Методи підвищення пропускної здатності телекомунікаційних систем широкосмугового радіодоступу

76. Кравчук С.А. Современные телекоммуникационные технологии диапазона миллиметровых волн / С.А. Кравчук, А.А. Липатов // Матер. 12-й Международной конф. «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 9-13 сентября 2002 г., Севастополь, Украина.- Севастополь, 2002. - С. 41-42. (Особисто здобувачу належить аналіз наявних розробок СШР і ЦРС ММДХ та методів підвищення їх продуктивності).

77. Кравчук С.А. Системы широкополосного беспроводного доступа. Современные проекты фиксированного радиодоступа / С.А. Кравчук, М.Е. Ильченко // Матер. 13-й Междунар. конф. «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 8-12 сентября 2003 г., Севастополь, Украина.- Севастополь, 2003. - С. 47-50. (Особисто здобувачу належать дослідження і розробка проектів СШР МТРС «Кампус-КПІ» і ТСВА «Небесний стільник»).

78. Булгаков Б.М. Направления создания телекоммуникационных радиосистем миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов волн / Б.М. Булгаков, С.А. Кравчук, Т.Н. Нарытник // Матер. 13-й Междунар. конф. «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 8-12 сентября 2003 г., Севастополь, Украина. - Севастополь, 2003. - С. 305-308. (Особисто здобувачу належить розробка концепції напрямків розвитку перспективних СШР ММДХ).

79. Кайденко Н.Н. Система мониторинга и управления сетью радиорелейных станций / Н.Н. Кайденко, С.А. Кравчук, В.П. Потиенко // Матер. 13-й Международной конф. «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 8-12 сентября 2003 г., Севастополь, Украина. - Севастополь, 2003. - С. 334-335. (Особисто здобувачу належать дослідження і розробка системної архітектури системи моніторингу і керування мережею ЦРС).

80. Ильченко М.Е. Реализация в Украине телекоммуникационных систем с использованием микроволновых технологий / М.Е. Ильченко, С.Г. Бунин, С.А. Кравчук, Н.В. Лукьяненко, Б.А. Непомящий, В.М. Чмиль // Матер. 14-й Международной конф. «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 13-17 сентября 2004 г., Севастополь, Украина. - Севастополь, 2004. - С. 3-6. (Особисто здобувачу належать результати досліджень щодо побудови розподільних СШР, ТСВА, ЦРС та мікрохвильових приймально-передавальних модулів).

81. Ильченко М.Е. Универсальная мультимедийная дистрибутивная система UMDS / М.Е. Ильченко, С.А. Кравчук, Т.Н. Нарытник, А.Г. Войтенко // Матер. 14-й Международной конф. «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 13-17 сентября 2004 г., Севастополь, Украина. - Севастополь, 2004. - С. 37-38. (Особисто здобувачу належать дослідження і розробка системної моделі UMDS).

82. Кравчук С.А. Реализация мобильных систем широкополосного радиодоступа на основе технологии MIMO / С.А. Кравчук, М.Б. Борисова // Матер. 14-й Международной конф. «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 13-17 сентября 2004 г., Севастополь, Крым, Украина. - Севастополь, 2004. - С. 43-44. (Особисто здобувачу належать математичні моделі функціонування МІМО-системи та її ПЗ).

83. Кравчук С.А. Моделирование распространения волн сантиметрового и миллиметрового диапазонов в тропосфере и стратосфере для прогнозирования линий связи стратосферных и спутниковых систем / С.А. Кравчук // Матер. 15-й Международной конф. «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии» в 2-х томах, 12-16 сентября 2005 г., Севастополь. Том 1. - Севастополь, 2005. - С. 290-291.

84. Кравчук С.А. Оптимизация зоны действия системы широкополосного доступа в условиях совместного использования частот системами наземной и спутниковой фиксированной служб / С.А. Кравчук // Матер. 15-й Международной конф. «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии» в 2-х томах, 12-16 сентября 2005 г., Севастополь. Том 1.- Севастополь, 2005.- С. 70-71.

85. Кравчук С.А. Создание многопролетных полнодоступных узловых беспроводных сетей в системах широкополосного радиодоступа / С.А. Кравчук // Тр. 7-й международной научно-практической конф. СИЭТ «Современные информационные и электронные технологии», 22-26 мая 2006 г., Одесса. Том 1.- Одесса, 2006.- 189 с.

86. Кравчук С.А. Исследование возможности совместного использования частот телекоммуникационными системами на основе высотных аэролпатформ и традиционными системами фиксированной, фиксированной спутниковой и радиоастрономической службами / С.А. Кравчук // Матер. 16-й Междунар. конф. «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии» в 2-х томах, 11-15 сентября 2006 г., Севастополь. Том 1. - Севастополь, 2006.- С. 326-327.

87. Ильченко М.Е. Особенности построения сетей широкополосного радиодоступа на базе технологии WiMAX / М.Е. Ильченко, Н.Н. Кайденко, С.А. Кравчук // Матер. 16-й Междунар. конф. «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии» в 2-х томах, 11-15 сентября 2006 г., Севастополь, Крым, Украина. Том 1. - Севастополь, 2006.- С. 328-329. (Особисто здобувачу належать дослідження, пов'язані із використання методів підвищення ПЗ і завадостійкості мережі WiMAX).

88. Кравчук С.А. Сравнение результатов теоретических и экспериментальных исследований частотно-территориального планирования сотовой сети на основе систем широкополосного радиодоступа в условиях городской застройки / С.А. Кравчук // Матер. 16-й Междунар. конф. «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии» в 2-х томах, 11-15 сентября 2006 г., Севастополь. Том 1. - Севастополь, 2006.- С. 361-362.

89. Кравчук С.О. Модель радіотракту МІМО системи / С.О. Кравчук, Д.А. Міночкін // Матер. ІІІ наук.-практ. конф. «Пріоритетні напрямки розвитку телекомунікаційних систем спеціального призначення», 21-22 листопада, 2006 р., Київ.- К., 2007.- С. 69-75. (Особисто здобувачу належить розробка загальної структури моделі та модулю Матлаб просторового мультиплексування).

90. Кравчук С.А. Структурно-функциональное построение СВЧ части систем широкополосного радиодоступа стандарта IEEE 802.16 / С.А. Кравчук // Матер. 17-й Междунар. Крымской конф. «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии» в 2-х томах. Том 1. Севастополь, 10-14 сентября 2007 г. - Севастополь, 2007. - С. 223-224.

91. Кравчук С.А. Метод оценки радиоканалов схемы MISO для системы WIMAX в условиях изменяющихся во времени многолучевых замираний / С.А. Кравчук // Матер. 17-й Междунар. Крымской конф. «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии» в 2-х томах. Том 1. Севастополь, 10-14 сентября 2007 г. - Севастополь, 2007. - С. 225- 226.

92. Кравчук С.А. Методы повышения пропускной способности систем широкополосного беспроводного доступа / С.А. Кравчук // Матер. 17-й Междунар. Крымской конф. «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии» в 2-х томах. Том 1. Севастополь, 10-14 сентября 2007 г. - Севастополь, 2007. - С. 227-228.

93. Кравчук С.О. Аналіз методів обробки сигналів у МІМО-системах / С.О. Кравчук, Д.А. Міночкін // Зб. матер. 4-ї наук.-практ. семінару «Пріоритетні напрямки розвитку телекомунікаційних систем та мереж спеціального призначення», 22 литопада, 2007 р., Київ.- К., 2007 - С. 32-34. (Особисто здобувачу належать дослідження і розробка методів обробки сигналів, пов'язаних із використанням просторово-часового кодування).

94. Кравчук С.А. Направления развития телекоммуникационных систем широкополосного радиодоступа длинноволновой части миллиметрового диапазона / С.А. Кравчук // Матер. 18-й Междунар. Крымской конф. «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии» в 2-х томах. Том 1. Севастополь, 8-12 сентября 2008 г. - Севастополь, 2008. - С. 237-239.

95. Кравчук С.А. Широкополосная мультимедийная сеть на базе беспроводного оборудования стандарта TD-CDMA / С.А. Кравчук, Н.Н. Кайденко // Матер. 18-й Междунар. Крымской конф. «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии» в 2-х томах. Том 1. Севастополь, 8-12 сентября 2008 г. - Севастополь, 2008. - С. 240-241. (Особисто здобувачу належать дослідження і розробка архітектури мережі та проведення її частотно-територіального планування із використанням результатів досліджень загасання радіохвиль в умовах міста).

96. Кравчук С.А. Характеристики OFDM сигнала для микросотовых и сотовых радиосистем мобильной связи миллиметрового диапазона длин волн / С.А. Кравчук // Матер. 18-й Междунар. Крымской конф. «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии» в 2-х томах. Том 1. Севастополь, 8-12 сентября 2008 г. - Севастополь, 2008. - С. 242 - 243.

97. Кравчук С.А. Формирование динамической групповой микросоты для широкополосных сетей радиодоступа миллиметрового диапазона длин волн / С.А. Кравчук // Матер. 19-й Междунар. Крымской конф. «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 14-18 сентября 2009 г., Севастополь. - Севастополь, 2009. - С. 231-232.

98. Кравчук С.А. Реализация бесшовной передачи обслуживания в сети радиодоступа миллиметрового диапазона волн с распределенной микросотовой архитектурой / С.А. Кравчук // Матер. 19-й Междунар. Крымской конф. «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 14-18 сентября 2009 г., Севастополь. - Севастополь, 2009. - С. 246-247.

Анотація

Кравчук С.О. Методи підвищення пропускної здатності телекомунікаційних систем широкосмугового радіодоступу. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.12.02 - телекомунікаційні системи та мережі. - Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут», Київ, 2010.

У роботі автором проведено теоретичне обґрунтування вирішення важливої наукової проблеми підвищення пропускної здатності (ПЗ) телекомунікаційних систем широкосмугового радіодоступу (СШР) із забезпеченням необхідної завадостійкості шляхом покращення смугового ресурсу СШР при раціональному варіюванні її енергетичним ресурсом, що знайшло своє відображення у розробці комплексу нових методів, алгоритмів, математичних моделей та виявлення нових закономірностей впливу параметрів радіоканалів СШР на її ПЗ.

Запропоновано методи і моделі підвищення спектральної ефективності СШР шляхом застосування багатоантенної техніки просторового мультиплексування і рознесення та просторово-часового кодування, зокрема методи лінійного просторового перетворення для оптимізації передаваної потужності і канальної оцінки OFDM при просторово-частотно-часовому кодуванні, моделі ПЗ і імовірності помилки СШР з кооперативною МІМО-ретрансляцією, імітаційні моделі радіоканалу МІМО-системи, закономірність впливу кількості користувачів на ПЗ багатокористувацької СШР із МІМО-каналами, методи зменшення впливу завад в багатокористувацькій МІМО-системі.

Запропоновано методи і моделі покращення смугового ресурсу в багатосервісних СШР шляхом керування розподілом смугового ресурсу, зокрема модель диференційованих послуг гарантованої передачі, модель розподілу обслуговування для схеми вимоги на ширину смуги, модель системи на базі OFDMA з кооперативною ретрансляцією, схема оптимального розподілу під несучих, потужності і швидкості передачі даних для багатосервісної системи.

Запропоновано підходи, методи і моделі для реалізації розширення смугового ресурсу СШР шляхом переходу до роботи системи в ММДХ, що дало можливість розробити нову конвергентну мікростільникову архітектуру фізичного і канального рівнів СШР ММДХ з метою досягнення в умовах релєєвських завмирань ПЗ прямого радіоканалу одиниць гігабіт за секунду при забезпеченні безперервного обслуговування мобільних користувачів системи.

Отримані результати дисертації впроваджені при створенні і розгортанні ряду проектів систем безпроводового широкосмугового доступу та їх мікрохвильового обладнання.

Ключові слова: система широкосмугового радіодоступу, пропускна здатність, завадостійкість, просторове мультиплексування, просторово-часове кодування, імовірність бітової помилки, міліметровий діапазон хвиль, розподілена антенна система

Аннотация

Кравчук С.О. Методы повышения пропускной способности телекоммуникационных систем широкополосного радиодоступа. - Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени доктора технических наук по специальности 05.12.02 - телекоммуникационные системы и сети. - Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт», Киев, 2010.

В работе автором проведено теоретическое обоснование решения важной научной проблемы повышения пропускной способности (ПС) телекоммуникационных систем широкополосного радиодоступа (СШР) с обеспечением необходимой помехоустойчивости путем улучшения полосового ресурса СШР при рациональном варьировании ее энергетическим ресурсом, которое нашло свое отображение в разработке комплекса новых методов, алгоритмов, математических моделей и выявлении новых закономерностей влияния на СШР параметров ее радиоканалов.

Предложены методы и модели повышения спектральной эффективности СШР путем применения многоантенной техники пространственного мультиплексирования и разнесения и пространственно-временного кодирования, в частности, методы линейного пространственного преобразования для оптимизации передаваемой мощности и канальной оценки OFDM при пространственно-частотно-временном кодировании, модели ПС и вероятности ошибки СШР с кооперативной МІМО-ретрансляцией, имитационные модели радиоканала МІМО-системы, закономерность влияния количества пользователей на ПС многопользовательской СШР с МІМО-каналами, методы уменьшения влияния помех в многопользовательской МІМО-системе. Разработаны имитационные модели физического уровня МIМО-системы для программных пакетов Visual System Simulator, интегрированного с пакетом Microwave Office, и SIMULINK пакета MATLAB.

Предложены методы повышения ПС СШР, которые базируются на улучшении управления распределением полосового ресурса без расширения частотной полосы. Описан предложенный метод обеспечения оптимального соотношения между механизмами управления очередью пакетов и снижения ошибок в радиоканале при гарантированной передаче в рамках дифференцированных услуг. Представлен разработанный метод размежевания параметров доступа к каналу в схеме требования на ширину полосы стандарта IEEE 802.16. При этом рассмотрено несколько подходов к размежеванию обслуживания, в частности размежевание параметров доступа к каналу и приоритетность распределения ширины полосы. Получена математическая модель системы на базе OFDMA с кооперативной ретрансляцией для адаптивного распределения мощности, поднесущих и скорости передачи данных. Развит метод повышения ПС СШР путем применения беспроводной архитектуры распределенной антенной системы.

Предложены методы повышения ПС СШР миллиметрового диапазона волн (ММДВ), основанные на расширении полосы частот пропускания. Определены перспективные направления развития беспроводных систем доступа ММДВ. Представлены результаты исследования характеристик OFDM-сигнала с новыми предложенными параметрами для микросотовых и сотовых мобильных СШР ММДВ высокой ПС. Рассмотрено применение ретранслирующей станции на высотной аэроплатформе для создания условий прямой видимости между БС и абонентским терминалом и улучшение характеристик радиоканалов между ними. Приведены результаты численного моделирования работы соты ТСВА с ячейками, в которых реализуется коэффициент одноразового повторного использования частоты. Описан предложенный метод улучшения зоны действия СШР в условиях ее совместного использования частот с наземной станцией ТСВА и разработанную математическую модель такого сценария.

Приведены результаты теоретического исследования предложенной новой конвергентной архитектуры распределенной микросотовой СШР ММДВ, которые подтверждают возможность создания перспективных мобильных систем в данном диапазоне. Получено в сравнении с традиционной архитектурой типа «точка-многоточка» более высокую ПС (десятки Гбит/с) и ее более равномерное распределение для пользователей по площади обслуживания.

Полученные результаты диссертации внедрены при создании и развертывании ряда проектов систем беспроводового широкополосного доступа и их микроволнового оборудования.

Ключевые слова: система широкополосного радиодоступа, пропускная способность, помехоустойчивость, пространственное мультиплексирование, пространственно-временное кодирование, вероятность битовой ошибки, миллиметровый диапазон волн, распределенная антенная система

Summary

Kravchuk S.O. Throughput rising methods of broadband radio access telecommunication systems. - Manuscript.

The dissertation on competition of a scientific degree of Doctor of Technical Science on speciality 05.12.02 - Telecommunication systems and networks. - National technical university of Ukraine «Kyiv polytechnical institute», Kyiv, 2010.

In work the important scientific problem of substantial increase of throughput (capacity) of broadband radio access systems (BRAS) with maintenance of a necessary noise stability is investigated by improvement of its strip resource at a rational variation a power resource that has found the display in development of theoretical bases of BRAS functioning processes by means of development of a complex of new methods, algorithms, mathematical models and revealing of new behaviors of influence of parameters of BRAS radiochannels on its throughput.

Methods and models for increase of spectral efficiency BRAS by application of spatial multiplexing and diversity, and also space-time coding are proposed: methods of linear spatial transformation for optimization of transmitted capacity and channel rating OFDM at spatial-time- frequency coding, model throughput and error probability for BRAS with cooperative МIМО-retransmission, imitating models of a radiochannel of МIМО-system, behavior of influence of users amount on throughput of multiuser BRAS with МIМО-channels, reduction methods of interfering signal influence in the multiuser МIМО-system.

Methods and models for improvement of a bandwidth resource in multiservice BRAS by management of bandwidth resource distribution are proposed: model of the differentiated services, model of service distribution for the circuit of the bandwidth requirement, model of system on base OFDMA with cooperative retransmission, the circuit of capacity optimum distribution for multiservice system.

Approaches and models for realization of expansion of BRAS bandwidth resource by transition to work of system in millimeter wave band (MMWB) are proposed, that has enabled to develop new convergent microcellular architecture of physical and channel levels of BRAS MMWB with the purpose of achievement downlink throughput of units of gigabits per second.

The results of the dissertation are introduced at creation and expansion of some projects of broadband access s wireless systems and their microwave equipment.

Key words: broadband radio access system, throughput, noise stability, spatial multiplexing, space-time block coding, bit error probability, millimeter wave band, distributed antenna system.

Размещено на Allbest.ru