Введение к работе
Актуальность темы. Современный мир невозможно представить без электронных средств массовой информации, телекоммуникационных сетей, сетей спутниковой и сотовой связи. Особая роль здесь отводится таким информационно-измерительным системам, как системы и сети подвижной связи.
Учет влияния факторов и параметров окружающей среды на условия и характер распространения радиоволн необходим при построении таких систем.
Урбанизация общества привела к тому, что большинство населения проживает в крупных городах. Развитие сетей мобильной связи, к которым относятся сети мобильной радиотелефонной связи, оперативно-диспетчерской связи и сети теле-, радиовещания идет преимущественно в условиях городской и промышленной застройки. Несмотря на кажущуюся изученность, наиболее актуальным на современном этапе, является разработка методов моделирования структуры волнового поля со «случайной» многолучевостью сухопутных систем мобильной связи в зонах с крупными массивами жилых и производственных строений.
Учитывая изложенные обстоятельства, большую актуальность приобретает научно-техническая задача разработки методов моделирования и измерения параметров информационно-измерительных систем подвижной связи.
Объект исследования – информационно-измерительные системы в виде сетей подвижной (мобильной) связи, в основе которых лежит обмен информацией при помощи радиоволн.
Предмет исследования – взаимосвязанная совокупность методов, моделей и алгоритмов исследования систем и сетей подвижной (мобильной) радиосвязи, способствующая, путем увеличения точности их проектирования, снижению стоимости реализации указанных систем.
Цель и задачи исследования. Целью работы является сокращение времени на проектирование и повышение эффективность работы информационно-измерительных систем и сетей подвижной (мобильной) радиосвязи путем разработки методик моделирования и измерения параметров таких систем.
Для достижения поставленной цели в диссертации поставлены и решены следующие задачи:
- Разработка методики моделирования информационно-измерительных систем мобильной радиосвязи с целью расчета энергетических характеристик электромагнитного поля радиоволны распространяющейся в условиях городской застройки;
- Разработка модели здания – элемента городской застройки в виде параллелепипеда из однородного материала с эквивалентными электродинамическими параметрами;
- Разработка методики вычисления энергетических параметров поля радиоволны информационно-измерительных систем мобильной радиосвязи, алгоритма и программы расчета с использованием ЭВМ на основе предложенной модели;
- Разработка методики измерений параметров зондирующего сигнала, распространяющегося в неоднородной среде, создание установки и проведение измерений.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Методика моделирования информационно-измерительных систем мобильной радиосвязи с целью расчета параметров электромагнитного поля радиоволны, распространяющейся в условиях городской застройки.
-
Методика моделирования и расчета модели здания – элемента городской застройки в виде параллелепипеда из однородного материала с эквивалентными электродинамическими параметрами.
-
Методика вычисления энергетических параметров поля радиоволны информационно-измерительных систем мобильной радиосвязи и алгоритм её реализации на основе созданной электродинамической модели.
-
Методика проведения измерений энергетических характеристик зондирующего сигнала распространяющегося в неоднородной среде.
-
Результаты теоретических и экспериментальных исследований параметров электромагнитного поля в условиях городской застройки.
Методы исследований. В работе применялись методы математической физики, интегрального и дифференциального исчисления, методы теории функции комплексной переменной, методы геометрической оптики.
Научная новизна состоит в разработке новых методик моделирования и расчета информационно-измерительных систем и сетей подвижной (мобильной) радиосвязи, включающих в себя:
- электродинамическую модель распространения радиоволн в различных структурах и при различных условиях их распространения;
- модель здания, позволяющую обобщить различные элементы городской застройки, и методика моделирования здания с целью получения эквивалентных электродинамических параметров;
- математическую модель исследования информационно-измерительных систем мобильной связи в условиях города, позволяющую произвести расчет энергетических характеристик радиоволны.
Практическая ценность работы определяется следующими факторами:
Созданные методики расчета и производства измерений позволяют разработчикам информационно-измерительных систем и сетей подвижной радиосвязи без проведения трудоемких экспериментальных измерений рассчитать требования к базовым станциям для получения заданного качества передачи информации при различных условиях распространения в городской застройке.
Внедрение результатов работы. Разработанные в диссертации методы моделирования и расчета были использованы при разработке рабочего проекта сегмента Единой информационно-телекоммуникационной сети МВД России на территории Тульской области с использованием аппаратуры широкополосного радиодоступа. С использованием моделирующей программы обеспечены мероприятия по электромагнитной совместимости радиосредств подразделений органов внутренних дел Тульской области.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на: III Всероссийской научно-практической конференции «Системы управления электротехническими объектами» посвященной 75-летию ТулГУ, 19-20 мая 2004 г.; XV научно-технической конференции ТАИИ, г. Тула в феврале 2004 г.; международной молодежной научной конференции «XXXI Гагаринские Чтения» в г. Москве в апреле 2005 г.; XXIII научной сессии посвященной 110-летию изобретению радио в г. Туле в мае 2005 г.; II региональной научно-технической Интернет-конференции. Тула, 24-25 мая 2004 г.; III Всеросийской научно-технической Интернет-конференции. Тула, 25-26 сентября 2005 г.
Публикации. Основное содержание работы отражено в 14 публикациях, включающих 7 статей, 7 тезисов докладов на Всероссийских и международных НТК.
Структура и объем работы. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, изложенных на 112 страницах основного текста и содержащих 45 рисунков, 4 таблицы, списка литературы из 98 наименований и приложения.
