Учебное пособие 800540

Рис. 1. Позиционирование поднесущих

Автогетеродин OFDM является многообещающим направлением техники для миллиметрового и терагерцового радиочастотного обмена, благодаря полной помехозащищенности от частотного смещения и фазового шума. Он состоит из кодовой последовательности Altamonte и Golden code - технологией SCP без фазового шума с самоограниченным OFDM и супергетеродинным OFDM. Основным недостатком этих систем является антенна, она намного сложнее традиционных. Для оптимальной работы необходимо учитывать расположение интеллектуальных антенн. Из-за направленного луча, который «качается» от местоположений антенн [MIMO].

Входной сигнал OFDM задается формулой (1)

121

Такой сигнал в канале OFDM претерпевает глубокое замирание. Использование кодовой последовательности Altamonte на основе MIMO позволит снизить потери побочной информации с меньшим количеством затухания. Затухающий сигнал определяется (3).

В многопользовательской среде технология совместной коммуникации позволяет мобильным пользователям сотовой антенны совместно использовать свои антенны для передачи, что аналогично распределенной виртуальной среде передачи с несколькими антеннами и сочетает в себе преимущества технологии разнесения и технологии передачи ретрансляции. В результате этого может быть достигнуто увеличение пространственного разнесения, и эффективность передачи системы может быть улучшена в кооперативной системе связи MIMO 2X2 без добавления каких-либо антенн. 2X2 MIMO с самоограниченным OFDM и супер-гетеродинным OFDM с кодовой последовательности Altamonte используется с различными значениями битовых данных как 16/64/128/256 QAM. Каждая пара передающих приемных антенн обеспечивает канал сигнала от передатчика к приемнику. Путем отправки одной и той же информации по различным путям в конце приемника могут быть получены несколько автоматически выцветших реплик символа данных. Следовательно, достигается более надежный прием. В конечном тракте приемника сигнал представлен (5)

122

Nt - количество передающих антенн, Nr - количество приемных антенн, fc - радиочастотная несущая частота, Δf - интервал между поднесущими OFDM, Ns - количество поднесущих OFDM, используемых для кодирования информации на каждой передающей антенне. Ng - количество поднесущих, в каждом самонагруженном OFDM-передатчике, N (N = Ng + Ns) - это размер IFFT / FFT, Bg - частотный зазор между RFнесущей и первой OFDM-поднесущей. Системы MIMO могут быть использованы как в произвольной системе беспроводной связи, а также в системах с множеством антенных элементов, как показано на рис.2. Идея MIMO заключается в том, что сигналы на передающих (TX) антеннах на одном конце и приемные (RX) антенны на другом конце «объединены» таким образом, что качество (бит-ошибка BER) или скорость передачи данных (бит / с) связи для каждого пользователя MIMO будет улучшена. Такое преимущество может быть использовано для увеличения как качества обслуживания сети, так и доходов оператора. Преобразование параллельно-последовательного (PS), добавление циклического префикса (CP) и преобразование цифроаналоговой (DA) выполняются для генерации символа OFDM непрерывной временной области.

Коды пространства-времени (STBC) являются ортогональными и могут достигать полного разнесения передачи, определенного количеством передающих антенн. Концепция пространственно-временного кодирования возникла из методов разнесения с использованием интеллектуальных антенн. Используя кодирование данных и обработку сигналов с обеих сторон передатчика и приемника, пространственно-временное кодирование теперь более эффективно, чем традиционные методы разнесения. Данные построены как матрица, которая имеет свои столбцы, равные числу передающих антенн, и ее строки равны количеству временных интервалов, необходимых для передачи данных. На стороне приемника принимаемые сигналы сначала объединяются, а затем отправляются в детектор максимального правдоподобия, где применяются правила принятия решения. Коды пространства-времени были разработаны для достижения максимального порядка разнесения для данного количества передающих и приемных антенн, подверженных ограничению наличия простого алгоритма линейного декодирования.

123

Рис. 2. Модель системы

Аналитически и путем моделирования показано, что предлагаемые усовершенствованные методы обеспечивают лучшую производительность BER и более простые структуры приемников, чем обычные OFDM. Результаты моделирования показывают, что система с предварительным искажением может улучшить спектральную эффективность до 30% при незначительном увеличении производительности ошибок.

Литература

1.International Journal of Computer Applications (0975 – 8887) Volume 164 – No 7, April 2017

2.Chang-Soon Choi, Yozo Shoji, and Hiroyo Ogawa (2007), “Analysis of receiver space diversity gain for millimetre wave selfheterodyne transmission techniques under two-path Channel environments”, IEEE, National Institute of Information and Communications Technology (NICT), Japan, pp. 239-0847.

3.Chang-Soon Choi, Yozo Shoji, and Hiroyo Ogawa (2011), “Implementation of an OFDM Baseband with Adaptive Modulations to Grouped Subcarriers for Millimetre wave wireless Indoor Networks”, IEEE Transactions on Consumer Electronics, Vol. 57, No. 4, pp.0098 3063.

4.Haibing Yang, Peter F.M. Smulders and Matti H.A.J. Herben (2006), “Frequency Selectivity of 60-GHz LOS and NLOS Indoor Radio Channels”, IEEE Transactions on Radio Communications, pp. 0-7803-9392-9.

Воронежский государственный технический университет

124

УДК 681.3

Н.В. Ципина, Н.Э. Самойленко, С.С. Потапов

МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ГЕОМЕТРИЧЕСКОГО ПРЕДСТАВЛЕНИЯ МОДЕЛЕЙ В САПР

В данной статье рассмотрены основные методы представления геометрии объемных моделей в среде 3D-САПР, проведен анализ преимуществ и недостатков каждого методаи изучено применение в ядрах современных CAD

С прикладной точки зрения в CAD все решения геометрического моделирования можно разделить на четыре группы - использующие полигональное, воксельное, граничное представление и конструктивное сплошное представление геометрии.

Полигональное моделирование объектов - это генерация объектов в виде набора полигонов, как правило, треугольников, которые в дальнейшем визуализируются с помощью графических API вроде OpenGL или DirectX. Этот способ наиболее прост в реализации. Создание полигональных тел и конструктивные операции с ними можно написать самостоятельно или воспользоваться открытыми библиотеками, например, CGAL. Однако полигональное представление имеет существенные недостатки, которые в итоге и вынудили искать альтернативные решения. Недостатки эти следующие: в полигональных моделях нет информации об ограничивающих тела кривых (дуг, окружностей, сплайнов) на поверхностях, а это существенно осложняет работу конструктора, затрудняя точные построения от неплоских поверхностей (например цилиндрических, конусных, сферических, парабалоидных), снижается качество геометрии при конструктивных CSG (конструктивная сплошная геометрия[1]) операциях, делает невозможным создание корректных чертежей спроектированных объектов, расчет точных площадей поверхностей, объемов тел и т.п.

Воксельное (от англ. voxel - volumepixel) представление объемного тела (рис. 1.), род декомпозиционной модели, является объемным аналогом растрового представления плоской фигуры. Деление на элементарные объемы (воксели) осуществляется сеткой плоскостей, расположенных на равном расстоянии

125

друг от друга перпендикулярно каждой из координатных осей. Моделируемое тело представляется в виде булевого трехмерного массива вокселей. Такое моделирование также достаточно специфично и не предназначено для решения типичных задач конструирования[2].

Рис. 1. Воксельное представление геометрии

Альтернативным решением является моделирование объектов с помощью граничного представления BREP (BoundaryRepresentation). BREP - это представление трехмерных тел, которое описывает границу этих тел в виде набора связанных граней, а каждая грань является контуром на поверхности (например плоской, цилиндрической, сферической, конической или NURBS (Non-uniformrational B-spline)). Этот способ свобо-

ден от недостатков полигональных моделей (хотя использует полигональные модели как промежуточный этап для визуализации или расчетов) и именно он используется в абсолютном большинстве CAD систем. Однако математический аппарат для такого моделирования несоизмеримо сложнее, и выбор библиотек достаточно ограничен. Большинство из них написаны на С++ и некоторые имеют врапперы для использования в других языках.

Конструктивная блочная геометрия

(ConstructiveSolidGeometry, CSG) технология, используемая в моделировании твёрдых тел. Конструктивная блочная геометрия зачастую, но не всегда, является способом моделирования в

126

трёхмерной графике и САПР. Она позволяет создать сложную сцену или объект с помощью битовых операций для комбинирования нескольких иных объектов. Это позволяет более просто математически описать сложные объекты, хотя не всегда операции проходят с использованием только простых тел. Так, часто с помощью конструктивной блочной геометрии представляют модели или поверхности, которые выглядят визуально сложными; на самом деле, они являются немногим более чем умно скомбинированные или декомбинированные простые объекты. В некоторых случаях конструктивная блочная геометрия исполняется с помощью полигональных сеток (англ. polygonalmesh), и может быть процедурной и/или параметрической.

Простейшие тела, используемые в конструктивной блочной геометрии — примитивы (англ. primitives), тела с простой формой: куб, цилиндр, призма, пирамида, сфера, конус. Набор доступных примитивов зависит от программного пакета. Так, некоторые программы позволяют создание конструктивной блочной геометрии на основе кривых объектов, а некоторые нет.

Построение более сложного объекта происходит путём применения к описаниям объектов булевых (двоичных) операций на множествах — объединение, пересечение и разность [1]. Сравнение представлений CSG и B-Rep представлено на рис. 2.

Применимо к САПР все описанные выше методы представления геометрии реализуются с помощью, так называемого, геометрического ядра. Пакет геометрического моделирования (называемый также геометрическим ядром) — набор библиотек с программным интерфейсом (API), с помощью которого можно пользоваться функциями геометрического (например, твердотельного) моделирования в частности в системах CAD [3].

Рис.2. Сравнение CSG и B-Rep

127

Многие ведущие CAD-системы (такие как CATIA, Pro/E, NX) построены на основе собственных геометрических ядер (CGM, GRANITE и Parasolid соответственно), тогда как другие

(SolidWorks, T-FLEX, ADEM и пр.) построены на основе лицен-

зированных геометрических ядер. Очевидно, что некоторые САПР используют одни и те же ядра, следовательно, имеют одинаковые алгоритмы построения геометрии. Неполный список актуальных и интересующих нас CAD-систем и их ядер приведены в табл. 1.

САПР и их ядра [4]

Все четыре ядра ACIS, PARASOLID, GRANITE и CGM

используют алгоритмы граничного представления геометрии, которые на данный момент являются самыми актуальными и предоставляют широкий спектр возможностей по построению моделей. Некоторые САПР обладают совместимостью с более старыми методами построения геометрии, напримерCSG и позволяют преобразовывать их в BREP.

128

структивная_сплошная_геометрия

2.Хабрахабр. – Электрон.дан. – Режим доступа: https://habrahabr.ru/ post/264243/

3.PLMPedia. – электрон.дан. – Режим доступа: http://plmpedia.ru/ wiki/Ядро_геометрического_моделирования

4.Isicad :: Ваше окно в мир САПР. – Электрон.дан. –

Воронежский государственный технический университет

129

УДК 681.3

Н.Э. Самойленко, Н.В. Ципина, И.В. Чепрасов,А.Ю. Барагузин, С.С. Потапов

ОПТИМИЗАЦИЯ КОНСТРУКЦИИ СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ ЭЛЕКТРОННОГО МОДУЛЯ С ПОМОЩЬЮ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ SOLIDWORKS

В данной статье рассматривается оптимизацияконструкции биметаллического (медь—алюминий) паяного радиатора с помощью САПР Solidworks

Необходимо оптимизировать конструкцию биметаллического радиатора (рис. 1). Такие радиаторы состоят из спаянных между собой ребер и планок. Основание радиатора образуют планки и торцы ребер. Каждое ребро запаяно в два параллельных основания. Толщина основания есть толщина планки. Как планки, так и ребра могут быть медными и алюминиевыми в различных сочетаниях, например, по краям — из сплава алюминия, а в центре — из меди.

Рис. 1. Конструкция радиатора

130