Введение к работе
Актуальность работы. В последние десятилетия в мире наблюдается бурное развитие систем связи с подвижными объектами. Необходимость простоты и оперативности соединения абонентов друг с другом, а также обеспечения надежной связи в сложных условиях функционирования (ограниченность частотных и энергетических ресурсов, высокая интенсивность помех и т. д.) накладывает жесткие требования к таким системам. Наибольшее распространение в настоящее время получили радиотелефонные системы связи, для которых большое значение имеют проблемы оптимизации использования ресурсов с целью повышения качества обслуживания абонентов.
Современные телекоммуникационные системы радиосвязи относятся к определенному классу дискретных систем, у которых фазовые координаты принимают счетное множество значений (так называемые цифровые информационные радиосистемы - ЦИРС). Имеющиеся на сегодняшний день алгоритмы оптимального оценивания параметров и управления непрерывными и дискретными системами не всегда могут быть непосредственным образом применимы к цифровым системам, характеризующимся иным характером наложения ошибок на передаваемый сигнал. Кроме того, известные модели не учитывают конфликтов, имеющих место в реальных телекоммуникационных системах радиосвязи. Они могут возникать между участниками связи и источниками помех, ограниченностью частотных ресурсов и необходимостью обеспечения устойчивой связи.
Опыт эксплуатации действующих на территории России радиотелефонных систем связи, например "Волемот", показал недостаточную проработку алгоритмов приема цифровых сигналов и выбора абонентской радиостанцией зоны обслуживания, что стало необходимостью проведения научных исследований и разработки новых моделей и алгоритмов, повышающих качество связи. Подобные радиотелефонные системы являются двухсторонними, в которых для передачи команд управления параметрами необходимо наличие обратного канала связи.
Таким образом, актуальной является задача разработки и исследования математических моделей и алгоритмов с целью повышения качества обслуживания абонентов в радиотелефонной системе.
Целью работы является создание математических моделей радиотелефонных систем связи и разработка на их основе алгоритмов приема цифровых сигналов и управления параметрами системы с целью повышения качества связи.
Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие задачи:
-
Разработка математических моделей ЦИРС.
-
Исследование и разработка алгоритма оптимального оценивания цифровых сигналов.
-
Разработка реализуемых алгоритмов приема цифровых сигналов и управления состоянием прямого канала связи в радиотелефонной системе.
-
Построение имитационной модели алгоритмов управления.
-
Исследование эффективности действующих и предложенных алгоритмов приема цифровых сигналов и управления состоянием прямого канала связи методом имитационного моделирования.
-
Разработка программно-аппаратных средств, реализующих предложенные алгоритмы в абонентских радиостанциях системы связи " Волемот".
-
Проведение натурных испытаний и экспериментальных исследований эффективности предложенных алгоритмов.
Предметом исследования является цифровая информационная радиосистема, характеризующаяся нестационарностью каналов связи и высоким уровнем помех, многолучевым характером распространения передаваемых сигналов и ограниченностью вычислительных и частотных ресурсов.
Методы исследований основаны на теории вероятностей и математической статистики, аппарате разностных уравнений, моделировании на ЭВМ и эксперименте.
Научная новизна проведенных исследований заключается в следующем:
-
Разработана математическая модель и структура адаптивной ЦИРС, учитывающая ошибки канала связи и управляющее воздействие.
-
Синтезированы алгоритмы оценивания и управления состоянием прямого канала связи радиотелефонной системы.
-
Получены качественные характеристики разработанных алгоритмов оценивания и управления.
-
Предложены варианты программно-аппаратной реализации устройств радиотелефонной системы связи.
Практическую ценность представляют:
-
Предложенная математическая модель адаптивной ЦИРС, позволяющая на стадии проектирования синтезировать и исследовать рекуррентные алгоритмы оценивания и управления параметрами системы.
-
Алгоритмы приема цифровых сигналов и управления состоянием прямого канала связи радиотелефонной системы.
-
Результаты имитационного моделирования, подтверждающие эффективность предложенных алгоритмов.
-
Программное обеспечение абонентских станций радиотелефонной системы связи "Волемот", разработанное по результатам теоретических исследований.
-
Результаты натурных испытаний и экспериментальных исследований, подтверждающие эффективность предложенных и реализованных алгоритмов.
Реализация в промышленности. Разработанные алгоритмы реализованы в абонентских радиостанциях "Волемот-АРС" и "Урал-РС-6У" системы связи "Волемот", выпускаемых ОАО "СРЗ-БАРС" г. Сарапул.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались:
на университетской научно-технической конференции "Ученые ИжГТУ- производству" (Ижевск, 1996 г.);
международной научно-технической конференции "Актуальные проблемы анализа и обеспечения надежности и качества приборов, устройств и систем" (Пенза, 1997, 1998 гг.);
международной научно-практической конференции "Проблемы системного обеспечения качества продукции промышленности" (Ижевск, 1997 г.);
XXXI научно-технической конференции ИжГТУ (Ижевск, 1998 г.); 54-й научной сессии, посвященной Дню радио (Москва, 1999 г.); международной научно-технической конференции "Информационные технологии в инновационных проектах" (Ижевск, 1999, 2000 гг.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 11 печатных работ, в том числе 7 статей и 4 тезиса докладов.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 160 страницах и состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 114 наименований и 9 приложений на 20 страницах. Основной текст занимает 130 страниц и содержит 50 рисунков и 6 таблиц.
