Оптимізація структури і ієрархічного управління формуванням сітки частот мереж радіозв’язку

Размещено на http://www.allbest.ru/

УКРАЇНСЬКА ДЕРЖАВНА АКАДЕМІЯ ЗВ'ЯЗКУ

ім. О. С. ПОПОВА

УДК 621. 391: 621. 372. 632

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Оптимізація структури і ієрархічного управління формуванням сітки частот мереж радіозв'язку

Спеціальність 05. 12. 17 - Радіотехнічні та телевізійні системи

ТУМАНОВ ЮРІЙ ГЕННАДІЙОВИЧ

Одеса - 2001

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. З розвитком і удосконаленням інтегральних схем і мікропроцесорної техніки зріс науковий і практичний інтерес до уже відомого методу синтезу частот. Синтез частот широко впроваджений у метрологічну техніку, радіопередавачі і приймачі, радіонавігацію, радіолокацію й ін.

Цей метод став успішно розвиватися з упровадженням нових мереж радіозв'язку, наприклад, стільникових; в оборонній техніці, зокрема, у сучасних системах протирадіостояння і т. д., де виникають задачі генерації сітки опорних частот з дуже маленьким кроком перебудови по частоті і малій тривалості перехідних процесів при переключенні з однієї частоти на іншу; забезпечення малого рівня спектральних складових; низького рівня фазових шумів; якісної розв'язки по частоті в широкому частотному діапазоні, високої точності і стабільності частоти і т. п.

Ці задачі є актуальними і сьогодні, особливо варто підкреслити необхідність сучасного рішення конфліктної ситуації між розв'язкою по частоті, її точністю і стабільністю і швидкодією переходу з однієї частоти на іншу.

Традиційні способи побудови пристроїв синтезу частот, в основному базувались на старій елементній базі і таких же принципах побудови, не забезпечують можливостей застосування сучасних технологій і відповідної якості роботи цих пристроїв, що і створило проблемну ситуацію. Вирішення зазначеної проблемної ситуації і визначило мету даної дисертаційної роботи і її актуальність.

Тема даного дослідження висунута запитами практики, є частиною великої науково-технічної проблеми створення сучасних мереж радіозв'язку, що надає право стверджувати про важливе економічне і технічне значення результатів дисертації.

Актуальність обраної теми дисертаційної роботи підтверджують також численні публікації в різних виданнях, що торкаються поставлених задач дослідження. Докладний аналіз літератури по освітлюваних питаннях приводиться в розділах дисертації.

Частина результатів дисертаційної роботи отримана в зв'язку з упровадженням на Україні і технічній експлуатації цифровою загальноєвропейської (глобальної) мобільної мережі електрозв'язку стандарту GSM - 900.

Мета і завдання дослідження. Метою дійсної роботи є розробка і дослідження високоякісних формувачів сітки частот, що задовольняють вимогам сучасної техніки (зв'язку, метрологічної, оборони, навігаційної і т. п.) :

Побудова і дослідження високоякісних формувачів сітки частот (ФСЧ) на основі використання нових принципів їхньої ієрархічної побудови і застосування сучасних технологій (оптимальної по швидкодії системи ФАПЧ; програмувальних пригнічувача побічних складових, дільників, пристроїв керування і т. д.).

Оптимізація структури ФСЧ на підставі методів еквівалентних перетворень.

Алгоритмізація й оптимізація керування формуванням сітки частот на базі застосування принципу максимуму акад. Л. С. Понтрягіна, методів фазового простору і зверненого часу з урахуванням специфіки розв'язуваних завдань.

Модернізація сільських телефонних мереж (СТМ) на підставі організації доступу користувач-мережа від кінцевих станцій (КС) до центральної (ЦС) з використанням радіоканалів.

Аналіз надійності роботи стільникових мереж радіозв'язку стандарту GSM при їхній технічній експлуатації.

Розробка лабораторного стенда для експериментальних досліджень ФСЧ. Упровадження розробленого високоякісного ФСЧ у технічні системи різного призначення.

Для реалізації мети роботи ставилися і вирішувались наступні завдання:

порівняльний аналіз відомих з літератури методів побудови синтезаторів частот з метою визначення кращого;

створення математичної моделі формувача сітки частот, заснованого на використанні системи ФАПЧ із програмувальним дільником частоти;

оптимізація структур формувачів сітки частот на підставі застосування структурних методів (методів еквівалентних перетворень) ;

розробка й експериментальні дослідження оптимальної по швидкодії системи ФАПЧ, що забезпечує мінімальну тривалість перехідних процесів при переключенні з однієї частоти на іншу у високоякісному формувачі сітки частот;

створення макета, експериментальні дослідження і упровадження високоякісного формувача сітки частот в устаткування стільникових мереж радіозв'язку і системи оборонного призначення;

розробка і дослідження СТМ з організацією абонентського радіодоступу від КС до ЦС із використанням радіоканалів;

аналіз ефективності і надійності роботи мобільних мереж радіозв'язку стандарту GSM при їхній технічній експлуатації.

Методи досліджень. При рішенні поставлених у дисертації задач використана загальна теорія зв'язку, теорія оптимальних і екстремальних керувань; методи лінійної алгебри, диференціального й інтегрального числення; методи структурних перетворень, фазового простору, зворотнього руху; теорія надійності.

Методика досліджень містить у собі такі етапи як огляд публікацій по даній темі, формалізована математична постановка завдання, його теоретичне рішення; розробка пристроїв, що реалізують отримані результати; апаратурне їхнє втілення, експериментальні дослідження, впровадження й експлуатація.

Наукова новизна отриманих результатів. Основні результати дисертаційної роботи визначаються сукупністю як узагальнених, відомих з літератури, так і вперше отриманих кількісних співвідношень і залежностей; реалізованих на їхній основі ФСЧ, що володіють рядом нових якостей, корисних для практики і вирішуючих питання якісного формування сітки частот для різного технічного застосування. У зазначену вище сукупність входять:

Теоретичні основи побудови структур і вперше запропоноване ієрархічне керування формуванням сітки частот мереж радіозв'язку.

Синтез нового ФСЧ з двома кільцями управління швидкодіючої системи ФАПЧ з використанням запропонованої концепції для стільникових мереж радіозв'язку стандарту GSM - 900.

Оптимізація структури ФСЧ на основі допрацьованого відомого методу аналітичних еквівалентних перетворень в частині виводу формул для одержання канонічних форм диференційних рівнянь другого і третього порядків з двома управляючими впливами та з врахуванням зовнішніх збурень. Ця доробка розповсюджена на клас об'єктів з періодичними управліннями, якими є ФСЧ з використанням систем ФАПЧ з аперіодичним ФНЧ.

Вперше формалізоване завдання алгоритмізації і оптимізації управління формуванням сітки частот мереж радіозв'язку з аперіодичним фільтром нижніх частот в кільці регулювання системи ФАПЧ. Математичні співвідношення, визначаючі оптимальні алгоритми управління формуванням сітки частот та дозволяючі розраховувати всі показники динаміки ФСЧ і находити структуру фазових траекторій в топологічному просторі станів. Синтез і реалізація оптимальних ФСЧ.

Схеми модернізації СТМ на основі використання радіоканалів. Методика розрахунку надійності абонентського радіодоступу до стаціонарних комутаційних станцій.

Результати комплексних досліджень ФСЧ на розробленому лабораторному стенді, їх обробка, виводи та рекомендації.

Обгрунтованість і достовірність наукових положень, висновків і рекомендацій доводяться теоретичними викладками дисертаційної роботи, обговоренням на декількох НТК, публікаціях здобувача, експериментальними випробуваннями та втіленням в конкретні технічні системи і мережі. Імплементації розроблених ФСЧ в різні об'єкти (сільські телефонні мережі, стільникові мережі радіозв'язку стандарту GSM - 900 та ін.) являються верифікацією, підтверджуючою достовірність результатів дисертаційної роботи.

Наукове значення роботи. Наукове положення дисертаційної роботи, яке витікає із ствердження, що еквівалентним аналітичним перетворенням відповідають еквівалентні перебудови структур дозволило здобувачу в значній мірі спростити математичну модель, яка описує поведінку формувачів сітки частот, виконати аналіз оптимальних процесів та синтез високоякісних пристроїв досліджуємого класу. Це наукове положення за глибиною та повнотою пізнання явища можна віднести до детальнішого і нового розвитку теоретичних досліджень у напрямку теорії оптимального по швидкодії керування в системах другого порядку. Воно визначає наукове значення результатів дисертаційної роботи.

Практичне значення отриманих результатів роботи полягає в слідуючому:

розроблений новий спосіб управління формуванням сітки частот дозволяє запропонувати нові технології та пристрої, які по результатам експериментів мають технічні характеристики на порядок кращі за відомі аналоги та прототипи. Наприклад, використання оптимальної за швидкодією системи ФАПЧ забезпечено в 1, 5 - 3 рази меншу тривалість переходу від однієї частоти на другу, ніж відомі екземпляри;

виконаний синтез ієрархічного ФСЧ з двома кільцями регулювання швидкодіючої системи ФАПЧ, для використання в цифрових мережах мобільного радіозв'язку стандарту GSM - 900, зокрема імплементованим на підприємствах ЗАТ “КИЇВ - СТАР”;

розроблений синтезатор частот з використанням сучасної елементної бази використовується ТОВ “ЕПТК” для організації абонентського радіодоступу при впровадженні модернізації телефонних мереж сільських адміністративних районів;

розрахунок надійності абонентського радіодоступу до стаціонарних мереж телекомунікацій по показнику “вірогідність роботи” на прикладі стільникових мереж радіозв'язку стандарту GSM;

розроблений лабораторний макет “Дослідження основних показників роботи формувачів сітки частот” як універсальний пристрій такого класу.

Особистий внесок здобувача. В дисертації узагальнені результати досліджень, виконаних автором із співавторами та самостійно, що і визначило внесок здобувача в теорію і практику частотоформування та керування частотою. Основна частина з них виконана і опублікована самостійно в 4 публікаціях. В монографії [1] здобувачем особисто написані вступ, підрозділи 1. 5, 2. 3, 3. 5, 4. 4, 5. 6 (примірно 20% об'єму), а в останніх підрозділах, окрім підрозділу 1. 3, здобувач був співавтором. В цілому в монографії [1] автором написано 85 сторінок тексту, таблиць і рисунків; що складає 40% відсотків в загальному об'ємі монографії. В спільних роботах автором зроблено основний творчий внесок, розробку методики проведення експериментів, обробку, систематизацію і узагальнення результатів. Обговорення наукового напряму роботи, методів їх рішення та використання в промисловості виконувались разом із співавторами, прізвища яких указані в списку публікацій. В статтях [2, 4, 7] автором проведені теоретичні та експериментальні дослідження, обгрунтування висновків. В статті [3] здобувач брав участь у постановці досліджень, підготовці тез доповіді на міжнародній НТК. В статті [5] автором виконані постановка задачі та числові розрахунки, обгрунтування одержаних результатів.

Апробація результатів дисертації. Матеріали дисертації були викладені і обговорені на професорсько-викладацьких НТК УДАЗ ім. О. С. Попова (Одеса, 1999; 2000) ; Міжнародній науково-практичній конференції “Эволюция транспортных сетей телекоммуникаций”; проблемы построения, развития и управления в рамках международной выставки “Информатика и связь - 99” (Київ, 9 - 11 листопада 1999 р.) ; Ювілейній Міжнародній науково-практичній конференції “Сучасні і майбутні інформаційні технології України” (Київ, 14 - 18 березня 2000 р.) ; Міжнародних науково- практичних конференціях “Системи і засоби передачі та обробки інформації” (Одеса, ССПОИ - 99 і ССПОИ - 00) та інших конференціях.

Публікації. Основні положення та зміст дисертації відображено в 9 наукових працях, в тому числі в 1 монографії, 5 статтях в наукових журналах та 3 матеріалах та працях НТК.

Структура і обсяг дисертації. Дисертація складається із вступу, п'яти розділів основного тексту; висновку, двох додатків та списка використаних джерел. Загальний обсяг роботи - 209 сторінок, включаючи 42 рисунка, 18 таблиць, бібліографію з 94 найменувань. Додаток А містить 43 сторінки, включаючи 17 рисунків, 14 таблиць. Додаток Ж займає 5 сторінок, на яких приведені 3 акти втілення результатів дисертаційної роботи.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

високоякісний формувач сітка частота

Вступ містить обгрунтування актуальності теми дисертаційної роботи, сформульована її мета, основні положення, що виносяться на захист. Відображена наукова новизна, методи досліджень, наукове і практичне значення роботи; обгрунтованість і достовірність наукових положень, висновків і рекомендацій; загальна суттєвість змісту роботи.

Перший розділ присвячений розробці математичної моделі ФСЧ і теоретичних основ побудови структур ієрархічного управління формуванням сітки частот мереж радіозв'язку.

У результаті проведеного порівняльного аналізу відомих з публікацій методів побудови СЧ обґрунтований вибір їхнього створення з використанням системи ФАПЧ.

Уперше запропоновано з метою вирішення протиріччя між розв'язкою по частоті, її точністю, стабільністю і тривалістю переходу від однієї частоти на іншу застосувати оптимальну по швидкодії СФАПЧ, яка розробляється в наступних розділах дисертації. Така СФАПЧ дозволяє відфільтрувати негармонічні складові спектра, забезпечити низький рівень фазових шумів на виході ФСЧ.

Виведено основне неоднорідне диференціальне рівняння і побудована математична модель ФСЧ, заснованого на використанні ЦСФАПЧ із програмованими дільниками і пригнічувачем паразитних складових.

Рекомендації по розробці та методиці побудови структури ієрархічного управління формуванням сітки частот зводяться до наступного:

Вибір числа рівнів ієрархії.

Вибір структури побудови діапазону частот.

Розрахунок параметрів частотоутворення:

для J - го (верхнього) рівня ієрархії управління

; (1)

для проміжного j - го рівня ієрархії управління

(2)

для j = 1 (нижнього) рівня ієрархії управління

. (3)

Аналіз оптимальних по швидкодії режимів перехідних процесів.

Алгоритмізація та оптимізація управління формуванням сітки частот мереж радіозв'язку.

Синтез та апаратурна реалізація високоякісних ФСЧ.

Експериментальне дослідження і технічна експлуатація ФСЧ.

Збір статистичних даних по експлуатації.

Тактико-технічні дані ФСЧ, побудовані на базі сітки частот наступні: тривалості перехідних процесів при переключенні з однієї частоти на іншу порядка десятих часток мкс; роботи в діапазоні порядку сотень і тисяч МГц, наприклад, стільникових мереж стандарту GSM 890 - 960 МГц, 1710 - 1880 МГц; рівня спектральних складових на виході в кілька десятків і навіть вище сотні дБ; крок перебудови по частоті від одиниць до тисячних і навіть десятитисячних часток Гц і т. д.

Синтезовано ієрархічний дворівневий ФСЧ, що містить на кожнім рівні ієрархії швидкодіючу систему ФАПЧ з УФД, у свою чергу представляючу собою дворівневий регулятор; пристрій керування УФД, опорного генератора з дільником і інтегратором; керуючих органів і програмованого пригнічувача побічних складових.

В другому розділі дисертації виконана оптимізація структури ФСЧ на підставі методів еквівалентних перетворень.

На підставі аксіоматичного твердження, що еквівалентним аналітичним перетворенням відповідають еквівалентні перетворення структур, проведена оптимізація структур ФСЧ другого і третього порядку за критерієм спрощення їхніх структур у змісті приведення до більш простої і наочної форми.

Розповсюдженою формою запису рівнянь динаміки об'єктів керування багатозв'язних стаціонарних систем є матрична:

=AX (t) +PF (t) -KV (t), (5)

де X (t) - n-мірна матриця-стовпець фазових координат системи;

A - квадратна матриця постійних речовинних коефіцієнтів порядку п; F (t) - матриця-стовпець зовнішніх впливів розміру q;

V (t) - m-мірна матриця-стовпець керуючих впливів;

К і Р- матриці постійних дійсних коефіцієнтів розміром n x m і п х q відповідно.

Спростимо тепер систему, поводження якої описується, як ми побачили, досить загальним матричним рівнянням виду (5). Одержання найпростішої форми системи (у змісті кількості використовуваних елементів) є складної і не завжди розв'язною задачею. Разом з тим рішення її особливе важливо, наприклад, при синтезі систем, тому що на практиці, як правило, це призводить до зменшення вартості системи. Крім того, при цьому зменшуються труднощі, зв'язані з розрахунком систем, дослідженням їхньої стійкості, аналізом оптимальних режимів роботи й ін.

Розглянемо випадок еквівалентного перетворення рівняння (5) до рівняння більш простого канонічного виду

=Y (t) +MV (t) -GF (t), (6)

де Y (t) - нова шукана матриця-стовпець;

- чисто діагональна матриця порядку п;

С - квадратна матриця перетворення порядку п;

М=СК; G=CP, =CAC-1.

Спрощене рівняння (5) - це таке рівняння, що може бути перетворене до виду

=BY (t) +MV (t) +GF{t), (7)

де Y=CX і матриця С невыроджена (det C0 і Х=C-1Y, С-1 - зворотня матриця) ; В=САС-1.

Рішення задачі спрощення будемо вважати знайденим, якщо вдається знайти наступне:

а) умови, що накладаються на А, К и Р та показують, чи можливо спрощення рівняння (5) ;

б) методику одержання матриці С, яка дозволяє привести рівняння (5) до еквівалентної форми (7).

Виведені формули еквівалентного перетворення структур формувачів сітки частот, поведінка яких описується системою рівнянь (5) при умові застосування аперіодичного ФНЧ.

У третьому розділі дисертаційної роботи побудований алгоритм і виконана оптимізація керування формуванням сітки частот у наступній постановці.

У фазовому просторі Ф станів системи (7) задані два різноманіття Ф0 і Фк (kn). Потрібно, щоб крапка, що зображує, яка виходить в загальному випадку з раніше не заданого положення ( в окремому випадку це положення крапки, що зображує, може бути задано і визначається відомими початковими умовами системи), досягла деяке інше довільне положення (в окремому випадку воно також може бути задано: початок координат системи, околиця крапки стійкої рівноваги) при припустимих керуючих і впливах, що обурюють, з заданою точністю, щоб інтегральний критерій оптимальності (функціонал виду J=) приймав найменше значення.

Виконана оптимізація керування стосовно до систем з періодичними керуючими впливами і керованими величинами по двом оптимізуємим параметрам у наступній постановці. Нехай поведінка об'єкту керування описується системою рівнянь (7).

Для заданого стану об'єкта (5) з можливих і періодичного керуючого впливу uФД[ (t) ] із класу допустимих uФД[ (t) ]U (Ф) Rm знайти таке оптимальне керування u (t) і оптимальний заздалегідь невідомий період Т[ (t) ] із класу Т () Т (Ф) Rs (uФД[ (t) ]=var, Т[ (t) ]=var) в одному випадку і таке оптимальне керування uТ (t) при заданому періоді Т (uФД[ (t) ]=var, Т=const) - в іншому, щоб досягався мінімум критерію якості виду J{u (t) }, T{ (t) }=.

Вирішимо спочатку задачу аналізу.

При цьому воно буде рахуватись знайденим, якщо вдається скласти оптимальні алгоритми зміни керуючих впливів uФД (t) і Т, вивести формули для розрахунку всіх показників якості оптимальних режимів перехідних процесів, що дозволяють побудувати криву регулювання, а також визначити динамічну структуру фазових траєкторій у топологічному просторі станів системи (7).

Складено функцію Гамільтона, визначені допоміжні функції і побудован наступний вид оптимального алгоритму керування при Н = const, SУЭ= =const, c12 = const, c22 = const, T = const

, (8)

де Uэкстр дорівнює граничним значенням Uмакс чи Uмін.

Рішення канонічних рівнянь при довільних початкових умов з урахуванням виразу (8) мають вигляд

(9)

Проаналізовано отриманий оптимальний алгоритм керування (8) з урахуванням максимізації функції Гамільтона і сформульовані вимоги, що пред'являються до форми характеристики ФД, динаміки зміни сигналу на його виході, а також зроблені відповідні висновки і рекомендації.

Відповідно до рішення (9) розглянуто як управляєму кусочно-постійну характеристику ФД і характер оптимальних режимів перехідних процесів в ФСЧ з аперіодичним ФНЧ в кільці регулювання СФАПЧ, так і управляєму кусочно-періодичну.

Виконано синтез і реалізація оптимального керування формуванням сітки частот.

Досліджена динамічна структура фазових траєкторій у топологічному просторі станів при оптимальному керуванні формуванням сітки частот.

Для повного визначення руху крапки, що зображує, у фазовому просторі формувача сітки частот досить знати рівняння проекцій фазових траєкторій на координатну площину . Для досягнення цієї мети виключимо час з рівнянь системи (7) і, інтегруючи з урахуванням виразу (8), одержимо рівняння фазових траєкторій координатної площини по інтервалах оптимального руху знайдено k n = 2:

у випадку кусочно-постійного керування

; (10)

у випадку періодичного керування (рис. 2)

. (11)

В четвертому розділі дисертаційної роботи запропоновано використати модернізацію сільських телефонних мереж електрозв'язку (СТМ) на базі устаткування радіодоступу ЗАТ “Київ - Стар” та розроблених формувачів сітки частот. Для втілення даного проекту при участі здобувача розроблено радіотермінал вартістю близько 600 - 700 грн, який забезпечує реалізацію багатьох служб (мова, дані, відео й ін.) при швидкості передачі по радіоканалу до 2 Мбіт/с в умовах мікростільникової та пікостільникової структур телекомунікаційних мереж з можливістю забезпечення реєстрації абонентів при переході з однієї мережі в іншу.

Зниження вартості телефонного зв'язку на СТМ пропонується домогтися за рахунок організації абонентського доступу на ділянці кінцева станція (КС) користувач у регіонах Одеської дирекції ВАТ “Укртелеком” шляхом організації радіодоступу і використання звільненого частотного діапазону системи “Алтай”.

При модернізації СТМ в якості елементної бази обладнання радіодоступу основних функціональних блоків обрані однокристальний формувач сітки частот і процесор проміжної частоти фірми Motorola. За зразок прийнятий стандарт СТ - 2, що має найбільшу частотну ефективність - 10 каналів/МГц.

Розроблені структурні та принципові схеми базового і абонентського блоків, приймача, передавача та іншого обладнання радіодоступу на основі розроблених формувачів сітки частот. Реалізована принципова схема формувача сітки частот на базі мікросхеми МС 12202, як найбільш дешева (до 10 грн), володіє хорошими технічними даними, в тому числі і малим струмом живлення.

П'ятий розділ дисертаційної роботи містить розробку лабораторного стенду і приводяться експериментальні дослідження розроблених ФСЧ. Дано загальну характеристику й опис лабораторного стенда “Дослідження основних показників роботи формувачів сітки частот”.

Розроблено сучасні методики вимірів, виконана обробка отриманих експериментальних даних основних експлуатаційно-технічних характеристик: виміру тривалості переходу ФСЧ від однієї частоти на іншу; оцінку чистоти спектра на виході ФСЧ; виміру величини коливань паразитних відхилень частоти і фази вихідних коливань ФСЧ; виміру рівня шумів на виході ФСЧ. Розроблено методику і структурну схему виміру рівня ПСС і ПДС. За даними результатів експерименту і їхньої обробки встановлена залежність ПСС від відстройки частоти. Запропонований ФСЧ витримує вимоги по чистоті спектру вихідного сигналу, обумовлені міжнародними стандартами. Так, наприклад, для стандарту IESS - 309 системи INTELSAT рівень фазового шуму і ПДС щодо несучої встановлений: при відстройці в 10 Гц - 30 дБ; 100 Гц - 60 дБ; 1000 Гц - 70 дБ; 10000 Гц - 80 дБ; 100000 Гц - 90 дБ. Відповідно для розробленого ФСЧ: - 47 дБ; - 76 дБ; - 98 дБ; - 128 дБ; - 162 дБ, що дозволяє зробити висновок про його придатність для використання в системах оборонного призначення; сучасних телекомунікаційних мережах, включно і стільникових, і ін.

Знято спектрограму вихідного сигналу ФСЧ для стільникових мереж електрозв'язку стандарту GSM - 900. Рівень ПСС не перевищує мінус 157 дБ (рівні ПДС нижче мінус 160 дБ), що дозволяє застосовувати розроблений ФСЧ у сучасних пристроях, які вимагають зазначену спектральну чистоту.

Приведено виміри величин паразитних відхилень амплітуди, частоти і фази вихідних коливань ФСЧ.

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ ТА ВИСНОВКИ

Закладені теоретичні основи у вигляді кількісних і якісних співвідношень і залежностей, що дозволяють на їхній базі реалізувати новий метод побудови структур ієрархічного керування формуванням сітки частот телекомунікаційних мереж з використанням швидкодіючих систем фазової автопідстройки частоти.

На основі побудованої математичної моделі виведено формули еквівалентного перетворення структур ФСЧ і їх оптимізація на базі структурних методів.

Вперше виконана алгоритмізація й оптимізація керування формуванням сітки частот мереж радіозв'язку, у результаті яких розроблено метод побудови високоякісних ФСЧ. Метод містить у собі: 1) оптимальну по швидкодії систему ФАПЧ з ієрархічним дворівневим регулятором і УФД; 2) пригнічувач спектральних складових. Розробка оптимальної по швидкодії СФАПЧ виконана на підставі математичного апарату - принципу максимуму акад. Л. С. Понтрягіна і методу фазового простору в сукупності з методом зверненого часу. Отримано аналітичні залежності для розрахунку всіх показників динаміки оптимальної СФАПЧ з аперіодичним ФНЧ першого порядку в кільці регулювання. Визначено динаміку структуру фазових траєкторій у топологічному просторі станів системи і виділена специфіка застосування принципу максимуму і методу фазового простору при дослідженні даного класу об'єктів.

Вперше вирішена задача синтезу оптимального по швидкодії керування формуванням сітки частот з побудовою оптимальних алгоритмів керування, апаратурне втілення яких здійснюється синтезованими обчислювальними пристроями. Технічна реалізація високоякісного ФСЧ являє собою ієрархічну дворівневу структуру з двома швидкодіючими СФАПЧ, у свою чергу дворівневими регуляторами з керованими фазовими детекторами; програмованими ДЧ і ПСС.

Досліджено устаткування абонентського радіодоступу до стаціонарних телекомунікаційних мереж, організованого на базі радіодоступу ЗАТ “Київ-Стар”. Запропоновано методику і виконано розрахунок надійності доступу стільникових мереж до стаціонарних. Висловлено ідею і конкретні приклади її технічної реалізації по модернізації сільських телефонних мереж на базі розробленого устаткування радіодоступу з використанням стаціонарної комутаційної станції С-32 (“Дніпропетровський машинобудівний завод”, ВО ДМЗ, м. Дніпропетровськ). Зазначена модернізація має національне значення.

Вперше розроблено лабораторний стенд, який дозволяє виконувати комплексні експериментальні дослідження основних показників роботи ФСЧ. Розроблено методики їхніх вимірів. Обробка експериментальних даних показує, що розроблені ФСЧ придатні для застосування в різних областях техніки і за інших рівних умов мають якісні показники в середньому майже на порядок вище в порівнянні з відомими зразками.

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНО В РОБОТАХ

Иерархические формирователи сетки частот сетей телекоммуникаций/ Борщ В. И., Донец В. А, Коваль В. В., Михайлов Н. К., Туманов Ю. Г. - К. : Наукова думка, 2001. - 212 с.

Борщ В. И., Коваль В. В., Туманов Ю. Г. Алгоритмизация и оптимизация управления формированием сетки частот // Праці УНДІРТ. - 2000. - №1 (21). - С. 22 - 28.

Борщ В. И., Коваль В. В., Костик Б. Я., Туманов Ю. Г. Выделители тактового синхросигнала цифровых систем передачи сетей электросвязи // Вісник УБЄНТЗ. - 1999. - №8. - С. 79 - 85.

Борщ В. И., Коваль В. В., Туманов Ю. Г. Топология оптимального по быстродействию управления формированием сетки частот // Праці УНДІРТ. - 2001. - №1 (25).

Борщ В. И., Коваль В. В., Туманов Ю. Г. Вероятность безотказной работы оборудования радиодоступа к стационарным сетям электросвязи // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. - 2000. - №5 - 6. С. 29 - 31.

Туманов Ю. Г. Высококачественный формирователь сетки частот для сотовых сетей электросвязи // Матеріали доповідей учасників Ювілейної Міжнар. наук. -практ. конф. “Сучасні і майбутні інформаційні технології України”. - К. : “Знання”. - 2000. - С. 62 - 63.

Борщ В. И., Коваль В. В., Туманов Ю. Г. Синтез иерархического формирователя сетки частот сетей электросвязи стандарта GSM - 900 // Праці УДАЗ. - 2001. - №2 (26).

Туманов Ю. Г. Проблемы создания и модернизации систем управления в сетях электросвязи // Труды ІІІ Междунар. научн. -практ. конф. “Системы и средства передачи и обработки информации”. - Одесса, 1999. - С. 23…24.

Туманов Ю. Г. Современные формирователи сетки частот для мобильных сетей электросвязи стандарта GSM // Труды IV Междунар. научн. -практ. конф. “Системы и средства передачи и обработки информации”. - Одесса, 2000. - С. 34 - 35.

АНОТАЦІЇ

Туманов Ю. Г. Оптимізація структури та ієрархічного управління формуванням сітки частот мереж радіозв'язку. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05. 12. 17. - Радіотехнічні та телевізійні системи. - Українська державна академія зв'язку ім. О. С. Попова, Одеса, 2001.

Дисертація присвячена питанням розробки, оптимізації та дослідження формувачів сітки частот мереж радіозв'язку, які можуть використовуватись у нових мережах електрозв'язку, наприклад, стільникових; в оборонній техніці, зокрема, у сучасних системах протирадіостояння і т. д., де виникають задачі генерації сітки опорних частот з дуже малим кроком перебудови по частоті та малою тривалістю перехідних процесів при переключенні з однієї частоти на другу; забезпечення малого рівня спектральних складових; низького рівня фазових шумів; якісної розв'язки по частоті в широкому частотному диапазоні, високою точністю та стабільністю частоти і т. п. Захищується 9 наукових праць (1 монографія, 5 статей, 3 матеріала та праці міжнародних науково-технічних конференцій), в яких розроблені теоретичні основи побудови оптимальних структур ієрархічного керування формуванням сітки частот мереж радіозв'язку з використанням швидкодіючих систем фазової автопідстроювання частоти. Розроблені структурні та принципові схеми ФСЧ і досліджені основні характеристики експериментальних зразків.

Ключові слова: синтезатори частоти, аналізатор спектру, мережі, радіодоступ, оптимізація, швидкодія, надійність, експлуатація.

Туманов Ю. Г. Оптимизация структуры и иерархического управления формированием сетки частот сетей радиосвязи. - Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05. 12. 17 - Радиотехнические и телевизионные системы. - Украинская государственная академия связи им. А. С. Попова, Одесса, 2001.

Диссертация посвящена вопросом разработки, оптимизации и исследования формирователей сетки частот сетей радиосвязи, которые могут использоваться в новых сетях электросвязи, например сотовых; в оборонительной технике, в частности, в современных системах противорадиостояния и т. д., где возникают задачи генерации сетки опорных частот с очень маленьким шагом перестройки по частоте и маленькой продолжительности переходных процессов при переключении с одной частоты на другую; обеспечение маленького уровня спектральных составных; низкого уровня фазовых шумов; высокого разрешения по частоте в широком частотном диапазоне, высокой точностью и стабильности частоты и т. п.

Доработан известный метод аналитических эквивалентных преобразований, что позволило получить канонические модели формирователей сетки частот.

Выполнена алгоритмизация и оптимизация управления формированием сетки частот сетей радиосвязи с апериодическим фильтром первого порядка в кольце регулирования системы ФАПЧ. По полученным формулам рассчитана динамика ФСЧ и найдена структура фазовых траекторий в топологическом пространстве состояний. Произведен синтез и реализация оптимальных ФСЧ.

Предложена модернизация сельских телефонных сетей с использованием радиоканалов и разработанных ФСЧ. Рассчитана надежность абонентского радиодоступа к стационарным сетям электросвязи.

Защищается 9 научных работ (1 монография, 5 статей, 3 материала и труды международных научно-технических конференций), в которых разработаны теоретические основы построения оптимальных структур иерархического управления формированием сетки частот сетей радиосвязи с использованием быстродействующих систем фазовой автоподстройки частоты. Разработаны структурные и принципиальные схемы ФСЧ и исследованы основные характеристики экспериментальных образцов.

Ключевые слова: синтезаторы частот, анализатор спектра, сети, радиодоступ, оптимизация, быстродействие, надежность, эксплуатация.

Tumanov Yuri. Optimization of a structure and hierarchical management of frequency band distributors for radiocommunication networks. - Manuscript.

Dissertation on a competition for a scientific degree of the Kandidat of Engineering Sciences on a specialty 05. 12. 17 - Radiotechnical and Television Systems. Ukraine State Academy of Communication named after A. Popov, Odessa, 2001.

The Dissertation deals with the development, optimization and research of frequency band distributors in telecommunication networks which might be used also in new networks of electric communication, for example, in cellular networks; also in defensive technology, particularly in modern systems of radio withstanding etc., where it is necessary to generate supportive frequency channels with very small connecting processes and with very short duration of connecting processes when moving from one frequency to another; for keeping spectrum components at low level; for keeping phase noises at low level; for high sharpness of frequency position into a wide frequency band; high accuracy and stability of frequency.

The recognized method of analytical equivalent transformations was elaborated bringing out the canonical models of frequency band distributors.

Carried out has been the algorithmization and optimization of management of frequency band distributors in telecommunication networks with aperiodical filter of the first grade in the circus regulating the system of phase frequency auto tuning. Based on developed formulas, the dynamics of frequency band distributors has been calculated; the structure of phase trajectory in topological status spaces has been found. Synthesis and realization of optimum frequency band distributors has been performed.

9 scientific works (including 1 monography, 5 articles, 3 materials and works of international scientific and technical conferences) are presented in which the theoretical fundamentals for construction of optimum structures of hierarchical management of frequency band distributors for telecommunication networks with utilization of speedy phase frequency auto tuning systems were developed. There were developed structural and principal schemes of frequency band distributors; there were also reviewed the basic parameters of experiment samples.

Key words: analyzers of frequency, analyzers of a spectrum, web, access, optimization, speed, reliability, operation.

Размещено на Allbest.ru

...