Підвищення ефективності мобільних телекомунікаційних систем цивільної авіації на основі покращення якості демодуляторів широкосмугових сигналів

Размещено на http://www.allbest.ru/

Київський міжнародний університет цивільної авіації

Спеціальність 05.22.13 - Навігація і керування повітряним рухом.

На правах рукопису

УДК 621.346.003.13

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Підвищення ефективності мобільних телекомунікаційних систем цивільної авіації на основі покращення якості демодуляторів широкосмугових сигналів

КАВАСМІ АБДЕЛЬ-РАХМАН КАМЕЛ

(Йорданія)

Київ - 1999 р.

Дисертацією є рукопис.

Роботу виконано в Київському міжнародному університеті цивільної авіації.

Науковий керівник: - кандидат технічних наук, доцент

Паук Сергій Михайлович,

КМУЦА, професор

Офіційні опоненти:- доктор технічних наук, професор

Михалочкин Микола Андрійович,

Укркосмос

- кандидат технічних наук

Чупрін Володимир Михайлович,

НДІАСБ, завідувач лабораторії

Провідна організація - НВО "Квант-навігація", м. Київ

Захист дисертації відбудеться "_24_" _червня_ 1999 р. о _15_ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д.26.062.03 при Київському міжнародному університеті цивільної авіації за адресою: 252058, м. Київ, пр. Космонавта Комарова, 1, КМУЦА.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Київського міжнародного університету цивільної авіації.

Автореферат розісланий "_24_" _травня_ 1999 р.

Вчений секретар спеціалізованої ради О.І. Запорожець

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність роботи. Обслуговування повітряного руху (ОПР) в цивільної авіації (ЦА) забезпечується складними комплексами авіаційних телекомунікаційних систем, радіонавігації і спостереження. В останні роки інтенсивно створюється і впроваджується глобальна і інтегрована система аеронавігації, зв'язку, спостереження і ОПР (CNS/ATN). Внаслідок процесів автоматизації і інтеграції технічних засобів і послуг по ОПР, комп'ютеризації і впровадження нових інформаційних технологій все більше навантаження лягає на телекомунікаційні системи. Відокремлювальною особливістю розвитку області телекомунікації є тривке динамічне зростання систем мобільного радіозв'язку (МРЗ).

Мобільний радіозв'язок в цивільної авіації грає найважливішу роль в забезпеченні обслуговування, регулярності і безпеки повітряного руху, в забезпеченні технологічної діяльності авіапідприємств, в автоматизації інформаційних і керуючих систем ЦА. Головна тенденція розвитку телекомунікацій в промислово розвинених країнах полягає в створенні інтегрованих мереж і систем електрозв'язку. Для ЦА концепція перспективної цифрової інтегральної мережі авіаційного електрозв'язку (ATN) розроблена в ICAO групою експертів SIGASP. Мережа ATN забезпечує взаємодію авіаційних наземних підмереж передачі даних, підмереж передачі даних бортового обладнання повітряних суд (ПС) і підмереж передачі даних 'Повітря-Земля' (ПЗ).

Побудова мережі ATN зумовлює необхідність ефективного використання радіоканалів 'Повітря-Земля' при заданих вимогах по оперативності зв'язку і якості передачі інформації. Одним з перспективних шляхів підвищення ефективності радіоканалів ПЗ є застосування широкосмугових систем зв'язку (ШССЗ), що забезпечують можливість впровадження новітніх телекомунікаційних технологій. ШССЗ відрізняються особливими властивостями. Вони володіють високою завадостійкістью при чинності зосереджених і мультіпликативных завад, дозволяють реалізувати кодовий розподіл абонентів при роботі в загальній смузі частот, забезпечують високу вірогідність прийому інформації і точність виміру параметрів руху об'єктів.

Викладене дозволяє вважати, що підвищення ефективності мобільних ШССЗ є актуальним для багатьох областей застосування МРЗ, в тому числі і для ЦА.

Серед численних робіт, присвячених дослідженням ШССЗ, можна відзначити роботи Л.Є. Варакина, І.Н. Аміантова, А.Г. Зюко, Ю.Б. Окунєва, Л.А. Яковлева, Н.Т. Петровича, Н.К. Размахніна, А.А. Кошвого, Г.І. Тузова, І.М. Пишкіна, М.С. Ярликова, С.Г. Буніна, В.О. Ігнатова, Ю.А. Громакова, Р.К. Диксона, Ф.Ф. Куо, Л.К. Клейнрока і інших авторів. В цих роботах розглядаються фундаментальні положення, зв'язані з потенційними можливостями ШССЗ при впливі різноманітного вигляду завад і з особливостями реалізації приладів формування і обробки шумоподібних сигналів. Задачі, зв'язані з аналізом завадостійкості днмодуляторів ШСС з багатопозиційнної частотної маніпуляцієй (БЧМ) і з ІКМ-БЧМ з урахуванням впливу частотно-часових невизначеностей і неідеальності реалізації функціональних вузлів на завадостійкість демодуляторів ШСС з БЧМ, з оптимізацією ефективності ШССЗ досліджені в значно меншому ступені. Ці задачі дуже актуальні і вимагають спеціального дослідження і вивчення.

Метою дисертаційної роботи є підвищення якості демодуляторів дискретних широкосмугових сигналів і ефективності мобільних широкосмугових телекомунікаційних систем.

Для досягнення означеної мети в роботі вирішені наступні задачі:

1. Аналіз завадостійкості і ефективності некогерентного прийому сигналів з КЧМ і БЧМ при порушенні ортогональності системи сигналів з урахуванням впливу частотно-часових невизначеностей і неідеальності реалізації функціональних вузлів демодулятора.

2. Аналіз завадостійкісті каналу синхронізації акустоелектронного фурьє процесора АЕФП демодулятора ШСС з БЧМ.

3. Аналіз завадостійкісти демодулятора ШСС з ІКМ - БЧМ.

4. Оптимізація: структури системи ШСС з БЧМ по критерію максимуму кодового алфавіту; демодулятора ШСС з ІКМ-БЧМ по критерію максимуму завадостійкісті; широкосмугової системи авіаційного радіозв'язку по критерію максимуму економічної ефективності.

5. Розробка методики розрахунку завадостійкісті реальних демодуляторів ШСС з БЧМ.

6. Розробка пакету програм імітаційного моделювання функціональних вузлів фурьє-процесора для ШСС БЧМ.

Методи досліджень. При рішенні задач, які поставлено в роботі, були використані засоби теорії імовірностей, теорії завадостійкісти, теорії систем масового обслуговування теорії телетрафіку, математичного моделювання.

Наукова новинка роботи полягає в тому, що:

1. Отримане аналітичне вираження для визначення енергетичної прихованості ШССЗ, оцінюється імовірністю виявлення випромінювання, який відрізняється тим, що враховує базу сигналу і допустиме значення імовірності неправдивої тривоги.

2. Вперше отримані аналітичні вирази для розрахунку завадостійкісти:

- некогерентного демодулятора широкосмугових сигналів з багатопозиційною частотной маніпуляцією, що враховують частотно-часові невизначеності (розбіжкості по частоті і рассинхронізації по часу) і неідеальність реалізації функціональних вузлів;

- широкосмугового каналу синхронізації акустоелектронного (АЕ) Фурьє-процесора (ФП) для обробки ШСС з БЧМ;

- демодулятора широкосмугових сигналів ІКМ-БЧМ, що враховують порушення ортогональності ШСС з БЧМ.

3. Вперше отримані аналітичні вирази для розрахунку ефективності застосування багатопозиційнного кодування у порівнянні з бінарними в системах послідовних і паралельних ШСС з БЧМ, що враховують порушення ортогональності системи сигналів.

4. Запропоновано формули, що дозволяють оцінювати вплив похибок ЛЧМ перетворень на якість фурьє-процесора для ШСС з БЧМ.

5. Розроблено аналітичну модель оцінки ефективності використання смуги частот і потужності багатопозиційнних ШССЗ, яка відрізняється тим, що враховує ступінь порушення ортогональності широкосмугових сигналів.

6. Розроблено методики і вирішено задачі оптимізації структури системи ШСС з БЧМ по критерію максимуму кодового алфавіту; демодулятора ШСС з ІКМ-БЧМ по критерію максимуму завадостійкісті; ШССЗ авіаційного радіозв'язку по критерію максимуму економічної ефективності.

Практична цінність дисертаційної роботи полягає в наступному:

1. Розроблено пакет прикладних програм, що дозволяють моделювати:

вплив гаусових шумів і імпульсных завад на демодулятор ШСС з БЧМ і ФМ; канал синхронізації АЕФП, в якому використаний сигнал Баркера; інформаційний канал ШССЗ з БЧМ; вплив на завадостійкість ШССЗ з БЧМ частотно-часових невизначеностей і неідеальність ЛЧМ - перетворення; розраховувати і будувати функцію невизначенності з урахуванням частотно-часових розбіжностей.

2. Розроблено методику розрахунку допустимих значень рівнів перехідних завад, які зумовлених порушенням ортогональності ШСС, в залежності від заданих значень відношення сигнал/завада і імовірністі збою сигналу.

3. Результати досліджень впроваджено в навчальний процес на факультеті АРЕО КМУЦА, а також в державному підприємстві ОПР 'Украерорух'.

Особистий вклад співшукача. В наукових працях по темі дисертації що публікувалися спільно з співавторами, особисто співшукачем отримано аналітичні моделі і формули, на підставі яких зроблено розрахунки, проведено аналіз результатів окрема в роботі [5] пошукачеві належить аналітичний вираз для розрахунку і аналіз завадостійкості ШССЗ з БЧМ; в роботі [6] пошукачевы належить модель оптимізації інформаційного навантаження на ШССЗ; в роботі [7] пошукачеві належить аналіз основних напрямів розвитку АЕЗ;

Апробація роботи. Результати роботи обговорювалися на наступних науково-технічних конференціях: XVI звітній НТК КМУЦА (Київ, КМУЦА, 1995г.); Всеросійській НК студентів і аспірантів 'Нові інформаційні технології' (Таганрог,. ТДРУ, 1995г.); XLIV студентській НТК КМУЦА (Київ, КМУЦА, 1996г.); міжнародній НТК' Проблеми вдосконалення систем аеронавігаційного обслуговування і управління рухомими об'єктами.”Аеронавігація-96” (Київ, КМУЦА, 1996г.); міжнародній НТК Підвищення ефективності систем захисту інформації “Аеронавігація'-97” (Київ, КМУЦА, 1997г.); міжнародний НТК”Аеронавігація і авіоника-98” (Київ, КМУЦА, 1998г.).

Публікації. Основні матеріали по темі дисертації опубліковані в 7 наукових роботах: в трьох статтях, в тому числі двох без співавторів, і чотирьох тезах доповідей на МНТК.

Структура і обсяг роботи. Дисертаційна робота складається з вступу, чотирьох розділів, висновків, списку джерел, що використано і двох додатків. Загальний обсяг дисертації складає 150 сторінок, в тому числі 100 сторінок тексту, 60 малюнків, 25 таблиць, 95 найменувань джерел, яке використалися, а також 25 сторінок додатків.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

В вступі обґрунтована актуальність роботи, сформульовані мета і задачі дослідження, засоби дослідження і наукова новизна, практична цінність отриманих результатів.

В першому розділі проаналізовано властивості ШСС і отримано аналітичний вираз для визначення енергетичної скритності ШССЗ. Розглянуто особливості формування і засоби побудови систем ШСС, проведено класифікацію засобів прийому ШСС, проаналізовано особливості реалізації функціональних вузлів демодуляторів ШСС.

Показано, що умова ортогональності системи ШСС обмежує можливості використання повного коду, знижуючи число L0 зразків, сигналів з повного алфавіту, що використаються. Збільшити L0 без порушення ортогональності ШСС можна збільшенням бази сигналу В, або при В=const за рахунок порушення ортогональності до допустимого рівня взаємних завад. Оптимальними вважаються системи ШСС, що допускають не більш одного збігу елементів сигналу.

Встановлено, що прилади функціональної електроніки, в частковості, акустоелектроні, є перспективною елементною базою для реалізації демодуляторів і фурьє-процесорів ШСС з БЧМ. Ці прилади дозволяють створювати малогабаритні ощадливі демодулятори і фурьє-процесори, що забезпечують обробку ШСС з великими базами в реальному масштабі часу. Проаналізовано: показники якості і критерії оцінки ефективності широкосмугових систем авіаційного мобільного радіозв'язку; прогресивні інформаційні технології ОПР в ЦА з ШССЗ; основні напрямки досліджень і тенденції, розвитку мобільних ШССЗ. Визначені задачі дисертаційного дослідження.

Другий розділ присвячений дослідженню завадостійкості некогерентних демодуляторів широкосмугових сигналів з БЧМ.

Демодулятор оптимального некогерентного приймача ШСС з БЧМ в загальному вигляді має структуру, що містить m ідентичних паралельних субканалів за кількістю частотних позицій і канал синхронізації. Кожний субканал містить оптимальний погоджений з елементом ШСС фільтр (ПФ), ть і підсилювальні каскади, детектор огібаючої (ДО). Виходи субканалів підключені до вирішального пристрою (ВП), алгоритм роботи якого полягає в виборі субканала з найбільшим значенням сигналу на виході детектора в момент відліка. При використанні технології ЛЧМ - перетворення демодулятором є фурьє-процесор, що може бути реалізований на дисперсійних лініях затримки (ДЛЗ) з ПАХ.

Оптимальна некогерентна обробка ШСС з БЧМ забезпечує потенційну завадостійкість P_m^(і) в випадку ідеальності виконання функціональних вузлів демодулятора, відсутності частотно-часових невизначеностей і при ортогональності ШСС з БЧМ. Однак, в реальних умовах внаслідок наявності частотних розбіжностей і часової розсинхронізації, похибок в реалізації вузлів демодулятора, а також внаслідок вибору системи ШСС, що допускає збіг одного або декількох елементів, ортогональність сигналів частотних позицій виявляється порушенюї. В результаті завадостійкість прийому погіршується і значення імовірності збою збільшується у порівнянні з P_m^(і)до реального значення P_m^(р).

Відношення

(1)

характеризує погіршення завадостійкісті реального демодулятора багатопозиційних ШСС у порівнянні з P_m^(і)в залежності від числа позицій БЧМ сигналу m, відношення h^m₂ енергії сигналу до спектральної щільності завад і нормованого рівня k взаємних завад.

В системі ШСС величина k визначається максимальним значенням R_max взаємокореляційної функції (ВКФ). Рівень взаємних завад kR_max можна знизити збільшенням бази В ШСС (збільшенням числа N елементарних сигналів ШСС). Аналіз показав, що для більшості ШСС, які знайшли практичне застосування, має місце нерівності Для отримання k0.1 М-послідовності, сегментні послідовності, багатофазні сигнали повинні мати N1024. Композиційні БЧМ ШСС припускають число збігів до r=3; при цьому k0.2. Як окремо взятий чинник неортогональність системи ШСС при R_max=0,10.2 практичні не впливає на завадостійкість некогерентного демодулятора. Але спільно з іншими чинниками цей вплив може виявитися більш сильно і може бути зменшений збільшенням N.

Імовірність помилки реєстрації сигналу даних некогерентнім демодулятором ШСС при розсинхронізації дорівнює

(2)

демодулятор широкосмуговий сигнал частота

де I₀(x) - функція Бесселя нульового порядку.

Для випадків k<<1 на підставі (1) і (2) можна записати

(3)

де ²=²+²_f; i _f - відносне значення розсинхронізації по моменту відліку і розбіжності по частоті; k₀ - відносний рівень взаємної завади, яка викликана неідеальністю функціональних вузлів демодулятора.

Залежності q^(P)_m=f(h²_m), розраховані по формулі (3), показано на Рис. 1. Там же побудований графік залежності

 (4)

Крива _m=f (h_m²) дозволяє зіставляти програш в реальній завадостійкості q_m^(p) і значення P_m^(і) (з урахуванням числа позицій m), при якому цей програш має місце.

З зростанням h_m² значення q_m^(P) зростає і при k₀Ј0.2 і Ј 0.4 не перевищує 10, якщо h_m² Ј 10. Якщо h_m² Ј 20, то при тих же значеннях k₀ і значення q_m^(P)Ј40. При цьому q_m^(P) 10, якщо _m =exp (-h_m²/2)>>10^-2. При h_m²>>1420 значення q_m^(P) =2040, а _m.>>10^-5 10^-3.

Параметр k₀ впливає на q_m^(P) декілька сильніше, ніж параметр d. Це свідчить про те , що порушення ортогональності системи ШСС із-за неідеальності виконання функціональних вузлів демодулятора сильніше відбивається на знижені Pm^(і), ніж вплив частотно-часових нестабільностей _f і _t того же порядку.

В цілому можна вважати, що якщо допустимі значення q_m^(P)50, то допустимі значення k₀ 0.2, а 0.4. Це дозволяє при дослідженні впливу на завадостійкість неідеальностей функціональних вузлів демодулятора ШСС зв'язати параметри демодуляторів, що досліджуються з параметрами k₀ і , а через них вже безпосередньо з q_m^(P).

В роботі досліджено вплив наступних основних чинників, що призводять до порушення ортогональності ШСС і зниження P_m^(Р):

- кінцеве значення добротності ПФ, що інтегрують і неточність початкової настройки реального інтегратора (РІ) на частоту частотно-часового елементу ШСС;

- неідеальність розрядного ключа, комутуючого РІ в кінці кожної посилки;

- неідентичність коефіцієнтів передачі частотних субканалів зі входу РІ на вхід вирішального пристрою (ВП);

- неідеальність виділення огібаючої сигналу в детекторі огібаючої (ДО);

- неідеальність ВП, що виявляється в кінцевому порозі чуйності і кінцевій спроможності, що дозволяє.

Для кожного з відмічених чинників отримано аналітичні вирази для q^(P)_m, що дозволяють визначати P^(P)_m з урахуванням неідеальності реалізації функціональних вузлів демодулятора.

Досліджено завадостійкість демодулятора широкосмугових сигналів з ІКМ-БЧМ. Відношення сигнал/завада на виході демодулятора складає

(5)

На підставі (5) проведено порівняльний аналіз систем ІКМ-БЧМ і бінарної ІКМ. Аналіз показав, що застосування багатопозиційних ЧМ сигналів у порівнянні з бінарними дає значний виграш по потужності. Так, при h_m²=16, m=32 і k=0 значення q_ІКМ=190. При k=0, 1 значення q_ІКМ знижується до 53.

Проведено аналіз впливу похибок ЛЧМ - перетворень в акустоелектронному фурьє-процесорі (АЕФП), побудованому на дисперсійній лінії затримки (ДЛЗ) з поверхневою акустичною хвилею (ПАХ). Запропоновано методику визначення сигналу на виході погодженого фільтру при впливі на ЛЧМ-сигнал збудженьвозмущений по фазі (t), частоті (t) і швидкості зміни частоти (t), а також за наявності похибок при установці крутизні ЧМ, різноманітних викривленнях закону зміни частоти в процесі моделювання ЛЧМ сигналу.

Отримані в розділі аналітичні формули і вирази, що зв'язують параметри функціональних вузлів демодуляторів і АЕФП з якістю їхньої роботи, мають практичне значення при конструюванні некогерентних демодуляторів ШСС з БЧМ.

В третьому розділі сформульовано і вирішено задачі: порівняльного аналізу ефективності ШССЗ з послідовними і паралельними БЧМ сигналами; оцінки / ефективності ШССЗ з БЧМ з урахуванням порушення ортогональності системи сигналів; оптимізації і структури системи ШСС з БЧМ по критерію максимуму кодового алфавіту; оптимізації демодулятора ШСС з ІКМ-БЧМ по критерію максимуму завадостійкості; оптимізації широкосмугової системи авіаційного радіозв'язку по критерію максимуму економічної ефективності.

По критерію швидкості передачі інформації проведене порівняння двох варіантів використання m частотних позицій в ШССЗ з БЧМ. В першому формується послідовний сигнал з БЧМ, коли в течії тактового інтервалу _і використовується одна з m частот. В іншому - m частот розбиті на g груп по m₁ частот в кожній і на кожному тактовому інтервалі _А використовується по одній з m₁=m/g частот. При _А= _і швидкість передачі R_А більше, ніж R_M в Q_R разів:

. (6)

Імовірності збою елементу сигналу даних відносяться, як

, (7)

де

. (8)

Величина =12 і залежить від умов фазування водночас БЧМ сигналів, що генеруються. Показано, що для =1 і 3g >>1

. (9)

Аналіз показавши, що за виграш Q_R=23 з зростанням g потрібно розплачуватися зниженням завадостійкості в 210 раз.

Для виконання умови Р_А=Р_М необхідно збільшення потужності в системі з паралельними сигналами БЧМ в відповідності з (9). Доцільними є значення g=(0.250.5)m.

Проведено оцінку ефективності використання смуги частот каналу і потужності сигналу в ШССЗ з допомогою відомих коефіцієнтів

і.

Розглянуті ШССЗ з ортогональними, сімплексними, біортогональними і бісімплексними сигналами при різних значеннях k0 (рис.2) . При цьому встановлено, що: при великому значенні В різновид системи ШСС слабко впливає на величину ; збільшення k за умови Р_m^(і) =const тягне зменшення -ефективності.

В якості критерію оцінки ефективності Ф роботи ШССЗ прийнято різницю між прибутками D від інформаційного обслуговування потоку ПС і збитків U₁ від простою радіоканалів і U₂ від затримки повідомлень на час, що перевищує допустиме значення: Ф=D-U1-U2. (10)

В випадку стаціонарного потоку ПС критерій (10) для ШССЗ типу М/М/1 можна уявити в такому вигляді:

(11)

(12)

де: - інтенсивність руху ПС; d - прибуток від інформаційного обслуговування одного ПС; s - вартість однієї години роботи каналу ШССЗ; В - база ШССЗ; P(t₀>tg) - імовірність того, що час очікування t₀ перевищує допустиме значення t_g; V - штраф за затримку повідомлення; t₃ - середній годину затримки повідомлення; M_a - середня кількість сеансів зв'язку ПС за час його перебування в зоні УПР; t - середня тривалість одного сеансу зв'язку.

Для системи М/М/1 (y<В) імовірність

(13)

де імовірність очікування P (t₀>0) визначається другою формулою Ерланга:

Середній час затримки повідомлення

t3=t/(1-y/B). (14)

При розрахунках значення tg звичайно нормують по t, т. є. t_g/=K або t_g=K

За умови К=0 рівняння для визначення максимума ефективності ШССЗ:

(15)

Таким Чином, максимум ефективності ШССЗ Ф_max прямо пропорційно залежить від бази В.

На підставі формул (10)(15) для значень V=50 (ум. од. вартість/година), d₀=200 у.о./ч, s=10 у.о./ч; трьох значень В={20;50;100} і К={0;1;2} розраховано графіки залежності Ф=f(y), які наведено на рис.3 Аналіз цих графіків і отриманих результатів дозволяє зробити наступні висновки.

В системах УВС ЦА висока ефективність ШССЗ досягається за умови високої інтенсивності трафіка повідомлень, що повинен складати (0.30.5)В при K=0. Робота ШССЗ при y/В > 0,5 викликає різке зменшення ефективності Ф (((права від максимуму гілка функції Ф=f (y)).

В четвертому розділі відбиті результати експериментального моделювання функціональних вузлів фурьє-процесора і методика розрахунку завадостійкості реальних демодуляторів ШСС. Для моделювання були розроблені прикладні програми. Вони охоплюють шість основних моделей: впливу гауссових шумів і імпульсних завад на демодулятор ШСС з БЧМ і ФМ; каналу синхронізації АЕФП, в якому використаний сигнал Баркера; інформаційного каналу ШССЗ з БЧМ; впливу частотно-часових невизначеностей і неідеальності ЛЧМ-перетворення на завадостійкість ШССЗ з БЧМ; впливу частотно-часових розбіжностей на функцію невизначеності ШСС; ефективності ШССЗ, що враховує вплив перехідних завад.

Основна увага була приділена дослідженню завадостійкості каналу синхронізації з сигналом Баркера і інформаційного каналу ШСС з БЧМ.

Результати експериментального моделювання (рис. 4-6) підтверджують результати теоретичних досліджень, отриманих в розділах 2 і 3.

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ І ВИСНОВКИ

1. Головна тенденція розвитку мобільних телекомунікаційних систем в ЦА полягає в створенні мереж ATN інтегрального обслуговування повітряного руху (CNS/ATM). Побудова мережі ATN зумовлює необхідність ефективного використання радіоканалів 'Повітря-Земля' при заданих вимогах по оперативності і якості зв'язку. Однім з перспективних шляхів рішення цієї актуальної задачі що забезпечує впровадження новітніх інформаційних технологій, є застосування широкосмугових систем зв'язку (ШССЗ).

Отримані аналітичні вирази для розрахунку завадостійкості некогерентних демодуляторів ШСС з БЧМ при порушенні ортогональності системи сигналів. З допомогою цих виразів проаналізований кількісно вплив на завадостійкість наступних чинників: частотних розбіжностей, в тому числі внаслідок ефекту Допплера; розсинхронізації по часу; неідеальності погодженого фільтру, що інтегрує; неідеальності детектора огибаючої; порогу чуйності і вирішальної; неідентичності коефіцієнтів передачі субканалів частотних позицій. При цьому показано, що взаємні завади з відносним рівнем k0.1 практичні не впливають на зниження завадостійкості реальних демодуляторів ШСС з БЧМ.

3. Розроблено модель і вирішено задачу оптимізації по критерію максимуму завадостійкості демодулятора сигналів ІКМ-БЧМ.

Розроблено модель і вирішено задачу оптимізації широкосмугової системи радіозв'язку центру УПР по критерію максимуму економічної ефективності.

5. Розроблено методику розрахунку завадостійкості реального некогерентного демодулятора ШСС з БЧМ.

6. Розроблено прикладні програми, що дозволяють моделювати основні функціональні вузли демодуляторів ШСС, досліджувати завадостійкість з урахуванням частотно-часових невизначеностей і неідеальності реалізації, розраховувати і будувати функції невизначеності ШСС.

Основний зміст дисертації опублікований в роботах

1. Кавасми А.К. Анализ помехоустойчивости систем связи с многочастотными сигналами.// Проблемы авионики. - К.: КМУГА, 1997. - С.175-179.

2. Кавасми А.К. Сравнительный анализ цифровых телекоммуникационных систем с многочастотными составными сигналами.//Проблемы авионики. - К.: КМУГА, 1997.- С.190-195.

3. Кавасми А.К. Алгоритмы свободного доступа в системах обмена данными с подвижными абонентами.// Всероссийская НТК “Новые информационные технологии”: Тез.докл. - Таганрог: ТГРУ, 1995. - С.202-203.

4. Кавасмі А.К. Аналіз ефективності широкосмугових систем зв'язку мобільних абонентів. //Международная НТК “Аэронавигация и авионика”: Материалы конф. - К.: КМУГА, 1998. - С.39-40.

5. Паук С.М., Кавасмі А.К. Оптимізація навантаження широкосмугової системи зв'язку.//Международная НТК. Аэронавигация и авионика”: Материалы конф. - К.: КМУГА, 1998. - С.40.

6. Беляевский Л.С., Паук С.М., Кавасми А.К. Перспективы применения широкополосных сигналов в авиационной мобильной радиосвязи.//Международная НТК “Аэронавигация-96”: Тез.докл. - К.: КМУГА, 1996. - С.49.

7. Паук С.М., Кавасмі А.К. Вплив частотно-часових невизначеностей на ефективність широкосмугових систем зв'язку.// Вестник КМУГА 1.-КМУГА,1999ю-с139-142.

Дисертація на співпошук ученого ступеня кандидата технічних наук по спеціальності 05.22. 13 - Навігація і керування повітряним рухом. - Київський міжнародний університет цивільної авіації, Київ, 1999.

Дисертація присвячена підвищенню якості демодуляторів широкосмугових сигналів (ШСС) і підвищенню ефективності мобільних широкосмугових телекомунікаційних систем в цивільній авіації.

В роботі вирішені наступні задачі:

- проведені аналіз завадостійкості: некогерентного демодулятора сигналів з багатопозиційною частотною маніпуляцією (БЧМ) при порушенні ортогональності системи сигналів з урахуванням впливу частотно-тимчасових невизначеностей і неідеальності реалізації функціональних вузлів демодуляторів; каналу синхронізації акустоелектронного фурьє-процесора для ШСС з БЧМ; демодулятора сигналів з ІКМ-БЧМ;

- розроблено модель і проаналізовано ефективність некогерентних широкосмугових систем з БЧМ у порівнянні з бінарними, а також ефективність використання смуги частот і потужності системами з різноманітними типами ШСС;

- виконана оптимізація: структури системи ШСС з БЧМ по критерію максимуму кодового алфавіту; демодулятора ШСС з ІКМ-БЧМ по критерію максимуму завадостійкості; широкосмугової системи авіаційного радіозв'язку по критерію максимуму економічної ефективності;

- розроблені: методика розрахунку завадостійкості реальних демодуляторів ШСС з БЧМ; пакет прикладних програм для імітаційного моделювання функціональних вузлів фурьє-процесора.

Досліджені структура і засоби побудови систем широкосмугових сигналів. Встановлено, що з метою збільшення обсягу повного коду системи ШСС допускається збіг не більш, ніж одного елементу ШСС. При Цьому для систем ШСС, які знайшли практичне застосування, відносний рівень взаємних завад k звичайно лежить в межах, де N - число елементів в ШСС.

Запропоновано вираз для визначення енергетичної скритності широкосмугової системи зв'язку, що в залежності від бази сигналів В, параметрів приймального влаштування і відношення сигнал/завада дозволяє визначити імовірність виявлення випромінювання.

Проведено аналіз особливостей реалізації функціональних вузлів демодуляторів ШСС на сучасній елементної базі. Показана перспективність застосування для фурьє-процесорів засобів ЛЧМ - перетворень і акустоелектроних приладів функціональної електроніки.

Отримані аналітичні вирази для розрахунку завадостійкості некогерентних ШССЗ з БЧМ, що дозволяють врахувати порушення ортогональності системи ШСС і проаналізувати вплив на завадостійкість частотних розбіжностей, розсинхронізацій по часу, неідеальності реалізації функціональних вузлів демодулятора, а також похибок перетворень в акустоелектроному фурьє-процесорі. Показано, що взаємні завади з відносним рівнем k<0, 2 практично не впливають на зниження завадостійкості ШССЗ.

Практична цінність дисертаційної роботи полягає в тому, що:

- розроблено пакет прикладних програм, який дозволяє моделювати вплив завад і частотно-часових невизначеностей на канал синхронізації і на інформаційний канал;

- розроблена методику розрахунку допустимих значень рівня взаємних завад в залежності від відношення сигнал/завада і імовірності збою елементу сигналів даних;

- результати роботи впроваджені в навчальний процес і в держпідприємстві по обслуговуванню повітряного руху.

Основні результати дисертаційних досліджень опубліковані в 7 наукових роботах.

Ключові слова: широкосмугова система, мобільний радіозв'язок, демодулятор, завадостійкість, фурьє-процесор, багатопозиційна ЧМ.

Кавасмі А.К. Підвищення ефективності мобільних телекомунікаційних систем цивільної авіації на основі покращення якості демодуляторів широкосмугових сигналів. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.22. 13 - Навігація і керування повітряним рухом. - Київський міжнародний університет цивільної авіації, Київ, 1999р.

Результати роботи запроваджено в учбовому процесі, а також в організації по обслуговуванню повітряного руху.

Ключові слова: широкосмугова система, мобільний радіозв'язок, демодулятор, завадостійкість, фурьє-процесор, багатопозиційна ЧМ.

Кавасми А.К. Повышение эффективности мобильных телекоммуникационных систем гражданской авиации на основе улучшения качества демодуляторов широкополосных сигналов. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандитата технических наук по специальности 05.22.13 - Навигация и управление воздушным движением. - Киевский международный университет гражданской авиации, Киев, 1999.

Диссертацию посвящено повышению качества демодуляторов широкополосных сигналов (ШПС) и повышению эффективности мобильных широкополосных телекоммуникационных систем гражданской авиации.

Проведен анализ помехоустойчивости: некогерентных демодуляторов сигналов с многопозиционной частотной манипуляцией (МЧМ) при нарушении ортогональности и с учетом частотно-временных неопределенностей и неидеальности реализации функциональных узлов; канала синхронизации акустоэлектронного фурье-процессора; демодулятора сигналов с ИКМ-МЧМ.

Разработаны модели и решено задачи оптимизации структуры системы ШПС, демодулятора ШПС из ИКМ-МЧМ, широкополосной системы авиационной радиосвязи.

Разработано пакеты программ для имитационного моделирования некогерентных демодуляторов ШПС и методику расчета допустимых значений уровня взаимных помех.

Результаты работы внедрены в учебный процесс, а также в организации по обслуживанию воздушного движения.

Ключевые слова: широкополосная система, мобильная радиосвязь, демодулятор, помехоустойчивость, фурье-процессор, многопозиционая ЧМ.

Qawasmi A.K. Enhancing the effectiveness of mobile telecommunication systems in civil aviation on the base of increasing sort of the demodulators wideband signals. - Manuscript.

Thesis for doctorate degree in engineering science speciality 05.22. 13 - Navigation and air traffic control. - Kyiv International University of Civil Aviation, Kyiv, 1999.

Dissertation is devoted to increasing sort of the demodulators wideband signals (WBS) and enhancing the effectiveness of mobile telecommunication systems in civil aviation. An analysis of noise tast is conducted for: noncoherent demodulator of signals with many position frequency modulation (MFM), when ortogonalization is breaked; sincronization canal acystoelectronic furies-processor; demodulator of signals with PCM-MFM. Methods have been developed and optimization problems have been solved for: structures of system WBS, demodulator of WBS with IPM-MFM, wideband systems of aviation radio link. The packet of programs for initiation modeling noncoherent demodulator of WBS have been developed.

The research work results have been introduced into the study process and application was found in organization of air traffic control.

Key words: wideband system; mobile radio link; demodulator; noisetast; furies-processor; many position FM.

Размещено на Allbest.ru

...