УДК 621.396.43
Дослідження системи цифрового радіорелейного зв’язку підвищеної ємності на основі застосування просторово-часової обробки сигналів з урахуванням сферичності фронту електромагнітної хвилі
Волошин В.О., Якорнов Є.А., Авдєєнко Г.Л.
Інститут телекомунікаційних систем НТУУ «КПІ ім. Ігоря Сікорського», Україна
E-maіl: voloshinvasily@gmail.com
Investigation of the system of digital radio-relay communication of the raised capacity on the basis of the application of spatial-temporal processing of signals taking into account the sphericality of the front of the electromagnetic wave
The investigation proposes to conduct a detailed study of the methods of spatial and temporal processing of signals taking into account the sphericality of the electromagnetic wave front to increase the capacity (throughput) of the digital radio relay communication system, on the basis of which new, more effective methods will be offered for improvement of existing or creation new systems of digital radio relay communication for providing modern high-speed telecommunication services.
У роботі пропонується провести детальне дослідження способів (методів) застосування просторово-часової обробки сигналів з урахуванням сферичності фронту електромагнітної хвилі для підвищення ємності (пропускної здатності) системи цифрового радіорелейного зв’язку, на основі яких будуть запропоновані нові більш ефективні методи для покращення існуючих чи створення нових систем цифрового радіорелейного зв’язку для надання сучасних високошвидкісних телекомунікаційних послуг.
Об’єктом дослідження є лінії радіорелейного зв’язку прямої видимості.
Предметом дослідження є просторово-часова обробка сигналів з урахуванням сферичності (кривизни) фронту електромагнітної хвилі для лінії радіорелейного зв’язку
Проблема, що вирішується – підвищення канальної ємності (пропускної здатності) ствола системи цифрового радіорелейного зв’язку для модернізації існуючих радіорелейних систем чи створення нових.
Мета - підвищення ємності (пропускної здатності) системи цифрового радіорелейного зв’язку на основі застосування просторово-часової обробки сигналів з урахуванням сферичності фронту електромагнітної хвилі
Практичні задачі, на вирішення яких спрямовано проект:
- Аналіз літературних джерел з тематики просторово-часової обробки сигналів в радіотехнічних системах;
- Розробка структурної схеми однопролітної РРЛЗ в якій використовується просторово-часова обробка сигналів. Опис принципу її дії;
- Розробка імітаційної моделі одноінтервальної РРЛ в якій використовується просторово-часова обробка сигналів за допомогою САПР MATLAB чи Visual System Simulator ;
- Розробка макету одно пролітної РРЛЗ в якій використовується просторово-часова обробка сигналів;
- Проведення експериментальних досліджень по передачі радіосигналів через створений макет. Аналіз отриманих результатів та їх порівняння з результатами імітаційного моделювання;
- Розробка рекомендацій щодо застосування запропонованої системи передачі в телекомунікаційної індустрії України та в навчальному процесі ІТС НТУУ «КПІ ім. Ігоря Сікорського»;
Значимість проекту для розв’язання економічних і соціальних проблем:
- Підвищення ємності систем радіорелейного зв`язку державних, військових та комерційних структур;
- Для покращення рівня навчання студентів ІТС НТУУ «КПІ ім. Ігоря Сікорського» які готуються для галузі телекомунікацій:
* Покращення знань в питаннях поширення радіохвиль в процесах формування та обробки цифрових сигналів;
* Переконання на практиці в можливості передачі електромагнітних хвиль;
* Дослідження спотворень сигналу в лінії;
Методи, підходи, ідеї та робочі гіпотези які пропонуються:
Існує велика кількість підходів, які можна використовувати для просторово-часової обробки сигналів. Метод розглянутий в даній роботі пропонує на основі застосування просторово-часової обробки сигналів з урахуванням сферичності фронту електромагнітної хвилі підвищити ємність (пропускну здатність) такої системи, тобто дозволить повторно використати частотний ресурс ствола радіорелейної системи зв’язку. За даним підходом пропонується враховуючи сферичність фронту електромагнітної хвилі відокремлювати сигнали. Такий метод допоможе збільшити ємність такої системи розділяючи сигнали за рахунок відмінностей в фронті хвилі.
1. Нові методики і методичні рекомендації які дозволять:
- оцінювати на етапі проектування реальні технічні характеристики (ТХ)
системи цифрового радіорелейного зв’язку, що створюються, з урахуванням можливих флуктуацій параметрів й умов їх функціонування на етапі проектування;
- визначати і пред’являти науково обґрунтовані вимоги до трактів і елементів системи цифрового радіорелейного зв’язку, яка виконує ПЧОС з урахуванням сферичності фронту електромагнітної хвилі, що дозволить правильно пред’являти вимоги до параметрів елементів і блоків, що виготовляються, та забезпечити економічну доцільність коштів, які вкладаються;
- розраховувати внутрісистемні завади в бездротових мережах;
2. Нові алгоритми ПЧОС для збільшення ємності систем;
3. Покращення існуючих технологій за рахунок:
- створення системи яка використовуватиме ПЧОС з урахуванням сферичності фронту електромагнітної хвилі, яка може бути застосована відносно вже існуючих систем.
4. Рекомендації для створення нових систем широкосмугового доступу. Наприклад підвищення ефективності використання радіоспектру за рахунок:
- нових методів ПЧОС в радіорелейних системах;
Очікувані результати:
математичні моделі електромагнітних полів корисного сигналу й перешкод на вході абонентських приймачів при ПЧОС з урахуванням сферичності фронту ЕМХ в передавальному тракті радіорелейної станції
ефективні алгоритми ПЧОС з урахуванням сферичності фронту ЕМХ в передавальному тракті радіорелейної станції, що забезпечують просторово-часовий доступ до ресурсів системи в реальних умовах функціонування;
методи аналізу ефективності використання ПЧОС з урахуванням сферичності фронту ЕМХ в передавальному тракті РРЛЗ;
методики експериментальних досліджень, що підтверджують вирогідність розроблених теоретичних моделей та методів;
математичні моделі та результати моделювання розподілу потужності сигналу в просторі і часі в радіореленій системі передачі, що забезпечується ПЧОС з урахуванням сферичності фронту ЕМХ;
методи аналізу ефективності структур та алгоритмів РРС з ПЧОС з урахуванням сферичності ЕМХ в різних умовах функціонування.
Очікуване використання отриманих результатів:
при розробці та впроваджені нової лабораторної роботи в Інституті телекомунікаційних систем;
при розробці та впроваджені нових лекцій тощо в навчальному процесі роботи в Інституті телекомунікаційних систем, в курсі дисципліни «Технології радіо та телевізійного мовлення»
а) навчання нових принципів та раціональних технічних шляхів побудови просторово-часових трактів обробки інформації в РРС;
б) оцінка реальної і потенційної ефективності ПЧОС з урахуванням сферичності фронту ЕМХ з урахуванням реальних умов функціонування;
в) навчання нових принципів та раціональних технічних шляхів застосування РРС з ПЧОС з урахуванням сферичності фронту ЕМХ;
при створені конкурентоспроможних методик для:
а) оцінки реальної потенційної ефективності ПЧОС з урахуванням сферичності фронту ЕМХ в трактах РРС з ААР для забезпечення потрібних якісних показників (швидкість передачі, кількість каналів тощо) каналів передачі даних;
б) удосконалення існуючих алгоритмів ПЧОС в РРС з ААР з урахуванням реальних умов функціонування абонентських приймачів в умовах багатопроменевого поширення радіохвиль й наявності перешкод;
при перспективних впровадження на підприємствах:
а) розробки нових принципів та раціональних технічних шляхів побудови РРС з ААР, що забезпечують ПЧОС з урахуванням сферичності фронту ЕМХ;
б) науково-обгрунтовані технічні вимоги до зразків РРС з ААР, що створюються з урахуванням реальних характеристик електромагнітних полів сигналів й перешкод, а також стану радіоканалу;
в) пред`явлення науково-обгрунтованих вимог до параметрів елементів в РРС з ААР, що дозволяє забезпечити задані технічні вимоги;
д) підвищити ємність РРС.
Література
Авдеенко Г.Л., Якорнов Е.А. Задачи практической реализации радиорелейной линии связи на основе использования различий в формах фазовых фронтов их электромагнитных волн , міжнародна конференція «ПТ-2017», 2017 р., ст. 235-238