоэлектронной эмиссии имеют большую предысторию и на эту тему написан ряд прекрасных обзоров и монографий.

В настоящее время появились новые данные о процессе АЭЭ и новые направления исследования. Кроме этого, в связи с задачами вакуумной наноэлектроники, возник особый интерес к ряду особенностей процесса автоэлектронной эмиссии в специфических условиях: в СВЧ-полях, при предельных плотностях тока, в случае АЭЭ из нанометровых объектов. Совершенно неожиданные эффекты были обнаружены при автоэмиссии из углеродных нанокластеров. При исследовании предельных возможностей АЭЭ было обнаружено явление взрывной электронной эмиссии и др. Во всех этих направлениях нашей группой был внесен свой вклад. Эти результаты находят отражение в первой части настоящего сообщения.

Во второй части доклада прослеживается связь между явлением АЭЭ и возможностями создания на его основе различных устройств вакуумной наноэлектроники. Здесь мы попытались осветить вопрос, связанный с новым классом низковольтных дисплеев и использованием точечных АЭ катодов в электронно-зондовых системах. Специальное внимание уделено возможности применения в вакуумной наноэлектронике самоорганизующихся наноструктур на основе углеродных кластеров, обладающих очень низким порогом эмиссии, таких как алмазоподобные пленки, фуллерены и нанотрубки, а также использованию явления ВЭЭ для создания портативных рентгеновских аппаратов.

Автоэлектронная эмиссия и вакуумная наноэлектроника Вакуумная наноэлектроника (VNE) – новая область микро- и наноэлектроники, развившаяся в последние десятилетия. VNE основывается на использовании электронов в вакууме при размерах активных элементов в десятые и сотые доли микрона. Практическим активным элементом в системах VNE является автоэлектронный эмиттер. Использование микроскопических зазоров анод-катод позволяет создавать устройства с автокатодом, управляемые напряжениями в десятки вольт.

VNE представляет собой устройства и активные компоненты систем, имеющие размеры, соизмеримые с нанометровым масштабом. VNE является своего рода альтернативной электроникой по отношению к твердотельной и использует управляемое баллистическое движение электронов в вакууме в отличие от переноса носителей (электронов и дырок) в полупроводниках.

Малые размеры АЭ эмиттера позволяет миниатюризировать активные элементы вплоть до десятков атомных размеров (т. е. 10–6 – 10–7 см). В настоящее время имеются экспериментальные результаты, показывающие, что для особых материалов (в частности, нанотрубок углерода и т. д.) активные элементы могут иметь близкие к атомным размеры.

Малые размеры АЭЭ катода позволяют реализовать плотность элементов до 108 –1010 см–2, а с использованием «самоорганизующихся» систем (фуллеренов, нанотрубок и т. д.) до 1012 см-2.

Преимущества вакуумной наноэлектроники Преимущества VNE по отношению к твердотельной электронике:

1) отсутствие рассеяния энергии при переносе электронов в вакууме.

Это дает преимущество при создании целого класса мощных, в том числе СВЧ-приборов;

2) практическая безынерционность автоэмиссионного процесса и малое время переноса электронов в вакуумном зазоре, позволяющем создавать быстродействующие высокочастотные устройства;

3) резкая нелинейность вольт-амперных характеристик автоэмиссии и возможность создания на этой основе преобразователей и умножителей частоты;

4) отсутствие энергетических затрат на эмиссионный акт вследствие квантовой природы туннелирования;

5) радиационная и термическая стойкость эмиттера;

1. Наиболее перспективным и имеющим исключительно широкое применение является создание на базе многоэмиттерных катодных матриц плоских низковольтных дисплеев высокой яркости и высокого разрешения.

2. Использование нанометровых автоэлектронных эмиттеров в электронно-оптических системах сверхвысокого разрешения (в растровых и просвечивающих электронных микроскопах, системах электронной литографии, Оже-спектрометрах), а также устройствах электронной голографии и туннельной микроскопии.

3. Создание активных элементов микро- и наноэлектроники: диодов, триодов и т. д.

4. Применение в устройствах СВЧ.

5. Создание различного рода датчиков давления, магнитного поля и др.

6. Создание нового класса ионных источников 7. Реализация новых высокопроизводительных технологий микро- и нано электроники (литография и т. п.).

ПРЯМОЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ ОРГАНИЧЕСКИХ

ТОПЛИВ В ЭЛЕКТРИЧЕСТВО: НОВЫЕ КОМПОЗИТНЫЕ

МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ МЕМБРАННОГО ВЫДЕЛЕНИЯ ВОДОРОДА

Химическая энергия органических топлив может быть напрямую, т. е.

минуя тепловой цикл, преобразована в электричество с помощью топливных элементов. Источники электропитания, основанные на этом принципе, могут иметь рекордные КПД и массо-габаритные характеристики, они не зависят от наличия электрических сетей, бесшумны, экологичны, не имеют движущихся частей, соответственно надежны и требуют минимального технического обслуживания, работают в широком температурном диапазоне.

Энергоустановки на этом принципе могут применяться на транспорте, включая двигатели надводных и подводных судов, для производства электроэнергии в коммунальном хозяйстве, в качестве источников для резервного и бесперебойного питания в системах телекоммуникаций (беспроводные базовые станции, сети засекреченной связи, удаленные терминалы проводных линий связи, широкополосная сеть). Они также будут использоваться в средствах информатики и мобильной связи вместо литий-ионных аккумуляторов, а также в качестве зарядных устройств для последних.

Наилучшие перспективы широкого применения имеют твердополимерные топливные элементы (PEMFC), вырабатывающие электричество из водорода, который в свою очередь получается путем химической конверсии первичного органического топлива. Узким местом, сдерживающим развитие таких источников электричества, является получение водорода требуемой для работы твердополимерных топливных элементов чистоты: 99,99%.

Наиболее простой и эффективный метод получения чистого водорода – это его выделение из водород-содержащей газовой смеси с помощью селективных мембран. В настоящее время такие мембраны делаются из сплавов палладия. Цена этих мембран несоразмерно высока и определяет высокую стоимость всей системы. Например, мембранная система, предназначенная для генерации 60 кВт электроэнергии из дизельного топлива с помощью твердополимерных топливных элементов, стоит 170 тыс. долл.

(компания P&E, США). Это делает стоимость всей энергоустановки слишком высокой и тормозит развитие этого направления энергетики (особенно для транспорта и коммунального хозяйства).

В проведенных нами в 2011 г. экспериментальных исследованиях продемонстрировано, что для выделения чистого водорода вместо палладиевых могут быть использованы композитные мембраны на основе металлов 5-й группы (ванадия, ниобия), рис. 1. При такой же 100%-ной селективности эти мембраны имеют на порядок более высокую удельную производительность, требуют на два порядка меньшего расхода драгметаллов и при промышленном производстве будут в десятки раз дешевле, чем палладиевые. Это достижение основано на результатах исследований последних лет, проведенных учеными СПбГУТ во Франции (Ecole Polytechnique при финансировании ЕВРАТОМа), в ряде университетов и научных центров Японии (в рамках японских национальных программ), а также в России в рамках международных грантов, финансируемых ЕС, США и Японией.

Наши ближайшие цели:

• развитие промышленной тех- Рис. 1. Зависимость плотности пронинологии создания материалов для кающего потока от давления на входе композитных мембран на основе ме- для композитной мембраны на основе • создание мембранных систем для получения водорода из различных органических топлив (природного газа, дизельного топлива, метанола, биотоплива);

• создание линейки мембранных систем для производства водорода, соответствующего электрической мощности от десятков ватт (портативные средства информатики и связи) до единиц мегаватт (судовые двигатели);

• создание пилотных образцов энергоустановок, основанных на топливных элементах, в которых ключевым инновационным компонентом будет разработанная мембранная система.

1. БЕСПРОВОДНЫЕ СИСТЕМЫ СВЯЗИ

ОСОБЕННОСТИ МОЛНИЕЗАЩИТЫ БАЗОВЫХ СТАНЦИЙ

СОТОВОЙ СВЯЗИ ТРЕТЬЕГО И ЧЕТВЕРТОГО ПОКОЛЕНИЙ

В последние годы наблюдается заметное увеличение грозовой активности на всей планете в целом, что обусловлено, скорее всего, изменением климата. Естественно, что это, наряду с усложнением конструкции и повышением степени интеграции оборудования связи и электропитания, приводит к необходимости решения ряда вопросов, связанных с проблемой защиты от импульсных токов и перенапряжений.

Основными техническими мероприятиями в области защиты от импульсных перенапряжений, возникающих между различными элементами и составными частями объекта в целом при прямом или близком ударе молнии, являются:

создание системы внешней молниезащиты;

создание качественного заземляющего устройства для отвода на него импульсных токов молнии;

экранирование оборудования и линий, входящих в него, от воздействия электромагнитных полей, возникающих при протекании токов молнии по металлическим элементам системы молниезащиты, строительным металлоконструкциям и другим проводникам при близком размещении оборудования к ним;

создание системы уравнивания потенциалов внутри объекта путем присоединения к главной заземляющей шине (ГЗШ) с помощью потенциалоуравнивающих проводников всех металлических элементов и частей оборудования (за исключением токоведущих и сигнальных проводников);

установка на всех линиях, входящих в объект (или отдельно размещенное оборудование), устройств защиты от импульсных перенапряжений, с целью уравнивания потенциалов токоведущих или сигнальных проводников относительно заземленных элементов и конструкций объекта.

Иногда может понадобиться защита и внутренних линий, соединяющих различное оборудование, например шины постоянного тока на выходе выпрямителя и т. д.

Из вышесказанного следует, что проблема защиты от импульсных грозовых перенапряжений может быть решена только комплексным путем, при условии выполнения всех перечисленных технических мероприятий.

Такой подход дает зоновая концепция защиты, изложенная в стандартах МЭК серии 62305.

1. Виноградов, П.Ю. Инновационные технологии энергообеспечения в инфокоммуникациях: учеб. пособие / П.Ю. Виноградов, В.В. Маракулин, К.К. Никитин. – СПб. : «Телеком» СПбГУТ, 2010.

2. Зоричев, А.Л. Молниезащита объектов радиосвязи / А.Л. Зоричев. – СПб. : ЗАО «Хакель Рос», 2007.

3. Стандарты МЭК серии IEC-62305.

ТРЕБОВАНИЯ К КАЧЕСТВУ ПРЕДОСТАВЛЕНИЯ СЕРВИСОВ

В СЕТИ РАДИОДОСТУПА ЧЕТВЕРТОГО ПОКОЛЕНИЯ EUTRAN

Основными характеристиками сети LTE является возможность предоставления высокоскоростных пакетных сервисов (до 1 Гбит/с в сети LTE-Advanced) с величиной задержки, близкой к задержке в проводных сетях доступа LAN. По отношению к сетям радиодоступа третьего поколения (например, сеть UMTS) в сети LTE появляется возможность гибкого управления качеством сервисов (QoS) в зависимости от предъявляемых оператором требований. Во многом это обеспечивается за счет появления дополнительных элементов в ядре сети LTE – ePC (Enhanced Packet Core).

В докладе рассмотрены качественные характеристики сети LTE, предусмотренные стандартом 3GPP. Проведен анализ технических аспектов реализации предъявляемых 3GPP требований. Рассмотрены дополнительные функциональности сети LTE, которые отличают сеть четвертого поколения eUTRAN от сети третьего поколения UTRAN (например, функциональности Self Organized Network).

Основное внимание уделено сравнению качественных характеристик сети радиодоступа третьего поколения UTRAN и сети четвертого поколения eUTRAN.

Практическая часть доклада посвящена экспериментальной оценке качественных характеристик сети четвертого поколения eUTRAN.

МЕТОДИКА ПОСТРОЕНИЯ ПЕЛЕНГАЦИОННОЙ СЕТИ

С ТРЕБУЕМЫМИ ПАРАМЕТРАМИ ТОЧНОСТИ И ВЕРОЯТНОСТИ

ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ АБОНЕНТСКИХ СТАНЦИЙ

В ЗОНЕ ДЕЙСТВИЯ СЕТИ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ

С развитием телекоммуникационной отрасли, разработкой и внедрением новых стандартов связи и безопасности возникает необходимость предоставления точных данных о местоположении абонентских станций для оказания пользователям сетей мобильной связи навигационных услуг, помощи при авариях, обеспечения их безопасности, а также для использования в системе оперативно-розыскных мероприятий. При этом требуется высокая точность определения географических координат абонентских станций (АС) и их однозначная привязка к цифровой карте местности.

Сейчас операторы мобильной связи не обеспечивают высокой точности позиционирования абонентских станций, что существенно затрудняет решение вышеуказанных задач. Приведенные факты являются предпосылкой для внедрения комплексных решений задачи точного позиционирования абонентских станций, поэтому решение на основе совместно функционирующих сетей мобильной связи и специальной пеленгационной сети представляется актуальным.

Разрабатываемая сеть включает в себя два сегмента: сеть мобильной радиосвязи и пеленгационную сеть. Измерительные пункты (ИП) пеленгационной сети располагаются в позиционных районах базовых станций и имеют в своем составе приемники GSM-1800 и антенные устройства, представляющие собой приемные фазированные антенные решетки с электронным управлением. Управление и обработка результатов работы пеленгационной сети производится в специальном пульте управления, который взаимодействует с контроллерами и системой коммутации сети мобильной связи. Задача позиционирования решается в несколько этапов: 1-й этап – позиционирование АС методами, реализованными в действующих сетях мобильной связи. На дальнейших этапах происходит уточнение местоположения АС средствами пеленгационной сети.

При построении пеленгационной сети предлагается использовать пеленгационные кластеры, параметры которых (число ИП и их размещение по структуре сети мобильной связи) должны обеспечивать требуемые параметры позиционирования АС и минимальное число ИП в составе стационарной пеленгационной сети. Пеленгационная сеть развертывается путем совмещения пеленгационных кластеров со структурой сети мобильной связи.

Произведены расчеты точности и вероятности позиционирования АС, показывающие, что на точность позиционирования АС основное влияние оказывает среднеквадратическая ошибка пеленга, расстояние между ИП и положение АС в зоне действия сети мобильной связи.

Предложена методика повышения точности и вероятности позиционирования за счет данных сети мобильной связи, которая позволяет отбрасывать часть площади, принадлежащей другим секторам, тем самым повышая вероятность позиционирования АС с заданной точностью средствами пеленгационной сети.

Произведена оценка точности и вероятности позиционирования при применении мобильных измерительных пунктов, которая показывает, что их использование позволяет добиться увеличения точности позиционирования в среднем на порядок по отношению к той погрешности позиционирования, которую обеспечивают стационарные ИП.

Таким образом, предложенная методика построения пеленгационной сети, наложенной на действующую сеть мобильной связи, позволяет создать пеленгационную сеть с требуемыми параметрами точности и вероятности позиционирования АС в зоне действия сети мобильной связи.

ОЦЕНКА ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТИ

И МОДЕЛЕЙ ТРАФИКА СЕТИ СТАНДАРТА LTE

ПРИ ПЕРЕДАЧЕ СКОРОСТНЫХ ДАННЫХ

Объектом исследования в работе, является сотовая сеть мобильной связи стандарта E-UTRAN (LTE). Современный мир живет в эпоху бурного расцвета технологий широкополосной беспроводной связи. Почти все они описаны в многочисленных отечественных и зарубежных работах. Однако практически отсутствуют изложения принципов технологии 4G или LongTerm Evolution (LTE), широкое внедрение которой вот-вот начнется во многих странах мира.

Разработка технологии LTE как стандарта официально началась в конце 2004 г. Основной целью исследований на начальном этапе был выбор технологии физического уровня, которая смогла бы обеспечить высокую скорость передачи данных. В качестве основных были предложены два варианта: развитие существующего радиоинтерфейса W-CDMA (используемого в HSPA) и создание нового на основе технологии OFDM. В результате проведенных исследований единственной подходящей технологией оказалась OFDM, и в мае 2006 года в 3GPP была создана первая спецификация на радиоинтерфейс Evolved UMTS Terrestrial Radio Access (E-UTRA).

В ходе проведенной работы были получены следующие результаты.

1. Произведено сравнение работы планировщиков сети LTE и их влияние на пропускную способность.

2. Выполнена оценка средней пропускной способности соты.

3. Определено число абонентов, взятых на обслуживание с учетом средней пропускной способности соты, при передаче скоростных данных.

4. Модели трафика.

5. Эффективность системы LTE в зависимости от модели трафика.

6. Оценка спектральной эффективности с применением технологии MIMO.

1. Holma, H. LTE for UMTS – OFDMA and SC-FDMA Based Radio Accass / H. Holma, A. Toskala // John Wiley & Sons Ltd, 2009. – 426 c.

2. Farooq Khan. LTE for 4G Mobile Broadband // Samsung Telecommunications (America). 2010. – 493 c.

3. Вишневский, В. Энциклопедия WiMAX путь к 4G / В. Вишневский, С.Портной, И. Шахнович. – М. : Техносфера, 2009. – С. 263–279.

ОСОБЕННОСТИ МАРШРУТИЗАЦИИ

В САМООРГАНИЗУЮЩИХСЯ ПАКЕТНЫХ РАДИОСЕТЯХ НА

ОСНОВЕ РАДИОСТАНЦИЙ С НАПРАВЛЕННЫМИ АНТЕННАМИ

Самоорганизующиеся пакетные радиосети – класс беспроводных сетей, характеризующийся отсутствием элементов фиксированной структуры и централизованного управления. Для построения сетей данного вида требуется решение многих задач: управление доступом к среде передачи, маршрутизация, безопасность, QoS и др. Ввиду ограниченности ресурсов сети и подвижности узлов, создание эффективного алгоритма и протокола маршрутизации в самоорганизующихся сетях является жизненно важным для сети, но представляет значительную сложность.

Одним из способов повышения основных характеристик самоорганизующейся пакетной радиосети является использование радиостанций с направленными антеннами. За счет увеличения дальности связи, снижения уровня взаимных помех между различными станциями увеличивается вероятность доставки пакетов, снижается избыточность служебной информации, уменьшается общий объем передаваемого трафика, уменьшается время доставки пакетов.

В докладе рассмотрен обобщенный алгоритм маршрутизации в самоорганизующихся пакетных радиосетях (рис. 1) с точки зрения использования направленных антенн.

Основными частями алгоритма являются:

поиск маршрута;

начало передачи;

обработка разрыва маршрута.

Поиск маршрута включает в себя обнаружение соседей и получателя, и расчет пути от отправителя к получателю.

При использовании радиостанций с направленными антеннами с адаптивной ДН возможно чередование различных режимов работы в зависимости от этапа алгоритма. Кроме того, узлы сети могут быть неоднородны по своим характеристикам. В результате, возможны четыре конфигурации соседей: OO, OD, DO, DD, где O (omnidirectional) – узел с ненаправленной антенной, а D (directional) – с направленной. Наибольший интерес представляют конфигурации OO и OD/DO.

Рис.1 Обобщенный алгоритм маршрутизации самоорганизующихся пакетных радиосетей При использовании направленных режимов работы на этапах обнаружения соседей и обнаружения получателя вследствие увеличения дальности радиосвязи может достигаться выигрыш по времени, повышается оптимальность маршрута (если в качестве метрики используется число приемопередач), увеличивается связность сети. Однако при конфигурации DO и, в особенности, DD возможно ухудшение связности, если главный лепесток ДН направленной антенны направлен в другую сторону. Кроме того, увеличенная концентрация энергии в определенном направлении, а также боковые лепестки ДН антенны радиостанции могут привести к интерференции, что снизит емкость сети и нивелирует полученные преимущества.

Описанная проблема характерна и для этапа передачи данных по маршруту. В связи с этим, для эффективного использования направленных антенн необходимо внедрение механизма контроли мощности передачи. В алгоритме маршрутизации эта проблема может быть решена посредством использования более «длинных» по числу переходов, но менее энергоемких соединений.

Исследования вопроса маршрутизации в самоорганизующихся пакетных радиосетях с применением направленных антенн имеет большие перспективы, поскольку создание адаптированных алгоритмов позволит улучшить характеристики данных сетей и повысить качество связи.

1. Mohapatra, Prasant AD HOC NETWORKS. Technologies and Protocols / Prasant Mohapatra, Srikanth V. Krishnamurthu // Boston: Springer Science + Business Media, Inc., 2005.

2. Ramanathan, R. On the performance of ad hoc networks with beamforming antennas / R. Ramanathan // Proceedings of ACM MOBIHOC, 2001.

ВЛИЯНИЕ ТРАНСМИССИОННОГО ОБОРУДОВАНИЯ

НА КАЧЕСТВО СВЯЗИ, ОЦЕНКА КАЧЕСТВА СВЯЗИ

Все элементы сотовой сети связаны между собой теми или иными трансмиссионными линиями передачи, которые обеспечивают надежную работу всех устройств в сети.

Информацию о транспортной сети можно передавать с помощью разных технологий таких как:

• ATM (Asynchronous Transfer Mode) – асинхронный способ передачи данных;

• IP MPLS (Multiprotocol Label Switching) – мультипротокольная коммутация по меткам;

• PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy) – плезиохронная цифровая иерархия;

SDH (Synchronous Digital Hierarchy) – синхронная цифровая иерархия;

• хDSL (digital subscriber line) – цифровая абонентская линия.

Основными индикаторами неисправности трансмиссионного оборудования в сетях мобильной связи являются аварии. Авария – это нарушение работы оборудования или его полное отключение. Мониторинг аварий производится с использованием специального программного обеспечения, позволяющего отследить текущее состояние оборудования. Анализ статистики аварий позволяет не только оперативно устранять неисправности, но и помогает принимать решения по оптимизации сети, что в свою очередь способствует улучшению качества связи.

Помимо общего списка аварий на том или ином оборудовании, имеется возможность удаленного доступа непосредственно к самому элементу, за счет чего можно получить подробные данные о его состоянии, существующих авариях, ошибках в канале, а также это позволяет просмотреть подробную историю по состоянию устройства за несколько дней, месяцев.

В настоящее время наблюдается резкое повышение скорости передачи данных в сетях мобильной связи и качество обслуживания абонентов во многом определяется емкостью и надежностью транспортной сети. Таким образом, развитие и оптимизация транспортной сети являются очень важными задачами. Производители трансмиссионного оборудования дают некоторые рекомендации по эффективному анализу и устранению причин аварий, инженерные службы компаний-операторов также разрабатывают собственные методы усовершенствования работы оборудования. Однако для принятия адекватных решений по оптимизации необходимо рассматривать проблему появления ошибок в транспортной сети в целом. В данной работе рассмотрены параметры оценки качества сигнала в транспортных сетях различной физической природы и предложена методика оценки влияния трансмиссионного оборудования на работу базовых станций и качество связи.

Простой базовой станции (БС) «выливается» для сотового оператора в большие финансовые потери. В связи с этим для оперативного устранения аварий необходимо понимать, каковы причины простоя БС, как это выявить и как можно оперативно устранить проблему.

Ключевые параметры оценки качества сигнала описаны в двух основных рекомендациях ITU-T – G.821 и G.826.

Рекомендация G.826 одобренная ITU-T в 1993 г. «Параметры и нормы ошибок международных цифровых соединений на скорости выше первичной», описывает определение ошибок цифровых соединений:

• во время нормальной эксплуатации;

• на скоростях 1544, 2048 кбит/c и выше;

• в сетях с использованием технологий SDH и АТМ.

Важнейшими требованиями к методам обнаружения ошибок цифрового сигнала являются универсальность, экономичность и точность. Универсальность означает применимость метода к любому цифровому сигналу, экономичность – эффективное использование дополнительной пропускной способности, ключевое же требование – несомненно, высокая точность.

Мониторинг трансмиссионного оборудования проводится операторами сотовой связи и жестко регламентируется. Существуют критерии оценки качества обслуживания оборудования, которые пригодны, в том числе и для трансмиссионного оборудования. Целесообразно описание методов, позволяющих повысить качество обслуживания.

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ПЛАНИРОВАНИЯ СЕТИ

СТАНДАРТА LTE ПРИ ПЕРЕДАЧЕ ДАННЫХ

Объектом исследования в работе, является сотовая сеть мобильной связи стандарта E-UTRAN (LTE). Современный мир живет в эпоху бурного расцвета технологий широкополосной беспроводной связи. Почти все они описаны в многочисленных отечественных и зарубежных работах. Однако практически отсутствуют изложения принципов технологии 4G или LongTerm Evolution (LTE), широкое внедрение которой вот-вот начнется во многих странах мира.

Разработка технологии LTE как стандарта официально началась в конце 2004 г. Основной целью исследований на начальном этапе был выбор технологии физического уровня, которая смогла бы обеспечить высокую скорость передачи данных. В качестве основных были предложены два варианта: развитие существующего радиоинтерфейса W-CDMA (используемого в HSPA) и создание нового на основе технологии OFDM. В результате проведенных исследований единственной подходящей технологией оказалась OFDM, и в мае 2006 года в 3GPP была создана первая спецификация на радиоинтерфейс Evolved UMTS Terrestrial Radio Access (E-UTRA).

В ходе проведенной работы были получены следующие результаты.

1. Разработан алгоритм планирования наложенной сети LTE.

2. Произведен расчет бюджета потерь сети LTE с учетом допустимых скоростей передачи данных.

3. Произведена оценка энергобаланса в сети LTE, наложенной на существующую сотовую сеть мобильной связи GSM.

4. Описано распределение частотного ресурса в сети LTE.

5. Изложена методика управления выделенным частотным ресурсом.

1. Holma, Н. LTE for UMTS – OFDMA and SC-FDMA Based Radio Accass / Н. Holma, A. Toskala // John Wiley & Sons Ltd, 2009. – 426 c.

2. Вишневский, В. Энциклопедия WiMAX путь к 4G/ В. Вишневский, С. Портной, И. Шахнович. – М. : Техносфера, 2009. – С. 263–279.

АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ ПУТИ СОЗДАНИЯ

МОЩНЫХ ГЕНЕРАТОРОВ ДЛЯ ГИДРОАКУСТИКИ

В настоящее время все новые поколения генераторов режимов гидролокации и связи в отечественной гидроакустике разрабатываются на основе ключевых многоканальных генераторных (усилительных) ячеек с применением сборок МДП-транзисторов и диодов торговой марки АРТ компании MICROSEMI. Такой путь позволяет в наилучшей степени реализовать преимущества современных транзисторов, оптимизировать структурные, топологические, термодинамические свойства создаваемых приборов.

Однако использование сборок единственного мирового производителя, монополиста, опасно в стратегическом плане при разработке и производстве продукции оборонного значения, если нет разумной альтернативы.

В докладе проанализированы три альтернативных пути построения усилителей – на низковольтных МДП-транзисторах, на IGBT-транзисторах, на МДП-транзисторах новых поколений, в том числе на карбиде кремния.

Проведен сравнительный анализ, сделаны выводы о применимости. Приведены основные параметры экспериментальных моделей усилителей.

Аналогичные данные приведены для разработок, касающихся источников электропитания и генераторов синусоидальных сигналов повышенной частоты.

РАЗРАБОТКА ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

ДЛЯ КУРСА МОБИЛЬНОЙ СИСТЕМЫ СВЯЗИ

Разработка лабораторных работ проводится для факультета МТС, выполняемых на каф. РПВЭС, в целях расширения их перечня. Лабораторные работы посвящены исследованиям зон обслуживания базовых станций (БС) для 6 типов городских построек разной этажности и плотности, а также прилегающим к ним сельскохозяйственным территориям. Расчеты проводятся при использовании расширенной аппроксимации Окамуры-Хата для определения величины медианного ослабления сигнала по программам, выполненным в Маткаде. Согласно рекомендации 239-7 МСЭ учитываются локальные и временные колебания мощности сигнала на линии передатчик мобильного телефона – приемник БС, плотность застройки и этажность построек. Вариант исследований задается студентам программой по вводимых ими двух последних цифр студенческого билета. В разрабатываемый перечень лабораторных работ входят исследования зон обслуживания БС:

для радиальных трасс вокруг БС и на предлагаемых картах города. В зонах отсутствия обслуживания студентам предлагается выбрать предполагаемые места размещения других БС для обеспечения обслуживания города по критерию минимального числа БС и с учетом законодательного запрета размещения антенн БС на жилые постройки и обосновать свой выбор.

Определяется минимально допустимое расстояние между БС для антенн с круговыми диаграммами направленности при нахождении мобильного телефона вблизи границы обслуживания БС при повторном использовании частот по критерию минимально допустимого отношения сигнал/помеха и задаваемой вероятности нарушений вышеупомянутого отношения.

Исследуются влияния дополнительных препятствий в виде застроек, значительно отличающихся по этажности от окружающих, или местных препятствий в виде отдельных холмов или каньонов на трассах распространения на дальность обслуживания БС для модели затухания на клиновидном препятствии. Исследуется зависимость величины приведенной высоты подвеса антенны БС для холмистой местности с целью уменьшения высот используемых антенных опор и расширения зон обслуживания БС.

РАЗРАБОТКА КУРСА ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

НА ОСНОВЕ БОРТОВОГО РАДИОЛОКАТОРА

Бурное развитие микроэлектронных технологий за последние 20 лет, повсеместное внедрение компьютеров и микропроцессоров в учебный процесс вузов, с одной стороны, и необходимость увеличения сложности процессов разработки, производства и тестирования новых элементов радиоэлектронной техники специалистами-разработчиками, с другой, выдвигает ряд новых требований при подготовке радиоинженера, важнейшими из которых на наш взгляд являются разумное сочетание классической подготовки с широчайшим применением современных программных продуктов и сред разработки.

Дисциплина «Радиотехнические системы» является одной из базовых и входит в учебную программу многих специальностей в области радиотехники и телекоммуникаций. На сегодняшний день в силу моральной и технической устарелости, выхода из строя ряда измерительных приборов и лабораторных макетов, большая часть работ практикума этой дисциплины (а также ряда других дисциплин) выполняются только на основе программных моделей, либо на устаревшем оборудовании, не отвечающим современным потребностям практики.

Подходом, ставшим сегодня традиционным, при решении подобных задач является использование виртуальных измерительных технологий National Instruments с использованием таких сред разработки и проектирования, как LabView, Multisim и т. д. Помимо модернизации лабораторного оборудования использование этих технологий позволяет создавать автоматизированные измерительные системы практически любой сложности и производительности, а также осуществлять интеграцию этих систем с телекоммуникационными сетями, обеспечивая возможность дистанционного управления реальными физическим объектами.

Узловым моментов практикумов является органичное использование реальных элементов радиоэлектронной техники, например допплеровского радиолокатора и виртуальных приборов, разработанных в той или иной среде проектирования. Использование современных средств разработки и проектирования позволяет реализовать практически любые из теоретически известных процедур обработки сигналов, а также дает определенную свободу творчества и самовыражения.

Лабораторный практикум может включать следующие работы:

1). Измерение эффективной площади рассеяния целей;

2). Обнаружение сигналов;

3). Измерение радиальной скорости целей;

4). Распознавание типов целей с вращающимися элементами конструкций;

5). Цифровая обработка радиолокационных сигналов.

На рис. 1 и 2 приведены варианты структурных схем лабораторных комплексов.

Рис. 1. Структурная схема лабораторной установки: 1 – доплеровский радиолокатор, 2 – радиолокационная цель, 3 – электродвигатель, 4 – энкодер, 5 – плата ввода информации в ПЭВМ, 6 – ПЭВМ и специализированное программное обеспечение, 6 – плата управления скоростью вращения электродвигателем, 7 – виртуальный прибор, 10 – плата управления двигателем и съемом данных с энкодера Рис. 2. Схема лабораторной установки для исследования эффекта Доплера.

1 – доплеровский радиолокатор, 2 – радиолокационная цель, 3 – линейная направляющая, 4 –электродвигатель, 5 – плата ввода информации в ПЭВМ, 6 – ПЭВМ и специализированное программное обеспечение, 6 – плата управления скоростью вращения электродвигателем, 7 – виртуальный прибор, 8 – плата сопряжения, 9 – акустическая система, 10 – система управления перемещением При исследовании эффекта Доплера используется модификация лабораторной установки, приведенная на рис. 2.

Приведенные варианты лабораторных практикумов с применением виртуальных технологий National Instruments и реальных радиотехнических устройств позволяют оперативно измерять исследуемые параметры и наглядно отображать полученные результаты. Модульность и распределенность лабораторных практикумов упрощает их использование для исследования различных процессов.

ВЫДЕЛЕНИЕ И КОМПЛЕКСИРОВАНИЕ КОНТУРОВ

РАЗЛИЧНОГО ТИПА НА ЦИФРОВЫХ ИЗОБРАЖЕНИЯХ

Контура на монохромных изображениях соответствуют резким изменениям интенсивности и представляют границы различных областей и объектов. Их выделение позволяет преобразовать многоуровневое изображение к бинарному с сохранением наиболее информативных составляющих объектов, представленных на изображении.

Существует достаточно много методов выделения контуров, использующих градиентный и спектральный подходы [1].

Одним из наиболее известных методов выделения контуров на цифровом изображении является метод Canny. Алгоритм хорошо отслеживает слабые кромки объектов. Однако автоматическое выделение объектов, представляющих практический интерес, среди множества контуров Canny представляет сложную задачу.

С задачей выделения прямых сегментов на изображении хорошо справляемся программа rotate, разработанная аспирантом А. Онешко кафедры РТС СПбГУТ им. проф. М. А. Бонч-Бруевича. Алгоритм находит прямые линии на изображении в порядке убывания интенсивности, поэтому первыми идут наиболее сильные и, можно предположить, наиболее важные.

Задачей работы было совместное использование двух алгоритмов.

Идея сопоставить каждой линии свой контур Canny. Так как набор линий упорядочен по интенсивности, в первых рядах идут самые сильные и протяженные линии, поэтому совмещая контуры Canny и линии, мы упорядочиваем контуры, можно предположить, что наиболее информативные идут в первых рядах (рис. 1).

Для работы выбран снимок городской местности 256256 (рис. 2, а).

Обрабатываем выбранное изображение отдельно двумя алгоритмами.

В результате работы алгоритма Canny получаем контурное изображение (рис. 2, б). Обработав изображение с помощью программы rotate, мы получаем набор прямых линий, упорядоченных по интенсивности (рис. 3, а).

Рис. 1. Структурная схема комплексирования двух алгоритмов Получив наборы контуров Canny и прямых линий, сопоставляем каждые линии контура Canny, начиная с самой интенсивной.

На рис. 3, б представлен результат совмещения линий и контуров Canny.

а) результат работы программы б) совмещение контуры Canny По результатам проделанной работы, можно сделать выводы:

- появилась возможность упорядочить контуры Canny;

- совмещая прямые и контуры Canny, мы выделяем наиболее важные контуры Canny, при этом установка порога не требует тонкой настройки, даже при низком пороге отсеиваются кромки, найденных в фоне;

- появилась возможность сформировать более замкнутые структуры из контуров Canny и прямых линий программы rotate1911.

1. Гонсалес, Р. Мир цифровой обработки Цифровая обработка изображений / Р. Гонсалес, Р. Вудс. – М. : Техносфера, 2005. – С. 812–904.

2. Volkov, V. Straight Extraction and Localization on noisy Images / V. Volkov, R. Germer, A. Oneshko, D. Oralov // IEEE EWDTS. – St. Petersburg (Russia), 2010. – September 17–20. – Р. 267–270.

3. Volkov, V. Objects Description and Extraction by the Use of Straight Line Segments in Digital Images. Proceedings of the 2011 International Conference on Image Processing, Computer Vision and Pattern Recognition / V. Volkov, R. Germer, A. Oneshko, D. Oralov // IPCV’11 – Las Vegas, Nevada (USA): CSREA Press, 2011. – P. 588–594.

ИССЛЕДОВАНИЕ НЕЛИНЕЙНЫХ ИСКАЖЕНИЙ

ГРУПОВОГО ВИДЕОСИГНАЛА В СИСТЕМЕ CDMA

Принципы CDMA широко используются в современных системах фиксированной и мобильной связи. Групповой видеосигнал такой системы имеет большой пик-фактор, что приводит к появлению искажений при использовании нелинейных усилителей в приемопередающем тракте. Актуальной является задача оценки этих искажений.

В данной работе, нелинейные свойства усилителя учитываются при помощи амплитудной (АМ/АМ) характеристики вида [1] где p – коэффициент сглаживания, s – уровень ограничения, k – коэффициент усиления Получено аналитическое выражение для плотности вероятности амплитуд группового сигнала, на выходе нелинейного усилителя где 2 – дисперсия амплитуд группового видеосигнала на входе усилителя.

Предлагается методика оценки нелинейных искажений на основе понятия массы искажений [2], позволяющая определить долю выходной мощности, приходящуюся на полезный групповой видеосигнал, а также ухудшение отношения сигнал/шум. Получены оценки границ предельно допустимых нелинейных искажений.

1. Сахарчук, С.И. О плотности вероятности массы искажений / С.И. Сахарчук // Труды учебных институтов связи / ЛЭИС. – Л., 1974. Вып. 68.

2. Rapp, C. Effects of HPA-Nonlinearity on a 4-DPSK/OFDM-Signal for a Digitial Sound Broadcasting System / C. Rapp // Proceedings of the Second European Conference on Satellite Communications. – Liege (Belgium), 1991. – Oct. 22–24. – Р. 179–184.

АЛГОРИТМЫ УПРАВЛЕНИЯ МОЩНОСТЬЮ ПЕРЕДАТЧИКОВ

МОБИЛЬНЫХ СТАНЦИЙ В СИСТЕМАХ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ

С КОДОВЫМ РАЗДЕЛЕНИЕМ КАНАЛОВ

Управление мощностью используется для решения проблемы «близкодалеко» (near-far). Для различных UE с одинаковой выходной мощностью, уровень сигнала, полученная в BTS от близко находящегося UE, больше, чем сигнал удаленного UE. Это может привести к тому, что только информация UE близкого к BTS может интерпретироваться. Это должно быть предотвращено насколько возможно путем регулировки выходной мощности пользовательского оборудования. В идеальном случае уровень сигналов, получаемых в BTS, должен быть идентичен для всех UE, обслуживаемых BTS. Эта идеальная ситуация также представляет максимальную емкость соты.

Быстрое управление мощностью необходимо производить из-за подвижности UE. Эта подвижность вызывает быстродействующее изменение в ослаблении мощности UE.

Управление мощностью обратной линии связи Механизм управления мощностью по замкнутому циклу обратной линии связи состоит из двух внутренних циклов: внутреннее регулирование мощности и управление мощностью по внешнему циклу. Управление мощностью по внутреннему циклу сохраняет у мобильной станции уровень мощности как можно ближе к установленному отношению, затем управление мощностью по внешнему циклу корректирует мощность передачи базовой станции к отношению ( Eb / N 0 ) для данной мобильной станции.

Алгоритм управления мощностью обратной линии (от мобильной станции к базовой) по замкнутому циклу приведен на рис. 1.

Управление мощностью прямой линии связи Основная цель управления мощностью прямой линии связи (FLPC – Forward Link Power Control) – сокращение интерференции на прямой линии связи. Соотношения между Eb / N 0 и соответствующим FER нелинейны и изменяются при изменении скорости мобильного средства и среды радиораспространения. Рабочие характеристики с увеличением скорости мобильного средства ухудшаются. Лучшие рабочие характеристики соответствуют стационарному транспортному средству, где доминирует белый гауссовский шум.

Рис. 1. Алгоритм управления мощностью обратной линии (от мобильной станции к базовой) по замкнутому циклу.

Алгоритм управления мощностью прямой линии на базовой станции Процесс управления мощностью прямых линий связи, делает попытки установить минимальную мощность для каждого канала трафика, который мог бы поддерживать минимальный FER на мобильной станции. Мобильная станция непрерывно измеряет FER в прямом канале трафика и периодически извещает об этом измерении базовую станцию. После получения отчета об измерении базовая станция предпринимает соответствующие действия для увеличения или уменьшения мощности канала.

Алгоритм управления мощностью прямых линии (от базовой станции к мобильной) приведен на рис. 2.

Рис. 2. Алгоритм работы процесса управления мощностью прямых линий

ОСОБЕННОСТИ И ПЕРСПЕКТИВЫ ПОДСИСТЕМЫ

РАДИОДОСТУПА IMT-ADVANCED (4G) Длительное время обсуждения стандарта «четвертого поколения» оставалось именно обсуждениями, так как строились на предположениях о будущих характеристиках радиоинтерфейса 4G. Стандарт, как таковой, долгое время оставался неутвержденным, оставляя обширную почву для размышлений.

В ходе очередного заседания сектора Радиосвязи Международного союза электросвязи (МСЭ) был утвержден окончательный список стандартов систем связи, удовлетворяющих определению «четвертого поколения».

Всего было отобрано два перспективных стандарта из шести претендентов:

– LTE-Advanced (версии от 10-ой и выше);

– Wireless MAN-Advanced (Wi-Max 802.16m и выше).

Отчет МСЭ-R M.2134 «Требования, связанные с техническими характеристиками радио интерфейсов IMT-Advanced» [2] определил основные физические параметры стандарта четвертого поколения. Одним из основных среди них является параметр спектральной эффективности, значения которого приведены в табл. 1.

При этом пиковая спектральная эффективность реального канала может достигать значений 15 бит/с/Гц – в линии «вниз» (MIMO 44) и 6,75 бит/с/Гц – в линии «вверх» (MIMO 2x4).

Ширина полосы пропускания (ШПП), а соответственно скорость передачи данных определена значением 40 МГц (пропускная способность до 600 Мбит/с), но возможны варианты с ШПП, равной 100 МГц (пропускная способность до 1500 Мбит/с).

Задержка доставки информации должна составлять не более 10 мс при информационном обмене и не более 100 мс при установлении соединения (при обмене сигнальными сообщениями).

Мобильность абонентов подразделяется по следующим категориям:

Как видно, из приведенных значений к стандарту четвертого поколения предъявлены более жесткие требования по обеспечению связи на высоких скоростях. Так, например, сети второго и третьего поколений практически не доступны на скоростях свыше 240 км/ч, стандартной скорости экспресс-поезда «Сапсан».

Решение на хендовер (мягкую передачу абонента из зоны обслуживания одного сектора/базовой станции к другому сектору/базовой станции без разрыва связи) может быть принято на основании одного из параметров, приведенных ниже, при этом достаточным условием является выполнение одного из них (табл. 2).

Время на осуществление хэндовера при этом определено следующими значениями:

- без смены частотного канала 27,5 мс;

- со сменой частотного канала;

а) без изменения ШПП 40 мс;

б) с изменением ШПП 60 мс.

Для сравнения см. табл. 3.

Спектральная эффективность, бит/с/Гц 1,35 2, Исходя их этого, можно говорить о превосходстве стандарта IMT-Advanced, над стандартами предыдущих поколений в части характеристик радиоинтерфейса и качества доставки информации.

Также можно сделать выводы о принципах построения будущих сетей четвертого поколения:

– БС с малым количеством секторов (обычно 3, в редких случаях 4);

– высокий коэффициент повторного использования частот, даже при угрозе возникновения наложения сигналов;

– малый радиус соты ввиду большой информационной нагрузки и высокой спектральной эффективностью;

– широкое применение фемтосот и ячеек покрытия внутри помещений;

– широкое применение антенных систем MIMO не ниже 44;

– высокий коэффициент перекрытия секторов, для обеспечения однозначности принятия решения на хэндовер;

– значительный задействуемый частотный ресурс (ШПП порядка 40 МГц).

1. Отчет о проведении 7-го собрания Рабочей группы 5D «Системы 1МТ» 5-й Исследовательской комиссии МСЭ-R «Наземные службы».

2. Отчет сектора радиосвязи МСЭ «Требования, связанные с техническими характеристиками радио интерфейсов IMT-Advanced»: REPORT ITU-R M.2134.

ОПИСАНИЕ И ВЫДЕЛЕНИЕ ОБЪЕКТОВ

НА ИЗОБРАЖЕНИЯХ РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ

С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРЯМОЛИНЕЙНЫХ СЕГМЕНТОВ

Обнаружение и выделение объектов на цифровых изображениях представляет одну из задач обработки изображений и компьютерного видения.

Выделенные объекты могут использоваться для распознавания образов или для позиционирования, сравнения и согласования разных изображений; координаты, объектов могут служить контрольными (ключевыми) точками для согласования разных изображений одной и той же сцены. Такие объекты являются точками или областями зонами интереса.

Общие свойства точек или областей интереса таковы: хорошее позиционирование на изображении, стабильность положения при локальных или глобальных изменениях в изображении, включая деформацию при изменении перспективы (иногда это сводится к аффинным преобразованиям сдвига, масштаба и поворота), стабильность при изменениях яркости изображения.

Для выделения точек и областей интереса часто используется предварительные преобразования изображений с выделением геометрических примитивов. Примерами геометрических примитивов являются отрезки прямых линий, которые получаются после выделения кромок, имеющих скачкообразные изменения яркости на изображении.

Задача выделения прямолинейных сегментов на изображении решается с помощью специальной программы, структура которой содержит градиентные преобразования, фильтрацию пространственно-ориентированными фильтрами, и формирование профилей градиентов в выбранных направлениях.

Выделенные с помощью разработанной программы прямолинейные сегменты упорядочены по величине средней интенсивности кромки.

Другим видом геометрических примитивов являются углы и пересечения выделенных линий. Анализ пересекающихся линий позволяет сформировать группировать их в структуры, областями интереса в этих случаях являются координаты этих структур.

В докладе рассматривается метод формирования геометрических структур на основе выделенных прямолинейных сегментов. Формирование таких структур на разных изображениях позволяет решать задачу сравнения и согласования изображений при существенных различиях в масштабах изображений, а также для изображений, имеющих разное разрешение и полученных в разное время. На рис. 1, а представлено изображение с выделенными наиболее значимыми кромками.

Получив кромки, находим всевозможные пересечения кромок друг с другом, строим матрицу пересечений, берем первую кромку из упорядоченных по максимуму выхода пространственно-ориентированного фильтра и по матрице определяем, с какими еще кромками пересекается взятая.

На рис. 1, б представлено изображение с выделенной таким образом первой структурой.

На рис. 1, в представлено изображение с найденными на нем 15 структурами объектов на основе выделенных кромок.

Как видно из рис. 1, в алгоритм позволяет из множества выделенных кромок находить замкнутые или частично замкнутые структуры объектов, которые являются наиболее информативными признаками объектов на изображении.

1. Гонсалес, Р. Цифровая обработка изображений / Р. Гонсалес, Р. Вудс. – М. : Техносфера, 2005.

2. Volkov, V. Straight Extraction and Localization on noisy Images / V. Volkov, R. Germer, A. Oneshko, D. Oralov // IEEE EWDTS. – St. Petersburg (Russia), 2010. – Sept. 17–20. – Р. 267–270.

3. Volkov,V. Objects Description and Extraction by the Use of Straight Line Segments in Digital Images / V. Volkov, R. Germer, A. Oneshko, D. Oralov // Proceedings of the 2011 International Conference on Image Processing, Computer Vision and Pattern Recognition, IPCV’11 – Las Vegas, Nevada (USA):

CSREA Press, 2011. – P. 588–594.

2. МОДУЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ В РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ

УСТРОЙСТВАХ И СИСТЕМАХ

КРИТЕРИИ ЭФФЕКТИВНОСТИ РЕАКТИВНЫХ ФИЛЬТРОВ

Реактивные фильтрующие цепи широко используются в радиотехнических, преобразовательных устройствах и системах электропитания. В большинстве случаев необходимо обеспечить не только заданные требования к частотным характеристикам фильтрующих цепей, но также минимальность их веса, габаритных размеров, потерь энергии, стоимости и др.

Перечисленные показатели эффективности фильтров во многом определяются их энергетическими функциями, т. е. функциями накапливаемой в реактивных элементах энергии.

В режиме гармонических колебаний максимальная запасаемая энергия в реактивных элементах фильтра определяется с помощью известных соотношений:

где Ik и Ui – действующие значения тока в катушке Lk и напряжения на конденсаторе Ci.

Минимизация реактивной энергии приводит к минимизации массогабаритных показателей фильтра, к увеличению КПД и стабильности его характеристик.

Согласно энергетической теории реактивных фильтров функции суммарных реактивных энергий (1) не зависят от схемной реализации реактивного фильтра и определяются его аппроксимирующей функцией. Для фильтрующих цепей, как правило, задаются требования к характеристике затухания, а именно: неравномерность затухания а в полосе пропускания и гарантированное затухание а0 в полосе задерживания. Поэтому имеется возможность варьирования вида аппроксимирующей функции и, следовательно, изменения накапливаемой в цепи энергии.

Для широко используемых фильтров Чебышева и Золотарева с уменьшением неравномерности затухания а при неизменном гарантированном затухании а0 максимальное в рабочей области значение реактивной энергии уменьшается и принимает минимальное значение при некотором оптимальном значении неравномерности аопт, которое для практически важных случаев составляет (10 –10 ) дБ. Соответствующие фильтры названы оптимизированными по реактивной энергии.

Необходимо отметить, что уменьшение неравномерности а при неизменном затухании а0 может быть достигнуто только за счет увеличения порядка фильтра, то есть числа его элементов.

Для иллюстрации представленных результатов рассмотрим пример оптимизации показателей эффективности LC-фильтра нижних частот при следующих требованиях к его характеристике затухания: а = 1,3 дБ;

а0 = 55 дБ в полосе задерживания при = /0 к =1,5; 0 – граничная частота полосы пропускания. По традиционной методике, предусматривающей минимизацию числа элементов, получим вариант фильтра Чебышева, показатели эффективности которого представлены в первой строке таблицы. В табл. N – число элементов фильтра; WLm = 0 Lm – макP2 max симальное в полосе пропускания значение нормированной суммарной энергии по индуктивностям (аналогично по емкостям W ); S и 2 Lm S2Cm – максимальные в полосе пропускания значения суммарной квадратической чувствительности АЧХ по индуктивностям и по емкостям.

Традиционный (Чебышева) Оптимизированный (Золотарева) Рекомендуемый для рассматриваемых исходных данных вариант оптимизированного по реактивной энергии фильтр Золотарева по сравнению с традиционным имеет в 4,8 раза меньшие значения реактивной энергии и, следовательно, массы и габаритов, а также на несколько порядков меньшие показатели стабильности (вес, объем и КПД подсчитаны в предположении, тивности L =1 Дж/кг; L = 100 Дж/м ; С = 1 Дж/кг; C = 1000 Дж/м ;

максимальная мощность P2max = 200 кВт; граничная частота полосы пропускания f0 = 15 кГц; добротности элементов 500).

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕЗОНАНСНОЙ СХЕМЫ БУШЕРО

ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ ИМПУЛЬСОВ ТОКА ЗАДАННОЙ ФОРМЫ

Генерация, передача и потребление электрической энергии осуществляется в основном на основе системы неизменного напряжения, поэтому по своим электрическим свойствам питающая сеть близка к источнику напряжения. Однако возможна и другая система питания – система неизменного тока.

Питающая сеть неизменного тока находит применение в импульсной электроэнергетике, квантовой электронике, преобразовательной технике и т. д.

Для преобразования системы неизменного напряжения в систему неизменного тока в промышленности применяются индуктивно-емкостные преобразователи. Существуют как однофазные, так и многофазные (например, трехфазные) индуктивно-емкостные преобразователи.

На высоких частотах (десятки МГц и выше) в качестве преобразователей источника напряжения в источник тока можно использовать электрические цепи с распределенными параметрами – цепи на отрезках линии передачи.

Примером схемы такой цепи является схема, приведенная на рис. 1.

В докладе рассматриваются различные варианты схем преобразования напряжения заданной формы в ток той же формы. Исследуются частотные и временные характеристики подобных устройств.

ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ ПАРАЛЛЕЛЬНО ВКЛЮЧЕННЫХ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ НАПРЯЖЕНИЯ

ПРИ ПАССИВНОМ ВЫРАВНИВАНИИ ТОКОВ МОДУЛЕЙ

Параллельное включение модулей питания используется для увеличения мощности и резервирования. Резервирование позволяет обеспечить необходимую надежность мощных источников вторичного электропитания (ИВЭП). Для получения необходимой надежности ИВЭП, рассчитанных на мощность нагрузки PН, источник питания строится из «n» параллельно включенных основных модулей мощностью PН/n и резервных. Деление модулей на «основные» и «резервные» условное, так как все они работают в одинаковых режимах. При отказе одного из модулей устройство контроля и коммутации автоматически отключает его. Выходная мощность восполняется оставшимися работоспособными модулями, выходная мощность которых при этом несколько увеличивается.

Параллельное включение преобразователей делится с точки зрения механизма выравнивания токов на две основные категории: активные, или принудительные, и пассивные методы выравнивания токов. Метод пассивного выравнивания заключается в понижении выходного напряжения, в то время как ток нагрузки возрастает [1]. Самый простой пример пассивного выравнивания – это просто отсутствие принудительного выравнивания, что и рассматривается в данной работе.

При параллельном включении преобразователей напряжения управление каждым модулем может осуществляться как одним контуром обратной связи (общая ОС), так и отдельными контурами ОС каждого модуля (частная ОС) [2, 3]. Эти две структуры с общим контуром ООС и отдельными (индивидуальными) контурами ООС при использовании в качестве модулей преобразователей понижающего типа исследуются в работе.

В результате проведенных исследований установлено:

1) при параллельном включении двух преобразователей напряжения с общей ООС по выходному напряжению на разброс постоянной составляющей токов модулей оказывает влияние в основном разброс паразитных сопротивлений дросселей RL1 и RL2, на переменную составляющую тока дросселя, а следовательно, на разброс максимальных значений тока через транзисторы и диоды, разброс значений индуктивностей сглаживающих фильтров;

2) При параллельном включении двух преобразователей напряжения с частной ООС на разброс токов модулей, кроме разброса параметров дросселей сглаживающих фильтров, сильное влияние оказывают разбросы:

– паразитных сопротивлений дросселей модулей RL1 и RL2;

– опорных напряжений модулей UЭТ1 и UЭТ1;

– паразитных сопротивлений проводов RПР1 и RПР2, соединяющих выход модулей с нагрузкой.

Наиболее резко на разброс токов модулей влияет разброс опорных напряжений преобразователей. Незначительный разброс опорных напряжений (менее 0,1%) приводит к значительному разбросу токов модулей. Он может привести к тому, что один блок полностью берет на себя всю нагрузку, а другой отключается.

1. Luo, S. A classification and evaluation of paralleling methods for power supply modules / S. Luo, Z. Ye, R.-L. Lin, and F.C. Lee // Proc. 30th Annu. EEE Power Electron. Spec. Conf. – 1999. – P. 901–908.

2. Мелешин, В.И. Транзисторная преобразовательная техника / В.И. Мелешин. – М. : Техносфера, 2005. – 632 с.

3. Дмитриков, В.Ф. Исследование устойчивости работы параллельно включенных стабилизированных модулей питания / В.Ф.Дмитриков, Д.В. Шушпанов, А.Е. Кобелянский, С.Л. Иванов // Приложение к журналу «Физика волновых процессов и радиотехнические системы»: тезисы и доклады конференции «Физика и технические приложения волновых процессов». – Самара, 2008. – С. 363–365.

ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ ПАРАЛЛЕЛЬНО ВКЛЮЧЕННЫХ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ НАПРЯЖЕНИЯ

ПРИ ПРИНУДИТЕЛЬНОМ ВЫРАВНИВАНИИ ТОКОВ МОДУЛЕЙ

Параллельное включение преобразователей делится с точки зрения механизма выравнивания токов на две основные категории: активные, или принудительные, и пассивные методы выравнивания токов [1]. При параллельном включении преобразователей напряжения управление каждым модулем может осуществляться как одним контуром обратной связи (общая ОС), так и отдельными контурами ОС каждого модуля (частная ОС) [2, 3].

Метод активного, или принудительного выравнивания классифицируют по топологии и по управлению системы.

Метод активного выравнивания по топологии системы классифицируют по принципу организации обратной связи (общая или частная) и по месту снятия информации о токе (на входе фильтра, на выходе фильтра, на выходе первого звена фильтра и т. д.).

Метод активного выравнивания по управлению системой классифицируют по принципу регулирования ШИМ (по пиковому значению – с внутренним пилообразным напряжением, по среднему значению – с внешним пилообразным напряжением) [1], по принципу выделения сигнала тока (среднее значение, пиковое значение, мгновенное значение) [1] и по принципу выравнивания, которые делятся на «демократический», «ведущий/ведомый» и с внешним контроллером [1]. Принцип выравнивания «ведущий/ведомый» в свою очередь делится на «уставленный ведущий», «меняющийся ведущий» и «автоматический ведущий» [1].

В данной работе рассматриваются системы параллельно включенных преобразователей с различными видами топологий и двумя принципами выравнивания («демократический» и «автоматический ведущий»). Из принципов регулирования ШИМ используется принцип по среднему значению, как наиболее простой и распространенный. Дополнительный контур ООС по току для выравнивания токов модулей отслеживает мгновенное значение тока модуля.

В результате проведенных исследований установлено следующее.

1. Системы с общей ООС и принципом выравнивания токов модулей «автоматический ведущий» устойчивы при разбросе параметров фильтра:

C, RC, L, RL и различной глубине ООС как по выходному напряжению, так и по току. Системы с общей и частной ООС со снятием информации о токах модулей после фильтра, кроме описанной выше, потенциально не устойчивы при разбросе параметров фильтра C, RC, L, RL и глубокой ООС по току.

2. Введение дополнительной ООС по току существенно улучшает выравнивание токов модулей при разбросе параметров фильтра, опорного напряжения и паразитных сопротивлений проводов.

3. В системе с принудительным выравниванием токов модулей и общей ООС на разброс токов модулей оказывает влияние в основном разброс паразитных сопротивлений дросселей RL1 и RL2.

4. При параллельном включении двух преобразователей напряжения с частной ООС на разброс токов модулей в основном оказывают влияние разбросы:

– паразитных сопротивлений дросселей модулей RL1 и RL2;

– опорных напряжений модулей UЭТ1 и UЭТ1;

– паразитных сопротивлений проводов RПР1 и RПР2, соединяющих выход модулей с нагрузкой.

Увеличение глубины ООС по току КI резко уменьшает разброс токов модулей, но ее увеличение может привести к возбуждению системы.

1. Luo, S. A classification and evaluation of paralleling methods for power supply modules / S. Luo, Z. Ye, R.-L. Lin, and F.C. Lee // Proc. 30th Annu. EEE Power Electron. Spec. Conf. – 1999. – P. 901–908.

2. Мелешин, В.И. Транзисторная преобразовательная техника / В.И. Мелешин. – М. : Техносфера, 2005. – 632с.

3. Дмитриков, В.Ф. Исследование устойчивости работы параллельно включенных стабилизированных модулей питания / В.Ф. Дмитриков, Д.В. Шушпанов, А.Е. Кобелянский, С.Л. Иванов // Приложение к журналу «Физика волновых процессов и радиотехнические системы»: тезисы и доклады конференции «Физика и технические приложения волновых процессов». – Самара, 2008. – С. 363–365.

В. Ф. Дмитриков, Д. В. Шушпанов, А. В. Павлов, А. А. Куприянов

ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА ВХОДНЫХ ФИЛЬТРОВ

СИСТЕМ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ

С УЧЕТОМ УСТОЙЧИВОСТИ ИХ РАБОТЫ

В современных источниках вторичного электропитания (ИВЭП) всегда присутствуют входные фильтры, которые предназначены, с одной стороны, для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения сети, а с другой, чтобы ВЧ пульсации, обусловленные импульсным потреблением тока ИВЭП, не попадали в первичную сеть и не оказывали негативного влияния на работу других потребителей, питаемых от этой сети.

Расчету входных фильтров посвящено много литературы, например, [1]. В основном они посвящены расчету входных фильтров с точки зрения получения требуемой величины подавления колебаний частоты преобразования энергии и гармоник выпрямленного напряжения сети. Но наличие входного фильтра может привести к неустойчивой работе ИВЭП, который при автономной работе без входного фильтра был устойчив [2]. Это объясняется тем, что стабилизированный ИВЭП, работающий в режиме ШИМ, имеет отрицательное значение активной составляющей дифференциального входного сопротивления. В таких системах при наличии реактивных четырехполюсников на входе ИВЭП (Г-образного LC-фильтра) возможно самовозбуждение [2].

Расчет входного фильтра с учетом как величины его затухания, так и устойчивости системы «входной фильтр–ИВЭП» в литературе практически не рассмотрен. Некоторые авторы предлагают рассчитать фильтр с заданным затуханием, а потом уже скорректировать его выходное сопротивление дополнительными элементами [3].

Кроме того, при расчете фильтра необходимо учитывать, что элементы фильтра являются неидеальными и имеют паразитные параметры. Поэтому в данной работе предлагается методика расчета однозвенного и двухзвенного фильтров, которая позволяет на первом этапе расчета определить элементы фильтра с учетом активных потерь с требуемым затуханием и выходным сопротивлением. При расчете фильтра используется учет только резистивных паразитных параметров (рис. 1), так как реактивные паразитные параметры влияют на выходное сопротивление фильтра, как правило, на частоте выше частоты единичного петлевого усиления ООС преобразователя, т. е. не влияют на устойчивость системы «входной фильтр–ИВЭП».