Кейсовый чемпионат в рамках VIII Фестиваля радиоэлектроники

В рамках VIII Фестиваля радиоэлектроники на площадке Института инженерной физики и радиоэлектроники СФУ состоится кейсовый чемпионат. Участникам предстоит собрать команду (до 5 человек), выбрать и решить один из кейсов, предоставленных нашими предприятиями — партнерами:

1. АО «НПП «Радиосвязь»,
2. ПАО «Ростелеком»,
3. РТРС Красноярский филиал КРТПЦ,
4. ООО «РТС».

 

АО «НПП «Радиосвязь»

Общие требования для всех заданий АО «НПП «Радиосвязь»:
— разработка методом МОП в matlab/Simulink с последующей генерацией кода в ПЛИС;
— составление структурной схемы в visio;
— описание функционирования каждого блока.

1. Разработка модели системы многостанционного доступа.
   Разработать модель Matlab Simulink для моделирования системы связи с множеством абонентов. Система связи основана на частотном разделении. Все абоненты устанавливают соединение на строго одной и той же скорости. Емкость сети характеризуется максимальным возможным количеством установленных соединений.
   Результатом работы модели должно быть заключение о загруженности сети при заданном количестве абонентов и известном распределении длительности сеансов связи, и среднем количестве сеансов на абонента в единицу времени. Предусмотреть возможность задания нескольких видов сеансов связи (отправка текстовых сообщений, голосовой вызов и т.д. с различными параметрами).
2. Разработка системы автоматизированного тестирования для приемо-сдаточных испытаний модемного оборудования.
   Требуется разработать архитектуру приложения в Matlab позволяющую взаимодействовать с различным оборудованием, как тестируемым, так и прочим лабораторным оборудованием (Анализаторы спектра, генераторы сигнала, аттенюаторы, осциллографы, источники питания и пр.) Со стороны пользовательского кода всё управление должно выглядеть единообразно. Со стороны библиотеки управления оборудованием добавление нового оборудования должно осуществляться просто, без необходимости погружения в тонкости реализации библиотеки.
   Результатом работы должно быть программное обеспечение на ПК которое легко позволяет создавать сложные тестовые сценарии, задействующие множество аппаратных средств и позволяющие формировать отчеты о выполнении тестовых сценариев в виде протоколов соответствующих ЕСКД.
3. Разработка модели для исследования механизмов кадровой синхронизации.
   Требуется разработать модель целью которой будет экспериментальное установление предельных отношений сигнал шум для детекции преамбулы кадров (например, из стандарта DVB-S2) при различных видах модуляции, длинах преамбулы, алгоритмах детекции и последовательностях.
   Результирующая модель должна позволять проводить исследования при измерениях различных параметров, строить графики количества ложных срабатываний, пропусков преамбул и BER.
4. Разработка блока генерации и контроля тестового сигнала реализуемого в ПЛИС.
   Требуется разработать набор модулей для ПЛИС совместно выполняющих задачу измерения достоверности проходящей через канал связи информации. Основными составными частями данной системы будут являться:
   1. Генератор тестового сигнала поддерживающий набор различных псевдослучайных последовательностей.
   2. Детектор тестового сигнала, поддерживающий те же псевдослучайные последовательности что и первый блок.
   3. Модуль подсчета количества ошибок способный выводить следующую информацию:
      1. Общее количество принятых бит
      2. Количество ошибочных бит
      3. Достоверность сигнала
5. Реализация программной части анализатора спектра, с функционалом RBW, VBW, выбор окон, функцией измерения мощности в полосе и захвата отсчетов.
   Разработанная программа должна выполнять следующие функции:
   1. Подача команд на перестройку приёмного тракта (на высоком уровне).
   2. Сбор данных с приёмного тракта.
   3. Преобразование Фурье.
   4. Наложение окон.
   5. Изменение разрешающей способности спектра (RBW, VBW).
   6. Усреднение спектра.
   7. Измерение мощности в полосе.
   8. Задание центральной частоты и полосы обзора либо начальной и конечной частот.
   9. Разработанное ПО, запускаемое на ПК как в среде Matlab/Simulink так без.
6. Разработка демодулятора работающего в режиме многочастотного доступа.
   Разработать модель Matlab/Simulink для моделирования системы связи с множеством абонентов, разделенных по частоте и принимаемых одним аналоговым трактом. Общая полоса 34 МГц, количество абонентов 64, скорость всех абонентов 64 кбит/с, мощность абонентов должна отличаться от минимальной до максимальной не менее чем на 30 дБ. Генерация кода в ПЛИС и проверка на симуляции с тактовой частотой не более 200МГц.
   Результатом работы должна быть модель способная модулировать и демодулировать сигналы от 64 абонентов одним трактом с возможностью подсчета BER для каждого абонента.
7. Разработка демодулятора, работающего в режиме временного доступа.
   Разработать модель Matlab/Simulink для моделирования системы связи с множеством абонентов, разделенных по времени и принимаемых одним аналоговым трактом. Общая полоса 34 МГц, количество абонентов 8, скорость всех абонентов 8 Мбит/с, мощность абонентов должна отличаться от минимальной до максимальной не менее чем на 30 дБ. Генерация кода в ПЛИС и проверка на симуляции с тактовой частотой не более 200МГц.
   Результатом работы должна быть модель способная модулировать и демодулировать сигналы от 8 абонентов одним трактом с возможностью подсчета BER для каждого абонента.
8. Разработка цифрового приемо-передатчика.
   Требуется разработать модель целью которой будет экспериментальное установление предельных отношений сигнал шум для проверки различных видов кодирования таких как Turbo code, LDPC+BCH, Viterby и Polare. Информационная скорость от 64 кбит/с, вид модуляции QPSK, Eb/N0 не более 3дБ, вносимая задержка не более 100 мс.
   Результирующая модель должна позволять строить графики BER с возможностью генерации HDL кода в ПЛИС.
9. Управление анализатором спектра и векторным генератором.
   Наше предприятие выпускает множество продукции, но у нас отсутствует общий подход к тестированию как ПО так и аппаратной части. Каждый разработчик оборудования самостоятельно решает вопрос тестирования, что во-первых, увеличивает затраты на разработку ПО для тестирования, а во-вторых, снижает его качество. Рабочие места для тестирования оборудования включают в себя множество измерительного оборудования. Необходимо разработать фреймворк для тестирования, включающий в себя DSL, максимально понятный разработчику, понятный и простой порядок расширения в части добавления нового оборудования, формирование протоколов проверки параметров.
   Результат:
   1. Рабочий MVP проект:
   — управление анализатором спектра и векторным генератором;
   — формирование протокола проверки параметров;
   — описание и реализация DSL.
   2. Конечная версия:
   — описание порядка добавления нового оборудования в язык;
   — описание добавления управления новым оборудованием;
   — описание заполнения протокола проверки параметров из кода на DSL.
   Требования к результату: Разработать фреймворк для тестирования аппаратуры.
   Основные требования:
   — основной язык разработки MATLAB;
   — для формирования протоколов проверки параметров использовать LatTeX;
   — поддержка протоколов SCPI, UART и т.д.
10. Алгоритм распознавания с технологией машинного обучения на базе чертежей/искусственного интеллекта.
    До сих пор не решена проблема распознавания и дальнейшей обработки получившегося набора данных в виде построения чертежей с использованием геометрии примитивов и объектов KOMPAS-3D. Имеющиеся технологии позволяют создать векторные изображения, состоящие в основном из сплайнов, кривых и полилиний. Предлагается разработать вариант распознавания с технологией машинного обучения на базе чертежей, чтобы распознавать , оценивать сканы чертежей и автоматизировано строить по этим сканам чертежи в среде KOMPAS-3D используя геометрию, как если бы работал инженер-конструктор, то есть необходимо «понимать» что изображено на скане, не обращая внимание на «шум» вызванный состоянием бумажного подлинника.
    Результат:
    Рабочий проект должен включать в себя:
    1. Алгоритм распознавания с технологией машинного обучения на базе чертежей/искусственного интеллекта.
    2. Библиотека/приложение KOMPAS-3D в которой реализован функционал распознавания с необходимыми инструментами для ввода сканов и распознавания.
    Требования к результату: Работающая Библиотека/приложение KOMPAS-3D в которой реализован функционал распознавания.
11. Технология автоматизированной намотки обмотки.
    Намотка обмотки коллекторного электродвигателя собственной разработки 38-90 производится вручную, что занимает много времени, проявляется «человеческий фактор», плотность намотки не обеспечивается. Необходимо решить задачу и разработать технологию намотки обмотки коллекторного двигателя, а также разработать технологические приспособления, необходимые для выполнения данной операции.
    Результат:
    Рабочий проект должен включать в себя:
    1. Технологию автоматизированной намотки обмотки.
    2. Эскизы технологических приспособлений для автоматизированной намотки обмотки.
    Требования к результату: Разработать технологию автоматизированной намотки обмотки и приспособления.

ПАО «Ростелеком»

1. Технология ETTH в жилом районе.
   Берем на карте штук 20 5-ти этажек (количество квартир смотрим в 2 ГИС)
   Задача – спроектировать узел агрегации в жилом районе, нарисовать наиболее надежную схему подключения домов и расположения оборудования для подключения клиентов при условии что дома равномерно заселены на 80%, других провайдеров нет. На каждый коммутатор агрегации должен приходить линк 10G. составить ip план для сети управления vlan 10 из подсети 10.10.0.0/24. Составить ip план для клиентов из подсети 20.20.0.0/22 разбивая на меньшие подсети, чтобы на один адрес была своя подсеть и свой влан (начиная с 200). Написать самую простую конфигурацию одного из коммутаторов агрегации и одного из коммутатора доступа. Составить список необходимого оборудования, sfp. На карте отрисовать трасу прохождения кабеля, с указание на сколько волокон должен быть кабель на каждом участке. Оборудование использовать производителя Eltex, SFP – FiberTrade.
2. Технология GPON в МКД.
   Берем на карте 2 дома с большим количество этажей и подъездов.
   Задача – спроектировать узел агрегации в жилом районе, нарисовать наиболее надежную схему подключения домов и расположения оборудования для подключения клиентов при условии что дома равномерно заселены на 80%, других провайдеров нет. На каждую OLT должен приходить линк 10G. Отрисовать фасады домов, где будет указано расположение оборудования и схема его подключения, от крайних сплитеров указать количество подключённых абонентов. Составить список необходимого оборудования, sfp. Провести расчет оптического затухания от OLT до клиента. Оборудование использовать производителя Eltex.
3. Технология GPON в частном секторе.
   Берем на карте частный сектор домов 40
   Задача – спроектировать узел агрегации в жилом районе, нарисовать наиболее надежную схему подключения домов и расположения оборудования для подключения клиентов при условии что других провайдеров нет. На каждую OLT должен приходить линк 10G. На карте отрисовать трасу прохождения кабеля, с указание на сколько волокон должен быть кабель на каждом участке, от крайних сплитеров указать количество подключённых абонентов. от крайних сплитеров указать количество подключённых абонентов. Составить список необходимого оборудования, sfp. Оборудование использовать производителя Eltex.
4. Умный дом в МКД.
   Берем на карте 2 дома с большим количество этажей и подъездов.
   Задача – спроектировать подключение домов к умному дому, при условии что необходимо в каждом подьезде установить домофон, на каждом этаже (включая чердак и подвал) установить камеры, во дворе несколько камер, шлагбаум, домофон на калитку, узел агрегации расположен в будке охраны во дворе, при условии что все оборудование умного дома поддерживает PoE. Отрисовать фасады домов, где будет указано расположение оборудования и схема его подключения и длина линии. составить ip план для сети управления коммутаторами vlan 10 из подсети 10.10.0.0/24. Составить ip план для оборудования умного дома из подсети 20.20.0.0/22 разбивая на меньшие подсети, чтобы на один подъезд (весь двор считать как один подъезд) была своя подсеть и свой влан (начиная с 200). Написать самую простую конфигурацию одного из коммутаторов агрегации и одного из коммутатора доступа. Составить список необходимого оборудования, sfp. Оборудование использовать производителя Eltex, SFP – FiberTrade.
5. Традиционная телефония в районе.
   Берем какой-нибудь район (например Партизанский)
   Задача – спроектировать наиболее надежную схему подключения населённых пунктов, при условии что стоит действующая АТС в райцентре, в каждом населённом пунтке 5% жителей необходима услуга телефонии и в ЧНН 50% из них хотят совершить звонок, используя мультиплексоры е1 и миниАТС. Между населёнными пунктами максимум возможно 4 волокна. Составить таблицу распределения поток. Составить ip план для мультиплексоров из подсети 20.20.0.0/24 разбивая на меньшие подсети, чтобы на один узловой мультиплексор была своя подсеть На каждом участке кабеля отрисовать под что используется каждое волокно. Составить список необходимого оборудования, sfp. Оборудование использовать производителя Eltex, SFP – FiberTrade.
6. SIP телефония в районе.
   Берем какой-нибудь район (например Партизанский)
   Задача – спроектировать наиболее надежную схему подключения населённых пунктов, при условии что стоит узел в райцентре, в каждом населённом пунтке 5% жителей необходима услуга телефонии, используя коммутаторы и голосовые шлюзы. Между населёнными пунктами максимум возможно 4 волокна. На каждом участке кабеля отрисовать под что используется каждое волокно. Составить ip план для коммутаторов из подсети 10.10.0.0/24, Составить ip план для голосовых шлюзов из подсети 20.20.0.0/24 Составить список необходимого оборудования, sfp. Оборудование использовать производителя Eltex, SFP – FiberTrade.

РТРС Красноярский филиал КРТПЦ

1. Разработать программную модель воздействия импульсных помех на приёмный тракт наземной спутниковой станции DVB-S2 цифрового телевизионного ретранслятора и оценить с помощью данной модели эффективность различных мер помеховой защиты.

   Исходные данные:

   1. параметры офсетной приемной спутниковой антенны C-диапазона:
      размер 2,4×2,67м, фокусное расстояние 1380мм (F/D=0.575), офсетный угол 26º, ширина луча 0,7º, коэффициент усиления 47,6дБ, тип опорно-поворотного устройства – азимутно-угломестная
   2. параметры облучателя/деполяризатора:
      входной диапазон 3,4÷4,2 ГГц, правая круговая поляризация RHCP, угол раскрыва 78º, коэффициент эллиптичности по оси приема не более 0,73, КСВН не более 1,3, ослабление не более 0,2 дБ
   3. параметры понижающего конвертора LNB:
      входной С- диапазон 3,4÷4.2ГГц, частота гетеродина 5,15 Гц, стабильность гетеродина ±500кГц, выходной диапазон 950÷1750 МГц, максимальная шумовая температура 20ºК, максимальный фазовый шум (SSB) -65dBc/Hz на 1кГц, -80dBc/Hz на 10кГц, -95dBc/Hz на 100кГц, согласование по входу VSWR 2,0:1, по выходу VSWR 2,5:1, коэффициент усиления 55÷70 дБ, мощность выходного сигнала 8дБм
   4. параметры DVB-S2 приемника:
      входной диапазон 950÷2150МГц, тип сигнала DVB-S2 с модуляцией QPSK, 8PSK, символьная скорость 1÷45 Мсимв/с, входной сигнал -65÷25дБм, точность настройки 125кГц
   5. параметры принимаемого DVB-S2 сигнала ИСЗ «Ямал-401» 90ºЕ:
      частота 3639,745 МГц, правая круговая поляризация RHCP, формат DVB-S2, модуляция 8PSK, помехоустойчивое кодирование LDPC FEC 3/4, символьная скорость 15,2846 Мсимв/с

   Схема воздействия импульсной помехи на приёмный тракт спутниковой станции DVB-S2
   
   Методы защиты приемного тракта от воздействия импульсных помех:

   1. вынос сектора приема сигнала из направления действия помехи, экранирования. Возможности реализации данной меры ограничены;
   2. установка ствольного полосового фильтра на входе облучателя, установка полосового фильтра по каналу ПЧ;
   3. установка приёмного фидера с двойным экранированием, экранирование делителя ПЧ, установка терминальных резисторов 75Ом, на неиспользуемые выходы делителя, установка на приёмный фидер ферритовых фильтров.
2. Разработать цифровую модель (цифрового двойника) схемы резервирования «2+1» передающего тракта цифровых передатчиков DVB-T2 для тренировки персонала дежурных смен.

   Исходные данные:
   Для скользящего резервирования «2+1» двух основных передатчиков DVB-T2 мощностью 5кВт, работающих на 25твк (506 МГц) и 45твк (666 МГц) используется резервный передатчик DVB-T2 мощностью 5кВт. К выходам основных передатчиков DVB-T2 подключены канальные фильтры ПФ25твк и ПФ45твк с полосой 8МГц, устройство сложение, антенный коммутатор для деления сигнала, два 4″-фидера с волновым сопротивлением 50Ом, 6 этажная панельная антенна. Схемой резервирования управляет блок переключения резерва «2+1» с помощью двух коаксиальных переключателей КП1 и КП2, трех автоматических выключателей. Блок переключения резерва «2+1» контролирует мощность на выходах основных и резервного передатчика DVB-T2 и переключает переключатели в следующем порядке:
   Первое положение КП№1 – выход основного передатчика 25твк подключен к канальному фильтру 25твк, а выход резервного передатчика подключен к балласту;
   Второе положение КП№2 — выход основного передатчика 25твк подключен к балласту, а выход резервного передатчика подключен к канальному фильтру 25твк;
   Первое положение КП№2 – выход основного передатчика 45твк подключен к узкополосному входу 45твк устройства сложения, а выход резервного передатчика подключен к балласту;
   Второе положение КП№2 — выход основного передатчика 45твк подключен к балласту, а выход резервного передатчика подключен к узкополосному входу 45твк устройства сложения.

   Схема резервирования «2+1» передающего тракта цифровых передатчиков DVB-T2
   
   Цифровая модель схемы резервирования «2+1» должна демонстрировать три основных режима:

   1. нормальная работа — основных передатчиков 25твк и 45твк, резервный передатчик находится в режиме готовности (модуляторы включены, усилитель мощности отключен);
   2. резервирование передатчика 25твк – основной передатчик 25твк отключен, резервный передатчик работает на 25твк,
   3. резервирование передатчика 45твк – основной передатчик 45твк отключен, резервный передатчик работает на 45твк

ООО «РТС»

1. Беспроводная термопара.
   Задание: разработать устройство измерения температуры на базе термопары с передачей данных по WiFi. Устройство должно работать от постоянного напряжения 12 В.
2. Фитнес браслет.
   Задание: разработать браслет для подсчёта шагов с передачей данных по протоколу BLE. Устройство должно работать от аккумуляторной батареи и иметь возможность заряда от USB.
3. Лазерная рулетка.
   Задание: разработать устройство для измерения расстояния с помощью лазера. Вывод информации должен осуществляться на встроенный в устройство дисплей. Устройство должно работать от аккумуляторной батареи и иметь возможность заряда от USB.
4. GPS трекер.
   Задание: разработать GPS трекер с передачей навигационных данных через сотовую сеть на сервер по протоколу MQTT. Устройство должно работать от аккумуляторной батареи и иметь возможность заряда от USB.
5. Электронный замок с RFID считывателем.
   Задание: разработать электромагнитный замок с RFID считывателем для доступа в помещение. Устройство должно работать от постоянного напряжения 12 В.
6. Датчик температуры и влажности для умного дома.
   Задание: разработать датчик температуры и влажности для дома. Датчик должен передавать данные через WiFi по протоколу MQTT. Устройство должно работать от аккумуляторной батареи и иметь возможность заряда от USB.
7. Датчик интенсивности света для умного дома.
   Задание: разработать датчик интенсивности света для дома. Датчик должен передавать данные через WiFi по протоколу MQTT. Устройство должно работать от аккумуляторной батареи и иметь возможность заряда от USB.
8. Датчик движения.
   Задание: разработать движения для автоматического включения света и оповещения несанкционированного доступа в помещения . Датчик должен передавать данные через WiFi по протоколу MQTT. Устройство должно работать от аккумуляторной батареи и иметь возможность заряда от USB.
9. Электронные весы.
   Задание: Электронные весы. Результат измерения должен выводиться на дисплей. Устройство должно работать от аккумуляторной батареи с возможностью зарядки или от не заряжаемого химического источника тока.