Методи підвищення пропускної здатності телекомунікаційних систем широкосмугового радіодоступу
Розробка адаптивної системи автоматичного регулювання (стабілізації) рівнів потужності на вході приймального тракту базової станції системи широкосмугового радіодоступу. Вимоги до надання високошвидкісних послуг з підтримкою заданої якості обслуговування.
| Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
| Вид | автореферат |
| Язык | украинский |
| Дата добавления | 19.07.2015 |
| Размер файла | 91,7 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ
«КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ»
УДК 621.39
Автореферат дисертації
на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук
Методи підвищення пропускної здатності телекомунікаційних систем широкосмугового радіодоступу
05.12.02 - «Телекомунікаційні системи та мережі»
Кравчук Сергій Олександрович
Київ -2010
Дисертацією є рукопис.
Роботу виконано в Національному технічному університеті України «Київський політехнічний інститут» Міністерства освіти і науки України на кафедрі «Засобів телекомунікацій»
Науковий консультант член-кореспондент НАН України, доктор технічних наук, професор Ільченко Михайло Юхимович, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут», проректор з наукової роботи
Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Романов Олександр Іванович, Центр післядипломної освіти ВАТ «Укртелеком», заступник директора з питань наукової роботи
доктор технічних наук, професор Конахович Георгій Филимонович, Національний авіаційний університет, завідувач кафедрою телекомунікаційних систем
доктор технічних наук, професор Семенко Анатолій Іларіонович, Державний університет інформаційно-комунікаційних технологій, професор кафедри телекомунікаційних систем факультету телекомунікацій
Захист відбудеться 07.06.2010 р. о 15 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.002.14 в Національному технічному університеті України «Київський політехнічний інститут» за адресою:
03056, м. Київ, пр. Перемоги, 37, корп. 1 , ауд. 163.
З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут» за адресою:
03056 м. Київ, пр. Перемоги, 37.
Автореферат розісланий 26.04.2010 р.
Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Д 26.002.14, д.т.н, доц. Л.О. Уривський
Загальна характеристика роботи
Актуальність теми. Одним із головних напрямків розвитку сучасних телекомунікацій є удосконалення існуючих і створення нових так званих систем широкосмугового доступу (Broadband Access Systems). Вони найбільш придатні для забезпечення високошвидкісного доступу до інформаційних ресурсів, що виключно важливо для розширення ринку телекомунікаційних послуг. Необхідність забезпечення повсюдного високошвидкісного доступу до Інтернету, корпоративних та інших мереж визначає загальносвітові тенденції до збільшення на цьому ринку частки мереж широкосмугового безпроводового доступу (ШБД). Поширенню мереж ШБД сприяють відносно невеликі часові і фінансові витрати на розгортання їх інфраструктури у порівнянні з проводовими мережами та можливість забезпечення широкосмугового доступу в тих регіонах, де застосування проводових мереж доступу є економічно недоцільним або неможливим. Тому впровадження новітніх високоефективних мереж ШБД можна вважати стратегічним напрямком повсюдного забезпечення населення доступними засобами отримання, передачі та поширення інформації.
Постійно зростаючі потреби у високошвидкісному доступі до інформаційних ресурсів стимулюють появу і розвиток нових систем ШБД. Серед них своїми широкими можливостями яскраво виділяються системи широкосмугового радіодоступу (СШР). До них в першу чергу належать системи MMDS, LMDS, МІТРІС і WiMAX, архітектури яких відповідають стандарту ІЕЕЕ 802.16 і документам групи WiMAX. Підвищення ефективності цих систем із урахуванням нових технологій (багатоантенна техніка МІМО (Multiple Input-Multiple Output), багатокористувацький доступ OFDMA, ІР-орієнтовані архітектурні рішення, кооперативна ретрансляція, забезпечення QoS, конвергенція мобільних і фіксованих систем) визначає коло задач, які потребують першочергового розв'язання. До найважливіших із цих задач, які визначають інноваційну новизну сучасних телекомунікаційних безпроводових систем, належить проблема підвищення їх досяжної пропускної здатності (ПЗ). Існуючі методи підвищення пропускної здатності СШР вже значною мірою не відповідають зрослим потребам сучасності і потребують корегування та доповнень. Тому для теоретичного обґрунтування і створення наукових основ побудови новітніх СШР поряд із удосконаленням існуючих необхідна розробка нових ефективних методів підвищення ПЗ із забезпеченням необхідної завадостійкості в умовах багатопроменевих завмирань. При цьому зазначені СШР повинні забезпечити ті додаткові високошвидкісні сервіси, які не в змозі надати технології мобільного зв'язку та безпроводових локальних мереж WLAN.
Таким чином, існує важлива наукова проблема удосконалення існуючих і створення нових ефективних методів підвищення пропускної здатності СШР при збереженні необхідної завадостійкості в умовах багатопроменевих завмирань та впровадження їх у теорію і практику новітніх СШР з метою забезпечення конкурентоздатності зазначених СШР по відношенню до проводових систем абонентського доступу. Розв'язання цієї актуальної проблеми становить предмет даної дисертаційної роботи.
Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана на кафедрі засобів телекомунікацій відповідно до планів науково-дослідних робіт (НДР) Науково-дослідного Інституту телекомунікацій НТУУ «КПІ». У наступних роботах: НДР № 2/1217-97 («Кампус») «Зоновая микроволновая телекоммуникационная сеть с интеграцией разных информационных потоков», № ДР 0197U014587, 1997…2000 р.; НДР № 2426 «Розробка проекту мікрохвильової інтегрованої телекомунікаційної системи 28 ГГц для застосування в інформаційній мережі закладів освіти та науки України», № ДР 0100U000710, 2000…2001 р.; НДР № 2466 «Побудова цифрової мережі передачі інформації з інтеграцією послуг на основі перспективних мікрохвильових технологій», № ДР 0100U002086, 2000…2002 р.; НДР № ДП/142-2003 «Розробка науково-технічних основ створення нових високошвидкісних мікрохвильових систем широкосмугового радіодоступу», № ДР 0103U008471, 2003…2005 р.; НДР № 2611 «Корпоративна цифрова радіомережа на основі мікрохвильової радіосистеми», № ДР 0103U000472, 2003…2005 р.; НДР № ІТ/513-2007 «Створення типових проектів абонентського доступу до інформаційних ресурсів», № ДР 0107U008284, 2007…2008 р. згідно з Державною цільовою програмою «Інформаційні та комунікаційні технології в освіті і науці на 2006-2010 роки» (Постанова Кабінету Міністрів України від 7 грудня 2005 р. № 1153) автор дисертації - відповідальний виконавець. У наступних роботах: НДР № 2566 «Дослідження сучасних інформаційних та телекомунікаційних технологій, розробка методології побудови корпоративних інформаційних мереж навчальних закладів», № ДР 0102U003989, 2002…2004 р.; НДР № 2520 «Розробка принципів побудови та методів реалізації телекомунікаційних мікрохвильових розподільних радіосистем», № ДР 0102U002141, 2002…2004 р.; НДР № 2818 «Телекомунікаційні системи на базі високопіднятих аероплатформ», № ДР 0105U000656, 2005…2007 р.; НДР № 2118 «Підвищення пропускної спроможності систем широкосмугового радіодоступу шляхом використання технології МІМО», № ДР 0108U000520, 2008…2010 р. автор - науковий керівник.
Мета роботи та завдання дослідження. Метою дисертаційної роботи є розвиток і розробка методів підвищення пропускної здатності телекомунікаційних систем широкосмугового радіодоступу при виконанні вимог до завадостійкості та якості обслуговування, які базуються на математичних моделях, процедурних, структурних та системних рішеннях, отриманих з урахуванням впливу на характеристики системи змінного у часі радіоканалу із завмираннями.
Досягнення цієї мети передбачає постановку і вирішення наступних завдань.
1. Розроблення комплексного підходу до побудови ефективних методів підвищення пропускної здатності СШР, які базуються на взаємодії смугового і енергетичного ресурсів системи, враховують особливості СШР і дозволяють при своєму комплексному використанні досягти значного зростання ПЗ системи при забезпеченні необхідної завадостійкості і тим самим підняти на новий рівень її конкурентоспроможність.
2. Створення методів оцінки і прогнозування, математичних та імітаційних моделей просторового мультиплексування, рознесення й просторово-часового кодування як складових частин методів підвищення пропускної здатності, що пропонуються, і їх впровадження для підвищення спектральної ефективності СШР.
3. Розроблення методів і математичних моделей керування розподілом смугового ресурсу та їх практичне використання для покращення інформаційних і спектральних характеристик багатосервісних СШР.
4. Розроблення методів підвищення ПЗ СШР шляхом розширення частотної смуги пропускання при застосуванні міліметрового діапазону довжин хвиль (ММДХ) та розв'язання задач побудови і дослідження зазначених систем з підтримкою мобільності.
5. Створення математичних основ та багатофункціонального програмного забезпечення для теоретичного дослідження поширення радіохвиль в умовах міста та практичне його застосування при розгортанні СШР типу WiMAX в умовах міської забудови.
Таким чином, об'єктом дослідження є телекомунікаційні системи широкосмугового радіодоступу з урахуванням вимог до завадостійкості і якості обслуговування.
Предмет дослідження - методи підвищення пропускної здатності телекомунікаційних систем широкосмугового радіодоступу при забезпеченні необхідної завадостійкості з урахуванням вимог до надання високошвидкісних послуг з підтримкою заданої якості обслуговування.
Методи дослідження ґрунтуються на положеннях системного аналізу, чисельних методів, математичного та імітаційного моделювання, теорії імовірностей, теорії інформації, теорії оптимізації, теорії телекомунікаційних мереж, об`єктно-орієнтованого проектування та програмування, теорії масового обслуговування, фізико-теоретичних основ радіозв`язку.
Наукова новизна одержаних результатів полягає у створенні комплексного підходу до розвитку відомих і розробленні нових ефективних методів і відповідних математичних моделей для покращення основних параметрів СШР з метою отримання їх максимальної ПЗ. Найбільш суттєвими результатами, що визначають наукову новизну дослідження та отримані особисто автором, полягають у наступному.
1. Запропоновано узагальнений комплексний підхід, що базується на взаємодії смугового і енергетичного ресурсів системи, до побудови ефективних методів підвищення пропускної здатності СШР з врахуванням їх особливостей, використання яких дозволило досягти зростання ПЗ в декілька разів при забезпеченні необхідної завадостійкості і тим самим підняти на новий рівень конкурентоспроможність СШР.
2. Розроблено метод канальної оцінки при просторово-частотно-часовому кодуванні, який на відміну від існуючих враховує частотно-селективні і змінні у часі завмирання в каналі MISO, що дозволяє в декілька разів зменшити коефіцієнт бітових помилок, та метод лінійного просторового перетворення, який на відміну від існуючих враховує канальні неузгодження в багатокористувацькій системі з MISO-каналами, що дозволяє шляхом оптимізації передаваної потужності в декілька разів збільшити ПЗ такої багатокористувацької системи.
3. Розроблено математичні моделі кооперативної ретрансляції СШР фіксованої інфраструктури із технологією МІМО, які на відміну від існуючих враховують обмеження на кількість антен ретранслятора та вплив порогового декодування на його характеристики. Одержано формули для визначення ПЗ і імовірності появи помилок в каналах із завмираннями, що дозволило виявити закономірності впливу на ПЗ системи її параметрів, зокрема, топології ретрансляції, кількості прольотів і одночасно передаючих ретрансляторів.
4. Проведено теоретичні дослідження впливу завад на характеристики багатокористувацької МІМО-системи і виявлено закономірність того, що характеристика ПЗ такої системи має максимум при певній кількості користувачів, яка залежить від обмеження на середню потужність передачі і рівень завад в стільнику.
5. Розроблено метод оцінки впливу розмежування параметрів доступу до каналу та одержано відповідні математичні співвідношення, які на відміну від існуючих враховують пріоритетність розподілу ширини смуги багатосервісної багатокористувацької СШР і її обмеження та дозволяють реалізувати адаптивну конфігурацію підходів до розподілу обслуговування.
6. Розроблено метод визначення характеристик кооперативної ретрансляції СШР з OFDMA при максимізації системної ПЗ, який на відміну від існуючих враховує наявність обмежень на багатосервісну передачу. Метод реалізовано у вигляді багатофункціонального математичного забезпечення. Для спрощення складних розрахунків відповідно до моделі запропоновано субоптимальний алгоритм, за допомогою якого проведено теоретичне дослідження адаптивного розподілу піднесучих, потужності і швидкості передачі.
Практичне значення одержаних результатів.
1. Розроблено нову конвергентну розподілену мікростільникову систему широкосмугового радіодоступу ММДХ зовнішньої установки з використанням створених методів та відомих принципів гібридного з'єднання оптоволокно-радіоканал, розподіленої антенної системи й положень стандарту ІЕЕЕ 802.16-2005. Використання в ній модифікованого набору параметрів OFDM-сигналу, процедур формування групового стільника та спрощеної процедури хендоверу забезпечує в умовах релєєвських завмирань безперервне обслуговування мобільних користувачів системи і дозволяє досягти високої ПЗ прямого каналу, яка складає одиниці гігабіт за секунду. Результати досліджень створеної радіосистеми свідчать про ефективність та адекватність запропонованих і розроблених методів.
2. Реалізовано програмне забезпечення для побудови імітаційних моделей радіоканалу МІМО-системи в програмних пакетах Visual System Simulator (VSS), інтегрованого з пакетом МWO (Microwave Office) компанії AWR, та SIMULINK пакета MATLAB.
3. Розроблено методику практичного вибору структури і характеристик багатокористувацької МІМО-системи при наявності міжстільникових завад.
4. Створено практичний спосіб покращення зони дії СШР в умовах її спільного використання частот з наземною станцією телекомунікаційної системи на основі висотної аероплатформи (ТСВА).
5. Розроблено адаптивну систему автоматичного регулювання (стабілізації) рівнів потужності на вході приймального тракту базової станції СШР ММДХ та алгоритм її роботи. Проведено апробацію стабільності функціонування адаптивної системи шляхом її експериментальних досліджень з імітаційним моделюванням каналів керування в реальному масштабі часу.
6. Здійснено розгортання фрагменту СШР типу WiMAX і проведення досліджень загасання сигналів при поширенні радіохвиль в умовах міської забудови м. Києва. Одержані експериментальні дані порівняно з відомими теоретичними результатами. Знайдено, що найкраща відповідність експериментальним даним спостерігається для моделей SUI, Хата-Окамури та COST-231 Хата-Окамури-IP Wireless, а найбільша відмінність - для моделі COST231-Уолфіш-Ікегамі. Отримано аналітичний вираз для інженерних розрахунків радіусу максимальної зони покриття радіосистеми. Створено багатофункціональне програмне забезпечення для теоретичного дослідження поширення радіохвиль в умовах міста PAWS (Planning and Analysis of Wireless Systems). Розроблено програму моніторингу обладнання Libra MX, яка доповнює фірмове програмне забезпечення зручними і потужними графічними засобами, які дозволяють проводити оптимальний вибір конфігурації мережі WiMAX і її настроювання, аналіз статистичних даних функціонування окремих компонентів і всієї мережі, тестування компонентів мережі.
7. Одержані в дисертаційній роботі результати впроваджено в ряд проектів систем безпроводового широкосмугового доступу та їх мікрохвильового обладнання. Зокрема, до таких проектів відносяться: цифрові радіорелейні системи (ЦРС) серії «Сатурн-Е», розподільні СШР (МІТРІС, МТРС, UMDS), мережа WiMAX на обладнанні LibraMX компанії WiLAN, мережа TD-CDMA широкосмугового радіодоступу на обладнанні компанії IPWireless, проекти ТСВА «Небесний стільник» і «ТСВА в зоні стихійного лиха», проект організації освітніх мереж абонентського безпроводового доступу, концепція побудови національної багаторівневої мережі безпроводового доступу. Створення і впровадження зазначених проектів СШР і ЦРС було відзначене у 2004 р. Державною премією України в галузі науки і техніки за участь у виконанні роботи «Інформаційно-телекомунікаційні системи з використанням мікрохвильових технологій та спеціалізованих обчислювальних засобів».
8. Результати дисертаційної роботи впроваджені у навчальний процес Інституту телекомунікаційних систем НТУУ «КПІ» та знайшли застосування в цілому ряді науково-дослідних робіт, виконаних в Науково-дослідному інституті телекомунікацій НТУУ «КПІ».
Особистий внесок здобувача. У роботах, що опубліковані у співавторстві, особисто здобувачеві належать: [1] - розділи 3…6; [2] - розділи 3…7; [3] - розділи 4 і 7 та підрозділи 1.1, 5.3…5.6; [4] - розділ 1 та підрозділи 2.3, 2.4, 3.1.7; [5] - розділ 6 та підрозділи 4.3, 7.1, 7.3…7.5; [6] - розділи 2, 4, 6 і 8 та підрозділи 1.1, 1.2, 1.4, 7.1…7.4, 7.11, 9.2…9.4, 10.1, 10.10; [7, 10, 68-71, 73] - принципи і методи створення мікрохвильових телекомунікаційних розподільних систем для їх застосування в мережах Інтернет-доступу; [8, 75] - аналіз мікрохвильових систем типу «точка-багатоточка», визначення розподільних мікрохвильових систем та можливість підвищення їх ПЗ; [9, 38, 79] - розробка і дослідження приймально-передавального обладнання ЦРС, загальної архітектури ЦРС; [11, 12, 39, 83] - дослідження можливості підвищення ПЗ шляхом застосування ретранслятора на висотній аероплатформі; [13, 16] - розробка багаторівневої структури концепції національної мережі доступу; [17, 19, 53, 78] - шляхи вирішення проблеми створення мобільних СШР ММДХ з високою ПЗ; [18, 21, 53, 57, 66, 82, 89, 93] - дослідження і розробка моделей радіоканалу МІМО; [20] - аналіз проблем підвищення ПЗ СШР та шляхи їх вирішення; [22, 44] - дослідження і розробка архітектури системи моніторингу і керування обладнання WiMAX; [23, 25, 29-30] - дослідження напрямків покращення ПЗ багатокористувацьких СШР з МІМО; [31, 40, 45, 49, 52, 87] - дослідження, пов'язані із використанням методів підвищення ПЗ і завадостійкості мережі WiMAX; [32, 67] - дослідження і розробка моделей ПЗ і імовірності помилки мікростільникової СШР з МІМО; [35, 81] - дослідження і розробка системної моделі UMDS; [36, 37, 74, 76, 77, 80] - дослідження і розробка мікрохвильової телекомунікаційної розподільчої системи; [47] - впровадження розробок дисертації до навчальної програми по телекомунікаційним спеціальностям; [56] - дослідження і розробка загальної архітектури мережі доступу закладів освіти; [64] - аналіз процедур хендоверу СШР; [95] - дослідження і розробка архітектури мережі TD-CDMA та проведення її частотно-територіального планування.
33 роботи [14, 15, 24, 26, 27, 33, 34, 41-43, 46, 49-51, 55, 58, 60-63, 65, 72, 83-86, 88, 90-92, 94, 96-98] здобувачем виконано самостійно.
Апробація результатів дисертації. Матеріали дисертації доповідались та обговорювались на: Міжнародній Кримській конф. «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии» (Севастополь, 1997, 1998, 2000…2009 рр.) [68-73, 75-84, 86-88, 90-92, 94-98]; Міжнародній наук.-техн. конф. «Проблеми телекомунікацій» (Київ, 2007…2009 рр.) [40-45, 48-54, 56-66]; Другому Міжнародному конгресу «Розвиток інформаційного суспільства в Україні» (Київ, 2001 р.) [74]; Третій наук.-практ. конф. «Пріоритетні напрямки розвитку телекомунікаційних систем спеціального призначення» (Київ, 2006 р.) [89]; Четвертому наук.-практ. семінарі «Пріоритетні напрямки розвитку телекомунікаційних систем та мереж спеціального призначення» (Київ, 2007 р.) [93]; Міжнародній наук.-практ. конф. «Современные информационные и электронные технологии» (Одеса, 2007, 2008 рр.) [46, 55, 85]; International conf. «Modern problems of radio engineering, telecommunications and computer science» (Lviv, 2008) [47]; П`ятій Міжнародній наук.-практ. конф. «Військова освіта і наука: сьогодення та майбутнє» на честь 175-ї річниці заснування Київського національного університету ім. Т. Шевченка (Київ, 2009 р.) [67].
Публікації. За темою дисертації опубліковано 98 наукових праць, серед яких 6 монографій, 28 наукові статті в науково-технічних журналах та збірниках з переліку фахових видань ВАК, деклараційний патент України.
Структура й обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається із вступу, 5 розділів, додатків та висновку. Основний зміст роботи викладений на 284 сторінках, рисунки і таблиці, які повністю займають площу сторінки, займають 77 сторінок, список використаної літератури з 481 найменувань займає 48 сторінок, додатки займають 61 сторінку. Загальне число рисунків становить 147, таблиць - 24.
Основний зміст роботи
У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертаційної роботи, сформульовано мету і основні завдання досліджень, визначено область і об'єкт дослідження, сформульовано наукову новизну та практичну цінність одержаних результатів. Наведено дані про апробацію та публікацію результатів досліджень.
У першому розділі «Проблема створення методів підвищення пропускної здатності телекомунікаційних систем широкосмугового радіодоступу і задачі дисертації» - представлено сучасний стан розвитку систем ШБД, запропоновано їх класифікацію і визначено серед них місце СШР, проведено системний аналіз методів підвищення ПЗ СШР і обґрунтування та постановку задач дисертації для вирішення вибраної наукової проблеми.
До СШР належать розподільні системи прямої видимості на одній несучій (MMDS, LMDS, МІТРІС і ADIDAS) і системи непрямої видимості з багатьма несучими (WiMAX). СШР сформувалися як окремий вид систем ШБД, мають свої класифікацію, архітектуру, конкурентоспроможні рішення та стандартизацію. Однак, різнокритеріальна класифікація систем ШБД, що склалася внаслідок широкої номенклатури і бурхливого розвитку таких систем, потребує перегляду і доповнень. За своїм призначенням і архітектурою СШР поділяються на системи фіксованої та рухомої служб. Розвиток СШР в цих обох напрямках служить основою створення конвергентних систем ШБД.
СШР повинні мати високу ПЗ, щоб забезпечити ті додаткові високошвидкісні сервіси, які не в змозі надати технології систем мобільного зв'язку та Wi-Fi. Більш того, тільки подальше підвищення ПЗ СШР може забезпечити їм переваги по відношенню до проводових систем доступу. СШР повністю відповідають вимогам до систем 4G щодо сумісності з ІР. СШР непрямої видимості з багатьма несучими підтримують мобільність і ввійшли до складу мереж 3GРР. Можливість одержання високої ПЗ ставить СШР в ряд перспективних безпроводових систем. Для конвергенції мобільного зв'язку і створення мереж 4G необхідне подальше підвищення ПЗ СШР.
Із проведеного системного аналізу підходів до створення методів підвищення ПЗ СШР слідує наступне. Класична теорія Шенона з достатньою точністю визначає ПЗ каналу зв'язку лише у випадку сигналів або шумів, які описуються гауссівським розподілом. Шенонівське визначення пропускної здатності сучасної радіосистеми не враховує численних завмирань та зовнішніх завад, присутніх в реальному безпроводовому каналі, і може служити тільки в якості орієнтовної верхньої границі ПЗ. Для характеристики реальних наземних безпроводових каналів із завмираннями у сучасній теорії інформації із урахуванням даних про стан каналу CSI застосовують визначення ергодичної ПЗ (або усередненої шенонівської каналу із завмираннями) та ПЗ з імовірністю переривання зв'язку.
Основний внесок у підвищення ПЗ системи забезпечується її смуговим ресурсом, максимальний вплив якого в межах підтримки необхідної якості каналу зв'язку досягається тільки при оптимальному значенні енергетичного ресурсу. Останнє підтверджує потребу у взаємодії смугового і енергетичного ресурсів для досягнення найбільшої ефективності у підвищенні ПЗ каналу при забезпеченні необхідної завадостійкості. Це стає можливим завдяки створенню ефективних сигнально-кодових конструкцій у відповідності з сучасною теорією цифрового зв'язку.
Найбільший інтерес представляють методи підвищення пропускної здатності СШР на основі покращення смугового ресурсу шляхом розширення частотної смуги і застосування просторового мультиплексування. Якщо останнє являє собою частину нової технології МІМО, дослідження якої продовжується, особливо для каналів із завмираннями і завадами, то розширення частотної смуги відомо з часів появи теорії інформації (роботи Шенона). Однак, не дивлячись на уявну простоту останнього підходу, при його застосуванні виникає багато труднощів, і тому роботи, присвячені його удосконаленню, залишаються актуальними на протязі багатьох років.
Проведений аналіз показує, що найбільшу ПЗ можна отримати тільки для каналу зв'язку з АБГШ (адитивним білим гауссівським шумом). Тому важливо розвивати методи, які дозволяють на фізичному рівні наблизити реальний канал із завмираннями до каналу із АБГШ. Системні підходи до підвищення ПЗ враховують особливості структури СШР типу «точка-багатоточка». Ці підходи визначають ПЗ сукупності радіоліній СШР із врахуванням розподілу смугового ресурсу на канальному і мережному рівнях. Вони мають комплексний характер і можуть суттєво впливати на перерозподіл смугового та енергетичного ресурсів радіоліній по всій зоні обслуговування СШР.
Підвищення ПЗ окремої радіолінії або сукупності радіоліній системи основується на визначенні оптимального співвідношення між смуговим і енергетичним ресурсами на весь час роботи СШР при зміні будь-якого параметру каналу передачі даних. Для цього потрібно алгоритмічно або аналітично задати цільову функцію залежності смугових та енергетичних ресурсів від параметрів радіолінії. Тоді формально дану оптимізаційну задачу можна виразити як задачу знаходження максимуму ПЗ системи шляхом покращення її смугового ресурсу при раціональному варіюванні енергетичного ресурсу, де Кw і Ке - параметри, що характеризують смуговий і енергетичний ресурси, відповідно.
У напрямку покращення смугового ресурсу подальшого дослідження потребують: підвищення спектральної ефективності за рахунок застосування МІМО, удосконалення керування розподілом смугового ресурсу і розширення частотної смуги пропускання радіоканалу шляхом переходу до роботи в ММДХ.
На основі проведеного критичного аналізу сучасного стану досліджень визначених напрямків покращення смугового ресурсу обґрунтовано та визначено завдання, необхідні для вирішення наукової проблеми дисертації.
У другому розділі «Підвищення спектральної ефективності систем широкосмугового радіодоступу шляхом застосування технології МІМО» - з погляду створення високопродуктивних методів підвищення пропускної здатності СШР розглянуто підходи до покращення їх спектральної ефективності на основі застосування багатоантенної техніки просторового мультиплексування і рознесення та просторово-часового кодування. Дано метод канальної оцінки для OFDM-систем з MISO (Multiple Input-Single Output) і просторово-частотно-часовим кодуванням, який дозволяє суттєво зменшити коефіцієнт бітових помилок каналу із завмираннями. Запропоновано метод лінійного просторового перетворення з оптимізацією передаваної потужності як ефективний підхід до підвищення ПЗ та загального покращення характеристик мобільного каналу MISO. Розглянуто застосування CMIMOR як нове архітектурне рішення для побудови СШР наступного покоління з високою ПЗ
Розроблено аналітичну модель імовірності помилки в багатоантенній кооперативній ретрансляційній системі. Досліджено використання фіксованих ретрансляторів у мережі з відомою інфраструктурою для забезпечення виграшу просторового рознесення серед безпроводових терміналів, які мають обмеження на кількість антен. Одержано математичні моделі ергодичної ПЗ і імовірності бітової помилки мікростільникової МІМО-системи з просторово-часовим блоковим кодуванням і фазовою маніпуляцією для каналу із завмираннями. Проведено порівняльний аналіз характеристик ПЗ і BER, розрахованих за відомими аналітичними моделями МІМО-каналу й отриманих експериментально. Розроблено імітаційні моделі фізичного рівня МІМО-системи для програмних пакетів Visual System Simulator, інтегрований з пакетом Microwave Office, та SIMULINK пакета MATLAB. Запропоновано підходи до підвищення ПЗ радіосистеми з МІМО за рахунок зменшення впливу міжстільникових завад. Виявлено закономірність того, що характеристика ПЗ багатокористувацької СШР з МІМО-каналами має максимум при певній кількості користувачів.
Одним із методів, який покликаний сприяти спрощенню реалізації МІМО в багатокористувацьких системах, є створення багатоантенної системи тільки на стороні передавача БС, а на стороні АТ залишити одну антену. Для підтримки цього напрямку удосконалено багатоантенну систему з MISO-каналами шляхом розробки оптимізаційної схеми для багатоантенного передавача, яка базується на лінійному просторовому перетворенні (ЛПП) і оптимізації передаваної потужності при збереженні середньої потужності передавача.
Розглянуто мобільну СШР, до складу якої входять одна БС з М передавальними антенами і N мобільних терміналів (МТ), кожен з яких має одну приймальну антену. Позначимо через xn інформаційний сигнал, призначений для n-го МТ, а через yn прийнятий сигнал на відповідному МТ (n = 1, 2,…, N). Тоді вектор прийнятого сигналу розмірністю N може бути виражений в матричній формі де- вектор переданого сигналу також розмірністю N, для якого має місце рівняння; INN - одинична матриця; M[a] - математичне сподівання величини а; верхній індекс H над матрицею означає транспоновано сполучена; Р0 - середня потужність переданого сигналу; z - вектор АБГШ розмірністю N такий, що; Н - канальна матриця каналу MIMO розмірністю NM, елемент якої hnm, що знаходиться на перетині n-го рядка і m-го стовпця, відповідає каналу між n-м МТ і m-ю передавальною антеною БС; - матриця попереднього ЛПП на передавачі розмірністю MN; N0 - власне значення потужності АБГШ каналу.
Застосовуючи матрицю попереднього ЛПП, одержимо канальну матрицю S = H розмірністю N N комбінованого каналу MIMO з елементами snm , що знаходяться на перетині n-го рядка і m-го стовпця. Матриця визначається на основі оптимізаційного критерію при умові, що дозволяє зберегти рівень середньої передаваної потужності. Оператор trace(А), званий слідом матриці А, являє собою суму елементів головної діагоналі матриці А.
Представимо матрицю у наступному вигляді, де - власне матриця ЛПП розмірністю MN; Р - діагональна матриця розмірністю NN, яка визначається з умови обмеження рівня загальної передаваної потужності. Умова збереження передаваної потужності можна записати у вигляді, а елементи матриці Р вибираються так, щоб виконувалася рівність де Сn - максимально досяжна ПЗ для n-го МТ. При цьому матриця визначається по-різному в залежності від підходу, який використовується для обробки інформації про стан каналу CSI. Так, із використанням звичайного методу «обнуління» ZF (Zero-Forcing) ЛПП можна представити у вигляді Тут прийнято, що рядки Н лінійно незалежні, а ННН має обернену матрицю. Таке перетворення обнуляє інтерференцію між сигналами, призначеними для інших МТ. Тут максимально досяжна ПЗ для n-го МТ буде де рnn - n-й діагональний елемент матриці Р.
Проведено дослідження впливу на ПЗ неточного знання про CSI. Часову характеристику каналу описано за допомогою коефіцієнта кореляції де hinm - стаціонарно імовірнісний процес для передавальної і приймальної антен з номерами m і n, відповідно. Малі значення коефіцієнта кореляції відповідають великим неузгодженостям між Hi-1 і Hi (і - стан каналу у якийсь момент часу).
Показано, що при малих канальних неузгодженостях ЛПП може значно підвищити ПЗ системи. При збільшенні неузгодженостей характеристики ЛПП як із звичайним ZF, так і з модифікованим ZF істотно погіршуються і при значеннях коефіцієнта кореляції 0,4 виграш від використання ЛПП зникає.
Представлено запропонований метод канальної оцінки для системного профілю WМАN-OFDM стандарту IEEE 802.16 з MISO та просторово-часовим STBC, просторово-частотним SFBC і просторово-частотно-часовим STF кодуваннями, який дозволяє суттєво зменшити коефіцієнт бітових помилок BER каналу із завмираннями.
Приймаючи, що канальна інформація змінюється лінійно уздовж NПРД суміжних піднесучих, із попереднього виразу одержимо оцінку каналу, де верхній індекс позначає операцію псевдоінверсії матриці S. Оскільки одержане рівняння містить два невідомі вектори (h, ), воно має безліч розв`язків. Щоб знайти один підходящий розв`язок рівняння пропонується метод роздільної оцінки для підготовчого (тестового) періоду і періоду передачі даних. Протягом тестового періоду може бути одержана ініціалізуюча канальна оцінка шляхом розрахунку простих тестових символів. Протягом періоду передачі даних канальна інформація може бути відновлена шляхом: оцінки символу даних і оновлення канальної інформації з декодованим символом даних.
Розвинуто метод кооперативної ретрансляції з МІМО для задач підвищення ПЗ СШР з фіксованою інфраструктурою в умовах багатопроменевих завмирань шляхом розробки відповідних математичних моделей ПЗ і імовірності появи помилки.
Розроблено математичну модель СШР з фіксованою інфраструктурою, яка використовує принцип кооперативної МІМО-ретрансляції. У рамках зазначеної моделі одержано формули для визначення ПЗ мережі при послідовній і паралельній ретрансляціях.
При послідовній ретрансляції кількість РС, що безпосередньо беруть участь у ретрансляції, зростає відповідно до збільшення кількості прольотів, тобто кількість РС, які беруть участь у k-му стані, становить k 1. Із збільшенням РС загальна передана потужність також зростає (Pr і Ps - потужності ретранслятора і БС, відповідно). Збільшення передаваної потужності сприяє зростанню швидкості передачі. Однак, збільшення загальної кількості прольотів Nhop веде до зниження коефіцієнта масштабування 1/Nhop. Для k-го
прольоту ПЗ ретранслятора матиме вигляд , де - і-те власне значення матриці А; Ms - кількість передавальних антен на БС; Mr і Nk - кількість передавальних і приймальних антен на k-й РС, відповідно; - канальні матриці сполучення між k-ми передавачами, для яких k-та РС приймає передачу.
При паралельній ретрансляції на відміну від послідовної число прольотів фіксоване і дорівнює 2 (індекс 0 - для БС і 1 - для РС) для будь-якої кількості РС. Оскільки число прольотів не залежить від кількості РС, при паралельній ретрансляції не можна досягти такого ж компромісу між високою потужністю передачі і малим масштабуючим коефіцієнтом, як у випадку послідовної ретрансляції. Крім того, при послідовній ретрансляції число приймальних станцій може бути одна і більше, залежно від способу передачі. У паралельній ретрансляції можна використовувати всю множину L РС (L - кількість РС, які можуть брати участь у паралельній ретрансляції). Надалі будемо враховувати, що з L РС тільки певна їх кількість із найкращим каналом БС РС буде використовуватись у передачі до цільової приймальної станції. Множину РС, що бере участь у передачі, позначимо .
У випадку паралельної ретрансляції ПЗ може бути визначена у вигляді для фіксованого часового розподілу і для адаптивного часового розподілу.
Досліджено вплив на ПЗ системи її параметрів, зокрема, топології ретрансляції, відстані від ретранслятора до БС, кількості прольотів і одночасно передаючих ретрансляторів. Показано, що ПЗ такої СШР з урахуванням переривання зв`язку може бути підвищена без збільшення кількості ретрансляторів шляхом комбінування цих параметрів системи. Виявлено, що застосування кооперативного просторового мультиплексування і адаптивного часового розподілу дозволяє збільшити середню швидкість передачі з урахуванням переривання зв`язку в декілька разів у порівнянні з СШР, яка використовує традиційні канали МІМО і фіксований часовий розподіл. Доведено перевагу кооперативної МІМО-ретрансляції над традиційною ретрансляцією.
Максимальний виграш має місце для найбільшої системної конфігурації (NРС = 4, Nr = 4). Для меншої кількості ретрансляторів (NРС = 2), виграш відповідно менший. Таким чином, не дивлячись на наявність виграшу в декілька дБ методу MRC над SC, останній вносить суттєво меншу складність і вартість в систему. Наприклад, метод MRC потребує 16 трактів прийому (чотири для кожного ретранслятора), а SC - тільки чотири. Незначно більший виграш по SNR не може компенсувати високу вартість застосування MRC. Тому ретранслятори із SC часто мають краще співвідношення між вартістю і характеристикою.
У випадку каналу з невеликими завмираннями (m > 1), застосування MRC також має більш високий виграш по відношенню до SC, але знову ж таки цей виграш не є значним.
Використання даної моделі дозволило отримати три важливих результати: характеристика помилок СШР з фіксованою інфраструктурою, яка має декілька ретрансляторів з багатьма антенами, тільки незначно гірша ніж СШР, яка має багато одноантенних ретрансляторів; характеристика імовірності помилок СШР, в якій багатоантенні ретранслятори конфігуруються у відповідності з методом підсумовування з максимізацією відношення сигнал/шум незначно (в 1,05…1,2 рази) краще ніж характеристика мережі, у якій ретранслятори використовують метод підсумовування з автовідбором; дві антени на ретрансляторі цілком достатні для забезпечення рівня максимального рознесення, а додаткові антени тільки збільшують загальне антенне підсилення. Також, визначено, що для значної кількості антен на ретрансляторі вплив порогу відношення сигнал/шум буде несуттєвим.
На базі розроблених математичних моделей ПЗ та імовірності помилок для кооперативної ретрансляції в СШР з МІМО запропоновано відповідний метод підвищення ПЗ системи у відповідності з виразом (1).
Розроблено математичні моделі (у вигляді аналітичних виразів) ергодичної пропускної здатності і імовірності бітової помилки мікростільникової МІМО-системи з просторово-часовим блоковим кодуванням і фазовою маніпуляцією для каналу із завмираннями з розподілом Райса і логарифмічно-нормальним (ЛН) розподілом. Розроблені математичні моделі дозволяють для каналу із завмираннями з наведеними розподілами отримати розв'язок виразу (1). Для даного випадку на рис. 6 наведені результати обчислень і моделювання BER, де результати чисельного моделювання відображені у вигляді ромбів і кругів, а результати аналітичних розрахунків неперервними і штриховими графічними кривими. Із рис. 6 слідує, що результати чисельного моделювання мають деякі відхилення від аналітичних. Це обумовлено тим, що статистичні помилки генеровані з обмеженої (кінцевої) кількості тестових бітів, а аналітичні вирази отримані із допущення безкінечної тестової послідовності.
Отримані результати свідчать про достатню для практичних цілей точність розрахунків характеристик ергодичної ПЗ і BER для STBC-каналів із завмираннями. Аналітичні вирази запропонованої моделі призначені для застосування у якості цільових функцій при комп'ютерній оптимізації (максимізації) ПЗ мікростільникових безпроводових систем з МІМО, особливо в ММДХ.
Запропоновано імітаційні моделі радіоканалу МІМО-системи для програмних пакетів VSS та SIMULINK пакета MATLAB. При моделюванні радіотракту МІМО-системи в програмному пакеті VSS крім наявних бібліотечних системних модулів VSS використовуються додаткові модулі, що створені шляхом розробки оригінальних програмних блоків, які інтегровані до середовища VSS: вбудовані DLL бібліотеки (С/С++) та модулів MATLAB. У середовищі SIMULINK пакета MATLAB створена модель фізичного рівня системи WiMAX. На відміну від відомої моделі радіоканалу WiMAX, яка включена до MATLAB версії R2008a, запропонована модель має модуль адаптивної модуляції і кодування, а також оригінальний модуль MIMO із просторово-часовим кодуванням.
Запропоновано підходи до зменшення впливу міжстільникових завад в радіосистемі з МІМО для покращення її ПЗ. При цьому отримано наступне.
Проведено порівняння переваг і недоліків відомих методів по зменшенню завад від сусідніх стільників з точки зору практичної реалізації стільникових СШР. Із порівняння слідує, що неможливо досягти значного покращення ПЗ за допомогою одного універсального методу зменшення завад. Тому запропоновано залучення додаткових методів, що враховують особливості МІМО-каналу: обмеження кількості користувачів, залучення певної кількості антен тільки для просторового рознесення, застосування РАС.
Зокрема, отримано аналітичний вираз залежності ПЗ МІМО-системи від кількості просторово рознесених користувачів, на основі якого проведено дослідження впливу кількості АТ на ПЗ багатокористувацької СШР із МІМО-каналами. Із отриманих результатів слідує, що характеристика ПЗ такої МІМО-системи має максимум при певній оптимальній кількості користувачів (рис. 7), який залежить від обмеження на середню потужність передачі і рівень завад в стільнику. Таким чином для кожного стільника мережі СШР має місце оптимальна кількість просторово рознесених користувачів, при якій ПЗ мережі буде найбільшою.
На основі аналізу методів зменшення впливу завад запропоновано методику вибору структури і характеристик багатокористувацької МІМО-системи при впливі міжстільникових завад. Застосування запропонованої методики дає виграш 18…26 % по ПЗ в масштабі всієї стільникової мережі.
У третьому розділі «Підвищення пропускної здатності багатосервісних систем широкосмугового радіодоступу шляхом покращення керування розподілом смугового ресурсу» - представлено методи підвищення ПЗ СШР шляхом керування розподілом смугового ресурсу без розширення частотної смуги. Запропоновано метод керування співвідношенням між чергою надходження пакетів і механізмами зниження помилок в радіоканалі при гарантованій передачі в рамках диференційованих послуг, який базується на розробленій відповідній аналітичній моделі. Розглянуто використовувані при цьому механізми автоматичного запиту повторної передачі і прямої корекції помилок. Розроблено метод розмежування параметрів доступу до каналу в схемі вимоги на ширину смуги стандарту IEEE 802.16. При цьому розглянуто декілька підходів до розмежування обслуговування, зокрема розмежування параметрів доступу до каналу і пріоритетність розподілу ширини смуги. Запропоновано математичну модель багатосервісної СШР на базі OFDMA з кооперативною ретрансляцією, що дозволяє визначити адаптивний розподіл потужності, піднесучих і швидкості передачі даних. Одержані математична модель і схема оптимального розподілу складають основу запропонованого методу підвищення ПЗ багатосервісної СШР на базі OFDMA з кооперативною ретрансляцією. Розвинуто метод підвищення ПЗ СШР шляхом застосування безпроводової архітектури розподіленої антенної системи (РАС). При цьому доведено переваги РАС над традиційною стільниковою структурою, досліджено ПЗ РАС з МІМО із урахуванням імовірності переривання зв'язку в умовах релєєвських завмирань і логарифмічно нормального розподілу затінень.
Розроблено аналітичну модель диференційованих послуг гарантованої передачі, яка враховує велику частоту появи помилок у радіоканалі СШР, а також використовувані при цьому механізми автоматичного запиту повторної передачі і прямої корекції помилок. В рамках цієї моделі у припущенні про повільні завмирання в каналі з використанням методу керування чергами RIO (Random Early Detection Input/Output - випадкове раннє виявлення на вході/виході) одержано формули для визначення ПЗ і параметрів, які характеризують послуги, надані різним типам пакетів. Досліджено збіжність результатів розрахунків за одержаною аналітичною моделлю до даних, здобутих в процесі імітаційного моделювання. Виявлено добре узгодження результатів для всіх типів трафіків, використовуваних при моделюванні. Доведено, що ефект самоподібності трафіку в даному випадку проявляється тільки при малому завантаженні каналу, де наявна найбільша похибка між результатами моделювання і даними розрахунків за аналітичною моделлю, що використовує пуассонівський процес.
Тут в припущенні, що пакети з'являються в черзі відповідно до пуассонівського потоку з параметром л, ПЗ усіх пакетів, яка визначається середньою швидкістю надходження пакетів, буде імовірність утрати всіх пакетів -і середній час затримки (чекання) в черзі -, де- імовірності постановки пакетів у чергу довжиною n; К - розмір буфера; (.) - розподіл сталого (стійкого) стану каналу; S1() і S2() - режими помилок у лінії зв'язку при станах з'єднання 1 і 2, відповідно; S ||S||; ||S|| - вектор просторового стану марковського процесу. Завдяки простоті і зручності для обчислень розроблена аналітична модель може знайти застосування для оцінки впливу різних параметрів на ПЗ системи в цілому. На базі розробленої аналітичної моделі запропоновано метод підвищення ПЗ СШР шляхом керування співвідношенням між чергою надходження пакетів і механізмами зниження помилок в радіоканалі при гарантованій передачі в рамках диференційованих послуг.
Проведено дослідження розмежування обслуговування (РО) для схеми вимоги на ширину смуги (ШС) стандарту IEEE 802.16. Розглянуто декілька підходів до РО, зокрема розмежування параметрів доступу до каналу (початкове і максимальне вікна відстрочки передачі, максимальна кількість повторних передач вимоги на ШС, затримка в кадрах очікування відповіді на вимоги ШС) і пріоритетність розподілу ШС (рівного і абсолютного пріоритетів). Розроблено аналітичну модель для аналізу впливу підходів РО, яка може бути застосована для адаптивної конфігурації і оптимізації системних характеристик. Адекватність аналітичної моделі підтверджена результатами чисельного моделювання.
Затримку доступу до каналу n для класу обслуговування n визначена як середній проміжок часу між початком кадру, в якому ініціалізується перший процес відстрочки передачі для пакету від АТ класу n, до кінця кадру, в якому завершується останній процес відстрочки передачі при спробі вимоги ШС. Тоді можна записати
n = ПВКТкадр,
де ПВК - середній період процесу вирішення колізій, кадрів.
Проведені дослідження показали, якщо кількість посилок REQ в кадрі невелика, доступ до каналу є критичним (вузький канал) і початкове вікно відстрочки більш ефективне, ніж пріоритетність розподілу ШС. У випадку, коли кількість посилок REQ в кадрі велика, канал має більшу спроможність до передачі, в результаті починає відігравати більшу роль пріоритетність розподілу ШС.
На базі розробленої моделі і результатів проведених досліджень запропоновано метод підвищення ПЗ СШР шляхом розмежування параметрів доступу до каналу в схемі вимоги на ширину смуги.
Запропоновано математичну модель багатосервісної СШР на базі OFDMA з кооперативною ретрансляцією, що дозволяє визначити адаптивний розподіл потужності, піднесучих і швидкості передачі даних та максимізувати системну спектральну ефективність при наявності обмежень на вимоги до багатосервісної QoS. На базі запропонованої математичної моделі розроблено схему оптимального розподілу потужності і швидкості передачі даних для багатосервісної системи на основі OFDMA з кооперативною ретрансляцією. Для спрощення розрахунків оптимального розподілу запропоновано субоптимальний алгоритм, який дозволяє на порядок зменшити складність розв`язання задачі у часових термінах.
Розв'язано задачу динамічного розподілу потужності, піднесучих і швидкості передачі даних у відповідності з вимогами до QoS для двох класів обслуговування сервісів реального А і нереального В часу. Так як дана задача є задачею оптимізації при наявності обмежень у вигляді нерівностей, то для її розв'язання було задіяно метод множників Лагранжа при дотриманні умов Куна-Таккера. При цьому було максимізовано швидкості передачі даних сервісу нереального часу В при гарантуванні дотримання вимог до швидкості передачі і BER сервісу реального часу А та BER сервісу нереального часу. Отримано наступні залежності оптимально розподілених потужності Рj і підтримуваної швидкості передачі Rj j-ї піднесучої відповідно для задач мінімізації потужності при сервісі А -і максимізації швидкості передачі при сервісі В -де - кардинальне число (кількість членів) множини ; R - гарантована швидкість передачі сервісу А; A У і B У - множини піднесучих, які розподілені для сервісів A і B, відповідно; у2 - потужність шуму; j - коефіцієнт пропорційності розподілу потужності; і - коефіцієнти канальної матриці j-ї піднесучої між джерелом сигналу (ДС) і цільовим приймачем (ЦП), між ДС і РС, між РС і ЦП, відповідно.
Таким чином, отримані вирази визначають оптимальний розподіл потужності і швидкості передачі даних, що підтримує багатосервісність при наявності множин піднесучих А і В. При цьому усі розподіли по потужності і швидкості передачі задовольняють умовам стратегії водонаповнення. В той же час, оптимальна схема може бути отримана через дослідження усіх можливих множин піднесучих А і В і розподілу потужності і швидкості передачі для даної множини піднесучих.
...Подобные документы
Короткі відомості про системи автоматичного регулювання та їх типи. Регулятори: їх класифікація та закони регулювання. Розробка моделі автоматичного регулювання в MATLAB/Simulink і побудова кривої перехідного процесу. Аналіз якості функціонування системи.
курсовая работа [402,4 K], добавлен 20.11.2014Загальні поняття та визначення щодо якості обслуговування. Класифікація показників якості обслуговування в телекомунікаційних системах. Поняття номінальної пропускної здатності середовища передачі інформації. Складові затримки під час передачі пакетів.
реферат [84,8 K], добавлен 27.03.2011Визначення передаточних функцій об’єкта за різними каналами, його статичних і динамічних характеристик. Розроблення та дослідження CAP. Аналіз стійкості системи за критеріями Рауса-Гурвіца. Параметрична оптимізація системи автоматичного регулювання.
курсовая работа [2,7 M], добавлен 28.12.2014Аналіз якості лінійних безперервних систем автоматичного управління. Методи побудови перехідної функції, інтегральні оцінки якості. Перетворення структурної схеми, аналіз стійкості розімкнутої та замкнутої систем. Розрахунок часових та частотних функцій.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 07.03.2014Передаткова функція замкненої та розімкненої схеми регулювання. Перевірка на стійкість отриманої схеми системи автоматичного регулювання. Оцінка якості процесу регулювання в системі за показниками та допустимої інструментальної похибки в сталому режимі.
контрольная работа [956,2 K], добавлен 03.12.2013Методи моделювання динамічних систем. Огляд методів синтезу. Математичне забезпечення вирішення задачі системи управління. Моделювання процесів за допомогою пакету VisSim. Дослідження стійкості системи управління. Реалізація програмного забезпечення.
дипломная работа [3,8 M], добавлен 07.11.2011Розробка схеми приймача з цифровою обробкою інформації і обгрунтування вимог до нього. Аналіз аналого-цифрового перетворювача і вимоги до цього важливого елемента приймального тракту. Елементна база малошумлячого підсилювача. Знижка коефіцієнту шуму.
реферат [570,6 K], добавлен 18.02.2010Розробка функціональної схеми автоматизації процесу регулювання пари при гранулюванні кормів; побудова систем контролю і обліку. Визначення передаточних функцій елементів структурно-алгоритмічної схеми САУ; розрахунок показників запасу стійкості і якості.
курсовая работа [984,7 K], добавлен 14.08.2012Проектування волоконно-оптичних систем, дослідження та аналіз нелінійних ефектів, які обмежують пропускну здатність компонентів тракту. Розрахунок та оптимізація пропускної здатності DWDM-системи, значення загальної кілометричної дисперсії волокна.
реферат [24,5 K], добавлен 22.11.2010Керуюча напруга системи фазового автопідстроювання частоти, яка застосована в радіотехнічних пристроях. Принцип дії системи, її схема. Системи спостереження за часовим положенням імпульсного сигналу. Призначення систем автоматичного регулювання посилення.
контрольная работа [716,6 K], добавлен 27.11.2010Особливості спостереження з об'єктів, що рухаються. Просторові коливання об'єкта регулювання: вплив на точність систем стабілізації. Методи стабілізації поля зору приладів спостереження (сучасних танкових прицілів на основі електромеханічних гіроскопів).
дипломная работа [3,4 M], добавлен 08.03.2012Характеристика та аналіз функціональних схем систем автоматичного регулювання підсилення (АРП). Різновиди та елементи систем АРП. Методика розрахунку зворотньої системи регулювання підсилення. Порівняльний аналіз між аналоговими та цифровими системами.
курсовая работа [1,0 M], добавлен 25.01.2010Розробка функціональної схеми цифрової слідкуючої системи. Складання передаточних функцій її елементів. Вибір виконавчого двигуна і підсилювача потужності. Розрахунок, побудова та моделювання послідовної безперервної корегуючої ланки методом ЛАЧХ.
курсовая работа [169,8 K], добавлен 21.04.2011Пристрої регулювання та їх шлях в своєму розвитку. Регулювання робочої температури електропечей, електроплит. Розробка регулятора потужності з таймером. Технічне обслуговування та ремонт проектованого пристрою. Вузол синхронізації таймера з мережею.
курсовая работа [235,4 K], добавлен 24.06.2009Пропускна здатність лінійного тракту з ТDМ та WDM. Q-фактор - фактор якості передавання. Еталонні точки ВОСПІ. Опис моделі для розрахунку перехресних завад систем DWDM. Розрахунок рівня шумів системи. Врахування нелінійних ефектів оптичних компонентів.
реферат [3,0 M], добавлен 20.11.2010Дистанційна силова система спостерігання, її опис та принцип дії. Передатні функції та числові параметри елементів системи, дослідження стійкості системи. Зменшення похибок, оцінка зміни стійкості та якості перехідного процесу. Графік перехідного процесу.
курсовая работа [498,9 K], добавлен 05.02.2013Використання фазокодоманіпульваних сигналів у системах широкосмугового зв’язку, їх переваги перед системами існуючого вузькосмугового зв’язку. Системи тропосферного зв’язку з кодовим розподілом каналів. Умови вибору фазокодоманіпульованого сигналу.
реферат [136,8 K], добавлен 25.01.2010Випрямлячі трифазного струму, споживачі середньої і великої потужності. Структура електричної схеми та опис системи керування і системи стабілізації. Напруга мережі та її заміри, змінювання за лінійним законом і автоматичним регулюванням коефіцієнта.
курсовая работа [2,9 M], добавлен 27.03.2012Технічна діагностика радіоелектронної апаратури. Розробка та обґрунтування процесу контролю якості. Дефекти, які можна виявити при контролі якості. Розробка методики досягнення запланованого рівня якості. Розробка статистичного методу контролю.
дипломная работа [9,3 M], добавлен 20.06.2012Алгоритми вибору устаткування охоронного телебачення. Розрахунок пропускної системи каналів зв'язку, необхідних для роботи системи спостереження. Принципи побудови мультисенсорних систем, огляд, функціональні можливості та характеристики мультиплексорів.
статья [81,1 K], добавлен 13.08.2010
