Мобільні телекомунікаційні системи та мережі: захист дипломних і магістерських робіт

У багатьох країнах, включаючи Україну, практична реалізація дистанційного навчання починалася з гуманітарних спеціальностей. У той же час спроби організувати дистанційне навчання з інженерних спеціальностей до недавнього часу викликали чимало труднощів, пов'язаних з необхідністю реалізації лабораторного практикуму. Добре відомо, що в інженерній освіті лабораторний практикум є важливим елементом, без якого немислима підготовка повноцінного фахівця.

Розвиток інформаційних технологій привів до появи поняття "віртуальний лабораторний практикум" (ВЛП), в основі якого лежить імітаційне комп'ютерне моделювання. Основні способи використання ВЛП в навчальному процесі:

• В якості комп'ютерного "тренажера" для підготовки до виконання практикуму в реальній лабораторії (при цьому програми комп'ютерного та фізичного експериментів, як правило, однакові);
• Як доповнення до реального практикуму, що передбачає такі комп'ютерні експерименти, які з різних причин (технічних, фінансових, організаційних тощо) не можуть бути реалізовані на фізичному обладнанні.

Використання ВЛП в якості комп'ютерного "тренажера" дозволяє студенту краще підготуватися до проведення фізичного експерименту, глибше усвідомити досліджувані ефекти, набути навичок роботи з вимірювальними приладами (у випадку, якщо віртуальний практикум включає комп'ютерні моделі вимірювальних приладів, близькі за своїми властивостями до властивостей реальних приладів) . Зазвичай такий підхід можна рекомендувати для студентів заочно-дистанційної форми навчання, оскільки він не тільки сприяє кращому засвоєнню досліджуваного матеріалу, але і дозволяє скоротити тривалість виконання практикуму в реальній лабораторії в період перебування в стінах навчального закладу.

Якщо ВЛП використовується як доповнення до реального практикуму, то він повинен бути орієнтований на проведення досліджень підвищеного рівня складності або досліджень, що вимагають дорогого обладнання, яким не розташовує університет.

За технологіями створення ВЛП можна виділити наступні основні варіанти.

1. ВЛП на основі універсальних пакетів програм, що забезпечують можливість застосування в широкому спектрі предметних областей. Прикладом може служити система LabVIEW фірми National Instruments. Універсальні пакети містять великі бібліотеки елементів, призначених для розробки віртуальних інтерфейсів фізичних приладів і лабораторних установок.

2. ВЛП на основі спеціалізованих предметно-орієнтованих пакетів програм, призначених для порівняно обмеженого набору предметних областей. В якості прикладу відзначимо систему Multisim фірми Electronics Workbench, створену для моделювання електронних схем, систему ChemOffice фірми CambridgeSoft, призначену для моделювання та аналізу хімічних процесів і т.п. Так само як і в попередньому випадку, програмне забезпечення даного класу являє собою універсальну середу, призначену для вирішення прикладних завдань користувача.

3. ВЛП на основі Java-аплетів. На відміну від попередніх випадків, де користувач (викладач) зазвичай працює в режимі графічного програмування, процес створення Java-аплетів є набагато більш трудомістким і вимагає програмування в кодах. Проте, дана технологія має і певні переваги, особливо коли мова заходить про ВЛП, призначеному для мережевого застосування. Так, наприклад, програми, створювані в системі LabVIEW, займають приблизно 2,5-3 Мбайт пам'яті, а типовий розмір віртуальної лабораторної роботи на основі Java-аплета - десятки-сотні кілобайт.

Розвиток мережевих комп'ютерних технологій призвів до появи лабораторного практикуму, реалізованого в режимі віддаленого доступу до реального обладнання. Враховуючи, що реалізація віддаленого доступу до реального обладнанню пов'язана з вирішенням ряду проблем (необхідністю сполучення лабораторного макету з ПК, забезпеченням надійного захисту обладнання від виникнення аварійних режимів, низькою ефективністю використання обладнання через неможливість у ряді випадків реалізувати колективний доступ і т.д. ), дана технологія має досить багато опонентів. Тим не менш, вона теж має своє право на існування, а в ряді випадків має очевидні переваги перед ВЛП.

Відразу необхідно зазначити, що за допомогою ВЛП практично неможливе отримання навичок використання реального обладнання. Для цих цілей служать тренажери, опис яких виходить за рамки даної роботи. Як би добре не було побудовано зображення реальних приладів на екрані монітора, це буде лише зображенням. При довгій роботі з таким ВЛП в студента з'явиться навик управління обладнанням за допомогою миші або клавіатури, але аж ніяк не за допомогою реальних органів управління кнопок, регуляторів, рукояток і т.п. Більш того, такий досвід може бути шкідливий, тому що доведеться ламати моторну пам'ять при переході на реальну установку.

Для організації лабораторних робіт і наукових досліджень на новому, більш високому рівні було здійснено моделювання лабораторних стендів на основі використання потужної і гнучкою програмного середовища, яка застосовується для проведення вимірювань та аналізу отриманих даних - LabVIEW фірми National Instruments.

Поряд з використанням парку лабораторних вимірювальних приладів перехід на систему LabVIEW дозволив також не тільки моделювати прилади, а й реалізувати в навчальному процесі поняття про принципи їх функціонування, вплив параметрів на результати, причини появи похибок і методи їх зменшення.

Тому метою дипломних робіт Сільченко Тетяни і Міхненко Леоніда, які захищали свої напрацювання перед Державною екзаменаційною комісією на кафедрі радіотехнологій, була розробка практикуму комп'ютерних лабораторних робіт для дослідження генерування та формування сигналів з використанням середовища графічного програмування LabVIEW, Matlab та Multisim Electronics Workbench.

Магістерські роботи Ансіфорова Максима, Оселедька Вадима і Василенка Андрія були присвячені дослідженню мереж стандартів супутникового цифрового телебачення DVB-S і DVB-S2, принципам обробки транспортного потоку, основних характеристик та характеристик наскрізного тракту в системах цифрового супутникового телевізійного мовлення в стандартах DVB-S і DVB-S2.

В даний час проблема шкідливої дії електромагнітного поля радіочастотного діапазону на людину та екосистему набула виключно важливе медико-біологічне і соціальне значення. Її актуальність обумовлена, в першу чергу, стрімким розвитком нових телекомунікаційних та інформаційних технологій, в тому числі  широким впровадження систем рухомого, насамперед стільникового  радіозв'язку. До джерел електромагнітного випромінювання в населених пунктах належать радіо-, телевізійні, радіолокаційні станції різного призначення, базові станції стільникового, транкінгового, супутникового зв'язку, що працюють в смузі радіочастот, а також мережа ліній електропередачі, яка складається з повітряних високовольтних ліній електропередачі та електричних підстанцій. До складу підстанцій можуть входити: розподільчі пристрої, перетворювачі електроенергії, трансформатори та інші пристрої і споруди.

Це докорінно змінило умови контакту населення з джерелами ЕМП РЧ (електромагнітних полів радіочастот) і призвело до модифікації стану електромагнітної обстановки (ЕМО). Ключовою особливістю сформованої ситуації стало формування базовими станціями стільникового радіозв'язку (БС) постійного і наскрізного електромагнітного фону в діапазоні частот від 400 до 6000 МГц.

Тому питання впливу електромагнітних випромінювань від базових станцій стільникового зв’язку  має важливе медичне та соціально-економічне значення. Особлива увага при цьому приділяється санітарному нагляду за джерелами цих випромінювань.

Тому метою роботи Коритової Ольги було  визначення оптимальних умов для встановлення базових станцій стільникового звязку. Досліджено моделі оцінки  рівня електромагнітного поля  базової станції стільникового зв’язку; проведено аналіз основних моделей. Для оцінки рівня електромагнітного поля використовувались наступні компьютерні програми:

1. Програма тривимірного електромагнітного моделювання для проектування НВЧ структур – HFSS;
2. Пакет прикладних програм для числового аналізу – MATLAB.

Завдяки ним було змодельовано найбільш спрятливі  умови для безпечного встановлення базової станції стільникового зв’язку.

Визначені принципи побудови антен на базових станціях; опрацьовані   метод геометричної оптики (Geometrical Optics, GO) та метод універсальної теорії дифракції (Uniform Theory of Diffraction, UTD).Проаналізовані і розглянуті основні параметри та характеристики устаткування, яке використовується для побудови БС різних операторів; змоделювано антени для використання їх діаграм спрямованості в зоні Френеля; проведений розрахунок ЗОЗ та СЗЗ з урахуванням розташування різних координат антен та зони Френеля.

Можливі напрямки розвитку цієї роботи пов’язані з використанням новостворених методів (спеціальних алгоритмів та програм) для розрахунку ЗОЗ та СЗЗ в окремих населених пунктах або районах міст.