Программный комплекс для исследования эффективности систем передачи данных с фазовой модуляцией Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» №6/2016 ISSN 2410-700Х_

3. Гуломов Ш. Р., Нуриддинова М.Ш., Нуруддинова А. Г. "Settings firewalls to implement special filtering mode". International scientific review. 2016. №5 (15), XIII International scientific and practical conference «International scientific review of the problems and prospects of modern science and education» Chicago. USA, 21-22 april 2016.

© Нуриддинова М.Ш., 2016

УДК 621.376.4

С. А. Рябцев

студент 5 курса радиотехнического факультета Поволжский государственный технологический университет Научный руководитель: Р. Г. Хафизов д. т. н., профессор кафедры «Радиотехнические и медико-биологические системы» Поволжский государственный технологический университет г. Йошкар-Ола, Российская Федерация

ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ С ФАЗОВОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ

Аннотация

В данной статье описан результат разработки программного комплекса в среде программирования LabVIEW для проведения исследований эффективности систем передачи данных с фазовой модуляцией. Разработанная программа содержит в себе все необходимые элементы управления и индикации. Результатом работы программы является графическое представление зависимости точности демодуляции от уровня шумов.

Ключевые слова

Передача данных, эффективность, двоичная фазовая манипуляция, дифференциальная двоичная фазовая манипуляция, квадратурная фазовая модуляция, дифференциальная квадратурная фазовая модуляция.

С целью обеспечения эффективного функционирования систем связи (спутниковая, проводная, радиосвязь и т.д.) необходимо выполнение требования максимальной помехозащищенности передачи (приема) цифровой информации [1, с. 12].

Для проведения исследований эффективности систем передачи данных в среде программирования LabVIEW была разработана программа, в которой можно исследовать четыре вида фазовой модуляции: двоичная фазовая манипуляция (BPSK), дифференциальная двоичная фазовая манипуляция (DBPSK), квадратурная фазовая модуляция (QPSK), дифференциальная квадратурная фазовая модуляция (DQPSK) [2, с. 126]. Предусмотрено проведение исследований при наличии в канале связи шума, имеющего один из законов распределения: Гаусса, Пуассона, биноминальный. Разработанная программа позволяет модулировать по фазе как бинарную последовательность, заданную произвольно пользователем, так и зашифрованное текстовое сообщение. Результатом работы программы является индикация осциллограмм зашумленных модулированных и демодулированных сигналов, наблюдение амплитудно-частотного, фазо-частотного спектров и спектра мощности, а так же зависимость точности демодуляции от уровня шума.

Все элементы лицевой панели и индикаторы расположены в многостраничном компоненте -ТаЬСоШ;го1. Данный компонент позволяет структурировать и произвести удобное для пользователя расположение всех элементов контроля и индикации.

Программа содержит пользовательский интерфейс с вкладками:

1) исходные данные;

_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» №6/2016 ISSN 2410-700Х_

2) гауссовский белый шум: BPSK, DBPSK, QPSK, DQPSK и Result;

3) шум Пуассона: BPSK, DBPSK, QPSK, DQPSK и Result;

4) биноминальный шум: BPSK, DBPSK, QPSK, DQPSK и Result.

Разработанная программа содержит необходимые и достаточные средства управления и визуализации данных для работы пользователя.

На рисунке 1 представлен пользовательский интерфейс разработанной программы.

Программа для проведения исследований эффективности систем передачи данных с фазовой модуляцией |

Рисунок 1 - Пользовательский интерфейс разработанной программы

Исследована эффективность системы передачи данных с фазовыми видами модуляции с помощью разработанной программы. Исходные данные занесены в таблицу 1.

Таблица 1

Исходные данные для проведения исследования

Закон распределен ия Вид модуляции Модулирующ ая последовател ьность Амплитуда сигнала Частота сигнала Min Шаг Мах Количество экспериментов

Гаусса BPSK DBPSK QPSK DQPSK 010010111101 10 1,5 3 0 0,1 10 500

Пуассона BPSK DBPSK QPSK DQPSK 010010111101 10 1,5 3 0 0,1 10 500

Биноминаль ный BPSK DBPSK QPSK DQPSK 010010111101 10 1,5 3 0 0,01 1 500

На рисунках 2, 3 и 4 представлены результаты, показывающие зависимость точности демодуляции от уровня шума.

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 5 5 60 6 5 70 75 80 85 90 95 100

Значение СКО

Рисунок 2 - Зависимость точности демодуляции от уровня шума, распределенного по закону Гаусса

Проанализировав полученные зависимости, представленные на рисунке 2, можно сказать, что сигнал с модуляцией BPSK более помехоустойчив к шуму, имеющему закон распределения Гаусса, чем сигнал с модуляцией DBPSK. Сигналы с модуляцией QPSK и DQPSK имеют практически одинаковую зависимость.

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 5 5 60 6 5 70 75 80 8 5 90 95 1£0

Значение МО

Рисунок 3. Зависимость точности демодуляции от уровня шума, распределенного по закону Пуассона

Результат, представленный на рисунке 3, показывает, что сигнал с модуляцией BPSK более помехоустойчив к шуму, распределенному по закону Пуассона, чем сигнал с модуляцией DBPSK. Если сравнить полученные результаты с результатами, приведенными на рисунке 2, то очевидно, что сигнал с модуляцией DBPSK практически не устойчив к шуму с законом распределения Пуассона, по сравнению с шумом, имеющим распределение Гаусса. Сигнал с модуляцией BPSK так же не устойчив к данному виду шума, но демодуляция данного вида модуляции точнее, чем при модуляции DBPSK. Сигналы с модуляцией QPSK и DQPSK имеют практически одинаковую зависимость.

Рисунок 4 - Зависимость точности демодуляции от уровня шума, распределенного по биноминальному закону

Проанализировав полученный результат работы программы, приведенный на рисунке 4, говорит о том, что сигнал с модуляцией BPSK более помехоустойчив к шуму с биноминальным распределением, чем сигнал с модуляцией DBPSK. Сравнивая полученные результаты с предыдущими исследованиями, получаем, что сигнал с модуляцией DBPSK более устойчив к шуму, имеющему биноминальное распределение, чем шуму с распределением Пуассона, и намного устойчивее к шуму с распределением Гаусса. Сигнал с модуляцией BPSK имеет аналогичную зависимость, то есть он более устойчив к шуму с распределением Гаусса, менее устойчив к шуму с биноминальным распределением и практически не устойчив к шуму с распределением Пуассона. Однако, сигналы с модуляцией BPSK помехоустойчивее, чем сигналы с модуляцией DBPSK. Сигналы с модуляцией QPSK и DQPSK имеют одинаковую зависимость, и мы видим, что они к виду шума с биноминальным распределением наиболее устойчивы, чем к остальным рассматриваемым шумам.

Была продемонстрирована работа разработанного программного комплекса, в результате чего подтверждено, что двоичная фазовая манипуляция применяется ввиду своей высокой помехоустойчивости и простоты реализации модулятора. При уровне используемых в исследовании шумов, двоичная фазовая манипуляция (BPSK) наиболее устойчива, чем относительная двоичная фазовая манипуляция (DBPSK). Для увеличения помехоустойчивости используют квадратурную амплитудную модуляцию (QAM). Результаты исследований показали, что данный вид модуляции устойчивее к воздействию любых шумов, используемых в разработанной программе, по сравнению с BPSK и DBPSK. Однако, скачки фазы на 180о, также имеющие место и при BPSK, вызывают паразитную амплитудную модуляцию огибающей сигнала. В результате этого при прохождении сигнала через узкополосный фильтр возникают провалы огибающей до нуля. Такие изменения сигнала нежелательны, поскольку приводят к увеличению энергии боковых полос и помех в канале связи [3].

Относительная квадратурная фазовая модуляция (DQPSK) позволяет избежать скачков фазы на 180° и, следовательно, глубокой модуляции огибающей. Результаты исследований показали, что виды модуляций QPSK и DQPSK практически одинаково помехоустойчивы, поэтому сложно сказать, какой вид модуляции более помехоустойчив.

Стоит отметить, что разработанная программа будет использоваться в качестве лабораторных стендов в учебном заведении, так как она позволит проводить не только моделирование и исследование систем передачи данных, но и позволит воспроизводить практических исследования (например,

_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» №6/2016 ISSN 2410-700Х_

осуществлять реальную передачу данных по проводным и беспроводным каналам связи). Список использованной литературы:

1. С. И. Макаренко, В. И. Сапожников, Г. И. Захаренко Системы связи: учебное пособие для студентов (курсантов) вузов / под общ. ред. С. И. Макаренко. - Воронеж, издание ВАИУ, 2011. - 285 с.

2. Феер К. Беспроводная цифровая связь. Методы модуляции и расширения спектра. - М.: Радио и связь, 2000. - 520 с.

3. Беспроводные сети передачи данных Wi-Fi. Стандарт IEEE 802.11g и др. Фазовая модуляция [электронный ресурс]. - Режим доступа: http://kunegin.narod.ru/ref7/wifi/80211b_2.htm.

© Рябцев С. А., 2016

УДК 629.4

Сидорова Елена Анатольевна,

доктор техн. наук, доцент, заведующая кафедрой «Информатика, прикладная математика и механика», ФГБОУ ВО «Омский государственный университет путей

сообщения» (ОмГУПС (ОмИИТ)), г. Омск, РФ.

E-mail: armsid@mail.ru Давыдов Алексей Игоревич, кандидат техн. наук, доцент кафедры «Информатика, прикладная математика и механика», ФГБОУ ВО «Омский государственный университет путей

сообщения» (ОмГУПС (ОмИИТ)), г. Омск, РФ.

E-mail: DavydovAI@bk.ru

СИНТЕЗ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ДЛЯ НОРМИРОВАНИЯ РАСХОДА ДИЗЕЛЬНОГО ТОПЛИВА НА СПЕЦИАЛЬНОМ САМОХОДНОМ ПОДВИЖНОМ СОСТАВЕ

Аннотация

В настоящей статье приведены результаты исследований, направленных на синтез математической модели для нормирования расхода дизельного топлива на специальном самоходном подвижном составе, выполненных в Омском государственном университете путей сообщения.

Ключевые слова

Специальный самоходный подвижной состав, нормирование, математическая модель, пробег, рабочий режим, режим холостого хода.

Основной целью Энергетической стратегии холдинга «Российские железные дороги» является повышение энергетической эффективности входящих в его состав подразделений во всех сферах деятельности, и в первую очередь в области железнодорожных перевозок, на основе внедрения инновационных технических средств и технологий, использования потенциала повышения энергетической эффективности технологических процессов [1]. Одной из приоритетных задач, поставленных Энергетической стратегией, является качественное улучшение структуры управления потреблением топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) на основе использования современных информационных технологий, совершенствования систем учета, нормирования и мониторинга потребления ТЭР.

Доля потребления дизельного топлива в энергетическом балансе железнодорожной отрасли составляет около 15 - 20 %. К наиболее энергоемким статьям расходования дизельного топлива относится его потребление специальным самоходным подвижным составом (ССПС). Одним из основных мотивационных малозатратных мероприятий, направленных на снижение расхода дизельного топлива,