14.574.21.0058

Резюме проекта (ПНИР), выполняемого в рамках ФЦП

«Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014 – 2020 годы»

по этапу № 3

Номер Соглашения о предоставлении субсидии:  № 14.574.21.0058

Тема:  «Повышение эффективности систем широкополосного доступа к мультимедийным услугам, работающих по технологии Radio-over-Fiber (RoF), на основе совершенствования элементов и устройств физического уровня»

Приоритетное направление: Информационно-телекоммуникационные системы.

Критическая технология:   Технологии доступа к широкополосным мультимедийным услугам

Период выполнения: 01.07.2015–31.12.2015

Исполнитель:  Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет"

Индустриальный партнер:  Открытое акционерное общество научно-производственное предприятие «Полигон»

Ключевые слова:  Распределительные волоконно-эфирные системы связи, системы широкополосной передачи, пикосотовые структуры, удаленное гетеродинирование, фрактальная антенна, мультиплексирование с разделением по длине волны, хроматическая дисперсия, поляризационная модовая дисперсия, квазисолитоновый режим передачи, многолучевая интерференция

Цель прикладного научного исследования и экспериментальной разработки

а) Формулировка задачи/проблемы, на решение которой направлен реализованный (реализуемый) проект.

1) Реализуемый проект на 3 этапе направлен на решение вопросов, связанных с выбором направления исследований, включая выполнение оценок возможности применения корректирующих радиочастотных устройств, а также – на математическое моделирование предлагаемого сверхширокополосного радиоимпульса на основе производных функций Рэлея, Гаусса и Лагерра, предлагаемой структуры антенной решётки, составленной из подрешеток в форме полимино, и предлагаемых миниатюрных антенных излучателей с предварительной выработкой требований к математическим моделям.

б) Формулировка цели реализованного (реализуемого) проекта; конечного продукта, созданного (создаваемого) с использованием результатов, полученных при выполнении проекта; места и роли проекта и его результатов в решении задачи/проблемы.

1) Разработка комплекса научных и научно-технических решений, направленных на повышение эффективности систем, относящихся к информационной технологии RoF, (в том числе частично к радиотехнологии и волоконно-оптической технологии), широкополосного доступа (ШПД) к мультимедийным услугам, на основе совершенствования элементов и устройств физического уровня (увеличение полосы пропускания беспроводного канала связи, повышение эффективности использования спектра отведенных частот, увеличение дальности безрегенерационной передачи по оптоволокну).

2) Предметом научного исследования являются элементы физического уровня системы ШПД  (технологии RoF). Разрабатываемые элементы физического уровня используются в составе экспериментального стенда (ЭС) «Радио по оптоволокну» в качестве экспериментального образца (ЭО) фрактальных антенных излучающих систем (ЭО-ФАИС) и макетов устройств (волоконно-оптического разветвителя/переключателя) с функциями чирпирования и усиления оптического излучения (М–УЧОИ), выполняющего чирпирование оптического сигнала, что позволяет одновременно с функциями сетевого управления (разветвления) усиливать сигнал и выполнять для него положительное чирпирование действием интерференции.

1 Основные результаты проекта

а) Краткое описание основных полученных результатов (основные теоретические и экспериментальные результаты, фактические данные, обнаруженные взаимосвязи и закономерности):

Перечень работ, выполненных за счет средств субсидии:

По пункту 3.1 плана-графика исполнения обязательств проведено имитационное моделирование процесса влияния формы импульсов СШП (ИМ1-СШП-ФИ) на энергетическую эффективность беспроводного канала в классе линейных комбинаций функций Рэлея, Гаусса и функций Лагерра и их производных. Рассчитаны значения битовой вероятности ошибки в зависимости от типа используемого импульса, выбранного вида модуляции.  

По пункту 3.2 плана-графика исполнения обязательств проведено имитационное моделирование оптимизации формы и спектра излучаемых радиоимпульсов (ИМ2-ОФС-РИ) по критерию повышения энергетической эффективности использования спектральной маски для СШП канала. Разработан ряд оптимальных импульсов в классе функций Рэлея, Гаусса, Лагерра. Рассчитаны значения коэффициентов использования масок FCC и ГКРЧ.

По пункту 3.3 плана-графика исполнения обязательств проведено имитационное моделирование исследования спектральных свойств СШП канала (ИМ3-СШП-КС) с учётом многолучевого распространения для предложенной системы радиоимпульсов и выработка практических рекомендаций по их использованию. На основе разработанных в пункте 3.2 импульсов были проанализированы каналы связи: Гаусса, Рэлея, Райса. Критерием качества принятого сигнала выступает глазковая диаграмма импульса, прошедшего данный канал связи. Кроме того количественно оценено значение Q-фактора принятого сигнала и на его основе рассчитано значение коэффициента битовых ошибок. 

По пункту 3.4 плана-графика исполнения обязательств разработан фрактальный миниатюрный антенный излучатель (ФМАИ). Установлена зависимость характеристик излучения от геометрических параметров ФМАИ. Рассчитаны и проанализированы  характеристики ФМАИ. Оценены передаточная функция и фактор подобия на основе системы двух антенн. Проведена верификация результатов посредством проведения расчетов в другом ПО и натурных измерений. Изготовлено 20 образцов ФМАИ. Разработан комплект эскизно-конструкторской документации (ЭКД) на ФМАИ. Рассчитана эффективная маска ГКРЧ на основе проведенных измерений. Разработаны  принципы подключения разработанных ФМАИ в составе ФАР. Разработан метод компенсации искажений с точки зрения применения ФМАИ для создания сегментов сетей ШПД, обеспечивающих удовлетворительную по QoS-показателям передачу асинхронного протокола.

Перечень работ, выполненных за счет внебюджетных средств:

По пункту 3.5 Плана-графика проведены маркетинговые исследования в области разрабатываемой продукции.

По пункту 3.6 Плана-графика подготовлены документы на получение патентов и свидетельств на разрабатываемые ФАИС включая оплату государственных пошлин при подаче заявки на охранный документ.

По пункту 3.7 Плана-графика выполнены работы по подготовке и проведению конференции ПТиТТ XVI.

По пункту 3.8 Плана-графика выполнены работы по организации и проведению семинара по теме ПНИ.

По пункту 3.9 Плана-графика выполнены работы по арендованию помещения, технологического и контрольно-измерительного оборудования. 

б) Сопоставление с результатами аналогичных работ, определяющими мировой уровень.

В настоящее время существуют образцы систем категории Radio-over-fiber, выпускаемые за рубежом. Существующее оборудование базовых станций достаточно миниатюрное, но, согласно техническим характеристикам производителя, оно обладает весьма ограниченной полосой пропускания, малой длинной радиотракта и малой дальностью оптоволоконных соединений. Кроме того, спектр радиоизлучения ориентирован на зарубежный стандарт (т.е. маску FCC), что вообще не позволяет его применять в России – т.к. разрешённая спектральная маска ГКРЧ на территории РФ существенно расходится с маской FCC. В России указанное оборудование не выпускается.

Заявленные исследования направлены на совершенствование физического уровня систем связи данной категории. А именно – применение оптимальных по форме импульсов позволит в большей степени использовать «площадь» спектра, разрешённого установленной маской, а значит – увеличить длину радиолинии. Кроме того, при проведении моделирования принимается в расчёт не маска FCC, а ГКРЧ, что позволит ориентировать оборудование на использование в России. Совершенствование оптоволоконных соединений RoF позволит увеличить их дальность с сохранением качества передачи (что весьма актуально для России при обслуживании загородных районов, в том числе удалённых корпоративных абонентов). А если учесть, что оптоволоконная линия RoF предназначена не только для передачи (трансляции) сигналов, но и для их преобразования – как под спектральную маску (в данном случае ГКРЧ), так и для решения задач уровня канала/сети (т.е. уровней выше физического по модели ВОС) с целью переноса указанных функций из электронной части в оптическую, то разрабатываемое оборудование ожидается также весьма компактным, и что не менее важно - более функциональным, что в конечном итоге позволит расширить количество предоставляемых абоненту сервисов и сделает его более привлекательным на телекоммуникационном рынке.

2 Охраноспособные результаты интеллектуальной деятельности (РИД), полученные в рамках прикладного научного исследования и экспериментальной разработки

На 3 этапе получен РИД – патент на полезную модель № 160080 «Фрактальное антенное устройство» от 09.02.2016 г.

3 Назначение и область применения результатов проекта

а) Описание областей применения полученных результатов (области науки и техники; отрасли промышленности и социальной сферы, в которых могут использоваться или уже используются полученные результаты или созданная на их основе инновационная продукция).

Промышленность и социальная сфера: производство средств связи, систем мониторинга; новая услуга беспроводного доступа к мультимедийным услугам; системы телерадиоуправления технологическими процессами; атомная, нефтехимическая и тяжелая промышленность. В научной области – интеграция радио и оптических систем связи, изучение и разработка новых материалов для СВЧ диапазона, разработка новых способов генерации и преобразования СШП сигналов.

б) Описание практического внедрения полученных результатов или перспектив их использования;

Практическое внедрение – малогабаритные переносные СШП приемо-передатчики для передачи больших объемов информации с высокой скоростью, защищенностью, скрытностью. В области промышленности и социальной сферы – замена существующих технологий малой дальности (Wi-Fi, ZigBee, Bluetooth), кабельных соединений в рамках проектов «офис без проводов», «умный дом» и объединении всех электронных домашних устройств в единую сеть. Обеспечение связи ПК со всеми периферийными устройствами. Создание сетей передачи данных в пределах подвижных транспортных средств (летательные аппараты, корабли, транспорт).  Системы телерадиоуправления технологическими процессами на предприятиях атомной и тяжелой промышленности, нефтехимических комплексах и при управлении роботами во время ЧС. В области медицины – датчики, расположенные на теле человека для контроля его состояния здоровья посредством передачи информации на его персональное мобильное устройство - «Body air network». В области науки – лабораторный стенд по исследованию процессов генерации,  преобразования, передачи и приема электромагнитной энергии в СШП диапазоне частот.

в) Оценка или прогноз влияния полученных результатов на развитие научно-технических и технологических направлений; разработка новых технических решений; на изменение структуры производства и потребления товаров и услуг в соответствующих секторах рынка и социальной сфере. Оценка или прогноз влияния полученных результатов на развитие исследований в рамках международного сотрудничества, развитие системы демонстрации и популяризации науки, обеспечении развития материально-технической и информационной инфраструктуры.

Полученные результаты будут способствовать активному развитию СШП технологии и ее интеграции с волоконной оптикой, обеспечивая конечного потребителя качественными услугами передачи данных. Поскольку основная часть дорогостоящего оборудования будет располагаться на центральной базовой станции, то это позволит существенно снизить стоимость затрат на реализации за счет минимизации числа промежуточных узлов. Ускорение интеграции мировых исследований в области проектирования компонентов СШП систем. Развитие материально-технической и информационной инфраструктур.

4 Эффекты от внедрения результатов проекта

а) Описание ожидаемых социально-экономических и др. эффектов от использования товаров и услуг, созданных на основе полученных результатов (повышение производительности труда, снижение материало - и энергоёмкости производства, уменьшение отрицательного техногенного воздействия на окружающую среду, снижение риска смертности, повышение качества жизни   и т.п.).

Снижение стоимости услуг связи и оборудования, снижение энергопотребления и производственных затрат. Обеспечение доступа к качественным услугам связи все большей массе населения, повышение качества жизни. Уменьшение отрицательного воздействия на окружающую среду и живых существ ввиду низкого уровня радиоизлучения. Повышение конкурентоспособности отечественных производителей. Укрепление обороноспособности страны ввиду того, что данные системы связи разрабатываются в России и для отечественных стандартов с высокой защитой связи от перехвата и высокой скрытностью, что актуально для военных и ведомственных подразделений. Защита персональных данных при проведении финансовых операций он-лайн.

5 Формы и объемы коммерциализации результатов проекта

На данном этапе не предусмотрено

6 Наличие соисполнителей

а) На 3 этапе (30.06.2015 г. – 31.12.2015 г.) привлекался соисполнитель ООО «ИНТЭК».