Научно-техническое направление исследований по математическому моделированию систем связи связано с изучением вопросов численного математического моделирования, инженерного анализа и оценки эффективности применения оборудования средств связи в телекоммуникационных сетях.
Задачами научно-технического направления являются:
-
- Анализ и оптимизация методов пространственного кодирования сигнала MIMO (Multiple Input Multiple Output), позволяющих увеличить полосу пропускания канала, в котором передача данных и прием данных осуществляются системами из нескольких разнесенных антенн, что становится особенно актуально для систем сотовой связи поколения 5 и 6G;
-
- Выбор методов кодирования и оптимизация приемного фильтра сигнала при его передаче на физическом уровне, например, в случае узкополосного интернета вещей IoT при большом количестве влияющих датчиков, а также разнородной среде передачи;
-
- Анализ методов кодирования и оптимизации приемного фильтра сигнала в сетях доступа операторов сотовой связи;
-
- Синтез новых, имеющих повышенную частотную эффективность и помехоустойчивость сигналов, применяемых в спутниковой радиосвязи;
-
- Синтез зондирующих сигналов, имеющих повышенную частотную эффективность и помехоустойчивость, применяемых в системах радиолокации, а также координатно-временного навигационного обеспечения (КВНО).
Следует отметить, что сотрудники института имеют большой опыт работы в области математического моделирования систем связи.
На основании результатов исследований по данному направлению был разработан пакет прикладных программ для численного математического моделирования и оптимизации процессов передачи и приема сигналов в системах связи под названием: «Моделирование Telecomm». Пакет был разработан под ОС Window на языке C++.
Программа «Моделирование Telecomm»
Пакет прикладных программ для математического моделирования и оптимизации процессов передачи и приема сигналов в системах связи
Программа «Моделирование Telecomm», построенная на основе технологии объектно-ориентированного многоуровневого программирования, предназначена для анализа и оптимизации процессов передачи и приема сигналов с учетом методов кодирования, сред передачи и возможных помех.
С помощью численного математического моделирования, в частотной или временной областях, рассчитываются: среднеквадратические значения помех, шум, вероятность ошибки, раскрыв глаз-диаграммы на входе решающего устройства, параметры оптимального приемного фильтра (корректирующего усилителя).
Данная программа также позволяет рассчитывать распределение плотности вероятности помех, корреляционные функции и энергетические спектры, используемых кодов.
Многоуровневое программирование в программе «Моделирование Telecomm» определяется наличием формирующих и вычислительных программ. Каждая формирующая программа взаимодействует со своей библиотекой через соответствующие файлы ввода информации. В этих файлах записаны формализованные блоки входных данных, описывающие свойства моделей объектов.
Массивы выходных данных, представленные в виде матриц соответствующих размеров, используются далее вычислительными программами в качестве входных данных и в процессе их взаимодействия между собой. Вычислительные программы имеют два типа данных собственные и полученные от формирующих программ или других вычислительных программ.
Размеры матриц для поля данных, полученных от формирующих программ или других вычислительных программ, стандартизированы по размеру. Однако этот размер, при необходимости, может быть изменен пользователем. Размеры матриц определены в поле собственных входных данных вычислительных программ, причем и в этом случае не имеется ограничений на размеры собственного поля данных. Входные данные собственного поля данных для каждой вычислительной программы записаны в файлах, имеющих соответствующие типовые имена.
Каждой программе присвоен соответствующий ранг. Взаимодействие программ в процессе работы осуществляется с учетом их ранжирования. Меню поля панели задач представлено в виде икон и кнопок. С помощью иконы «Конфигурация» осуществляется выбор соответствующих формирующих программ. С помощью иконы «Программа» осуществляется выбор соответствующих вычислительных программ. В меню поля панели задач имеются также кнопки, которые обеспечивают вычисление необходимых дополнительных данных, используемых в дальнейшем вычислительными программами. Вывод результатов расчета и графиков как формирующих, так и вычислительных программ осуществляется на экран, который с этой целью разделен на два поля.
Данные, в одно из полей экрана, выводятся в виде массива сформированных данных, полученных из файла численных данных, сформированных программой. Вывод графиков на экран осуществляется из соответствующего файла графических данных, где этот график был записан программой в виде символьного массива данных. Для масштабированного вывода графиков во входных данных формирующих и вычислительных программ предусмотрено соответствующее поле данных.
Кроме вывода результатов расчета формирующих и вычислительных программ на экран, более подробные данные результатов выводятся в соответствующий файл. В этом файле отражены входные данные, использованные программой при расчетах, графики результатов расчета, данные результатов расчета в виде матричных массивов и отдельных данных.
Таким образом, осуществляется формирование экспресс отчета по результатам моделирования отдельных задач. В программе «Моделирование Telecomm» предусмотрен также вывод графиков, используя возможности, которые предоставляет С++Builder программисту для работы с графикой. Вывод графика на поверхности графических форм программы «Моделирование Telecomm», сформированного из графических примитивов, осуществляется на экран с помощью иконы «Графика». Иконы «Данные» используются для редактирования входных данных файлов формирующих и вычислительных программ, а также для присвоения типовых названий этим файлам. Применение при разработке программы «Моделирование Telecomm», технологии объектно-ориентированного многоуровневого программирования позволяет в дальнейшем обеспечивать наращивание как библиотек моделей объектов формирующих программ, так и дополнительных вычислительных программ.
Использованная технология объектно-ориентированного программирования допускает также применение моделей объектов, полученных с помощью прикладных программ «MATLAB» и «MathCAD».
Область применения: для научных исследований при разработке аппаратуры средств связи, а также анализа и оптимизации электромагнитного влияния и зон покрытия сотовых сетей операторов связи, участков регенерации сетей операторов проводной связи.
Параметры программы:
Тип реализующей ЭВМ: IBM PC.
Язык программирования: C++ для Window (Borland C++Builder 6.0). Вид и версия операционной системы: Windows ХР/ 7. Объем программы для ЭВМ: 6 Мбайт.
Данный пакет прикладных программ «Моделирование Telecomm» является базовым и может быть изменен и сконфигурирован для выполнения научных исследований согласно задачам Заказчика.
Автор: Мазуренко Д.К.; E-mail: dm.ma2010@yandex.ru., номер регистрации программы для ЭВМ «Моделирование Telecomm»: 2018611321; Дата регистрации: 01.02.2018.