Введение к работе
Актуальность проблемы. Цифровые радиорелейные линии (ЦРРЛ) являются важной составной частью современных сетей связи. При этом они имеют ряд достоинств в сравнении с кабельными, в том числе, волоконно-оптическими линиями связи. Основными из этих достоинств являются: высокая надежность линейного тракта, экономическая эффективность, особенно в тех условиях, когда не требуется очень большая пропускная способность линии (до 155 Мб/с), слабая зависимость от топографических и климатических условий, возможность использования антенных опор ЦРРЛ для организации подвижной связи и телевизионного вещания вдоль линии и др.. Что касается качественных показателей ЦРРЛ, то в соответствии с новыми рекомендациями Международного союза электросвязи они должны быть такими же, как на любых кабельных линиях.
Показатели качества передачи информации на ЦРРЛ, а также затраты на строительство новых и реконструкцию существующих линий в значительной степени определяются качеством их расчета на этапе проектирования. В условиях нормирования качественных показателей целью оптимизации проектных решений является минимизация ожидаемых затрат на строительство (реконструкцию) и техническую эксплуатацию проектируемых ЦРРЛ при непременном выполнении существующих требований к показателям качества. При этом наибольшие трудности при оптимизации проектных решений в процессе проектирования ЦРРЛ связаны с необходимостью учета влияния внутрисистемных мешающих сигналов различного происхождения.
Учитывая, что наибольшая эффективность использования частотного ресурса на радиорелейных сетях достигается в случае двухчастотных планов распределения частот радиоканалов, наиболее важными являются задачи оптимизации построения цифровых РРЛ с двухчастотными планами. В наибольшей степени это относится к традиционным наиболее перегруженным диапазонам частот (примерно до 15 ГГц). Для многоинтервальных ЦРРЛ с линейными трассами, работающих по двухчастотным планам, основным видом внутрисистемных мешающих сигналов являются мешающие сигналы обратного направления (МСОН). Влияние МСОН, как и большинства других мешающих сигналов, приводит к деградации порогового уровня принимаемых сигналов (порога приемника) и соответствующей деградации запасов на замирания на интервалах ЦРРЛ.
При решении задач оптимального построения многоинтервальных ЦРРЛ с учетом влияния МСОН такие характеристики, как мощности передатчиков, высоты подвеса антенн и характеристики направленности антенн, относящиеся к разным интервалам, оказываются взаимно зависимыми. Это обуславливает необходимость совместного анализа характеристик всех интервалов, входящих в состав рассматриваемой многоинтервальной ЦРРЛ.
До последнего времени в литературе не рассматривались задачи оптимизации многоинтервальных ЦРРЛ с .щтууп~нгпіііипі тчшми Н^туцу в прак-
тике проектирования ЦРРЛ указанные задачи решались эвристически на основе опыта проектировщиков. И лишь в последнее время были получены решения некоторых частных задач оптимизации построения многоинтервальных ЦРРЛ с учетом влияния МСОН : задач оптимизации выбора уровней мощности передатчиков и антенн, а также задачи совместной оптимизации указанных характеристик. Следует отметить, что все эти задачи решены в предположении наличия ограничений на качественные показатели отдельных интервалов.
В то же время еще не решены такие важные задачи оптимизации построения многоинтервальных ЦРРЛ с учетом МСОН, как задача оптимизации выбора высот подвеса антенн и задача совместной оптимизации высот подвеса и характеристик направленности антенн. От эффективности решения этих задач зависят не только показатели качества ЦРРЛ, но и необходимые высоты антенных опор и соответствующие затраты на их сооружение, а также суммарная стоимость антенн на линии. Не решены также задачи оптимизации выбора энергетических характеристик радиорелейного оборудования при наличии ограничений на качественные показатели много интервальных участков ЦРРЛ или всей линии.
В практике проектирования строящихся и особенно реконструируемых многоинтервальных ЦРРЛ часто встречаются ситуации, когда имеют место дополнительные неформальные или трудно формализуемые условия. Причинами подобных ограничений могут быть, например, электромагнитная обстановка в регионе или конструктивные особенности используемых антенных опор. В этих условиях наряду с оптимальным решением рассматриваемой задачи желательно иметь еще несколько ранжированных лучших ее решений, чтобы у проектировщика была возможность реального выбора. Задачи оптимизации построения ЦРРЛ в условиях влияния МСОН и наличия дополнительных неформальных (или трудно формализуемых) ограничений также пока не имеют решения.
Предмет исследования. Предметом исследования является оптимизация выбора высот подвеса и характеристик направленности антенн на много интервальных цифровых РРЛ с учетом влияния внутрисистемных помех от сигналов обратного направления.
Цель и задачи исследований. Целью диссертационной работы является разработка эффективных методов оптимизации выбора высот подвеса и характеристик направленности антенн на много интервальных цифровых РРЛ на основе системного подхода с учетом влияния МСОН и возможного наличия дополнительных неформальных ограничений.
Поставленная цель предусматривает решение следующих основных задач:
оптимизация высот подвеса антенн на много интервальных ЦРРЛ с учетом влияния МСОН;
совместная оптимизация высот подвеса и характеристик направленности антенн на многоинтервальных ЦРРЛ с двухчастотными планами;
оптимизация характеристик направленности антенн при наличии ограничений на качественные показатели всей линии или многоинтервальных участков;
нахождение нескольких ранжированных лучших решений при оптимизации характеристик направленности антенн;
применение полученных теоретических результатов для оптимизации построения реальных многоинтервальных цифровых РРЛ, входящих в сеть связи Республики Казахстан.
Методы исследований. При проведении исследований использовались методы теории вероятностей и математической статистики, а также методы дискретной оптимизации, основанные на принципах системного подхода и идеологии динамического программирования.
Прикладное программное обеспечение, необходимое для моделирования многоинтервальных участков ЦРРЛ и проведения вычислительных экспериментов, разработано на языке программирования Visual Basic.
Научная новизна работы в целом состоит в решении задач оптимизации высот подвеса и характеристик направленности антенн на многоинтервальных цифровых РРЛ с учетом влияния МСОН и возможного наличия дополнительных неформальных ограничений. При этом были получены следующие новые научные результаты.
-
Решена задача оптимизации высот подвеса антенн на многоинтервальных ЦРРЛ с двухчастотными планами.
-
Решена задача совместной оптимизации высот подвеса и характеристик направленности антенн на многоинтервальных ЦРРЛ с двухчастотными планами.
-
Решены задачи оптимизации характеристик направленности антенн на многоинтервальных ЦРРЛ разных диапазонов частот с учетом влияния МСОН и наличия несепарабельных ограничений на суммарные качественные показатели, относящиеся ко всей рассматриваемой линии.
-
Решена задача нахождения нескольких ранжированных лучших решений при оптимизации характеристик направленности антенн на многоинтервальных ЦРРЛ с учетом МСОН.
Практическая ценность. Фактически все полученные в диссертационной работе результаты имеют явно выраженную практическую направленность.
При этом разработанные алгоритмы оптимизации высот подвеса антенн, характеристик направленности антенн и совместной оптимизации высот подвеса и характеристик направленности антенн, а также разработанные на их основе прикладные программы могут быть использованы как в существующих, так и в разрабатываемых системах автоматизированного проектирования ЦРРЛ.
Полученные в диссертации результаты оптимизации построения реальных многоинтервальных участков цифровых РРЛ, входящих в сеть связи Республики Казахстан, могут быть непосредственно использованы при их проектировании.
Реализация и внедрение результатов исследований. Результаты работы используются в Региональном предприятии № 1 Радиотехнического объединения Казактелеком, в ОАО Типросвязь СПб" (С-Петербург) и в ЗАО "Радиан" (С-Петербург) при выполнении расчетов цифровых РРЛ различного назначения, а также в учебном процессе в СПбТУТ им. проф. М.А Бонч-Бруевича, что подтверждается соответствующими актами внедрения.
Апробация результатов работы. Результаты диссертации обсуждались и были одобрены: на Восьмой Международной конференции по информационным сетям, системам и технологиям. МКИССиТ, С-Петербург, 16-19 сентября 2002 г., на Международной конференции "Телекоммуникационные и информационные технологии. Состояние и проблемы развития", Бишкек, 2001 г., на научно-технических конференциях профессорско - преподавательского состава, научных работников и аспирантов СПбТУТ им. проф. М.А. Бонч-Бруевича в 2003 и 2004 гг., а также на 56-й научно-технической конференции студентов и аспирантов СПбТУТ в 2002 г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ, в том числе 4 статьи в научных журналах, 2 доклада на Международных конференциях, остальные 4 - тезисы докладов на научно-технических конференциях.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, заключения, списка использованных литературных источников и приложения. Работа содержит 136 страницы текста, 13 рисунков, 5 таблиц и список литературы из 81 наименования.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Математическое обеспечение для решения частично сепарабельной задачи оптимизации высот подвеса антенн на многоинтервальных ЦРРЛ с двухчас-тотными планами.
-
Математическое обеспечение для решения частично сепарабельной задачи совместной оптимизации высот подвеса и характеристик направленности антенн на многоинтервальных ЦРРЛ с двухчастотными планами.
-
Математическое обеспечение для решения задачи оптимизации характеристик направленности антенн на многоинтервальных ЦРРЛ с двухчастотными планами при наличии несепарабельных ограничений на суммарные качественные показатели, относящиеся ко всей рассматриваемой линии.
-
Математическое обеспечение для нахождения заданного числа ранжированных лучших решений задачи оптимизации характеристик направленности антенн.
-
Результаты оптимизации построения реальных многоинтервальных участков цифровых РРЛ, входящих в сеть связи Республики Казахстан.
