CC BY
12
УДК 621.3 Адъюнкт Р.М. Полстянкин1 -
Национальный университет гражданской защиты Украины
ЭФФЕКТИВНОСТЬ РАБОТЫ КАНАЛА РАДИОСВЯЗИ ЕДИНОЙ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ РАДИАЦИОННОЙ ОБСТАНОВКИ
Рассмотрены вопросы оценки мощности и параметры беспроводной райсовской модели канала передачи информации, создаваемой Единой автоматизированной системой контроля радиационной обстановки в Украине, с целью последующего обеспечения его эффективной работы и системы в целом. Показано, что применение современных технологий беспроводной связи, имеющей цифровой канал передачи информации, дает существенный выигрыш в обеспечении качества и достоверности полученной информации в сложных системах, которая менее подвержена искажению, что допустимо к применению в рассматриваемой системе.
Ключевые слова: ГСЧС Украины, эффективность функционирования радиоканала, вероятность ошибочного приема, пропускная способность, достоверность передачи информации.
Постановка проблемы. С каждым годом в мире все больше применяются ядерные технологии для получения энергии. Этот процесс связан с усовершенствованием самих технологий, модернизацией ядерных реакторов, а также с уменьшением и дороговизной добываемых и перерабатываемых углеводородов. Для безопасности и постоянного функционирования, а также контроля радиационной обстановки на ГП "НАЭК Энергоатом", в научно-исследовательских и учебных заведениях Украины, деятельность которых связана с использованием ядерных установок, на ГП "Барьер", создается Единая автоматизированная система контроля радиационной обстановки (АСКРО)[1]. Информация, полученная от системы, будет передаваться на создаваемые объекты структуры, а также в областные гидрометеорологические службы ГСЧС Украины. Пространственный размах АСКРО определяет необходимость использования в её составе различных физических сред и устройств передачи, приема и обработки информации. В ряде случаев возможно использование только радиоканала и соответственно применение соответствующих радиотехнических устройств. В данном случае к ним предъявляются определённые требования (технические характеристики, показатели качества) по достоверности, надёжности, задержкам сообщений, по пропускной способности и скрытности передачи информации, по обеспечению оперативного контроля состояния радиоканала, отвечающих технологическим требованиям системы в целом. Построение радиоканала должно решаться с учётом свойств самой АСКРО и принятых критериев оптимальности функционирования и анализа эффективности её работы в целом.
Анализ последних исследований и публикаций. Про необходимость данного направления развития каналов радиосвязи свидетельствуют дискуссии, которые продолжаются в научной среде. Так, в работе [2] рассмотрены вопросы повышения эффективности работы канала с учетом применения системы дека-метровой радиосвязи при различных алгоритмах работы ретранслятора. Кроме
1 Науч. руководитель: проф. Б.Б. Поспелов, д-р техн. наук
того, применение современных средств связи в постоянно меняющейся подвижной среде дают крупномасштабные замирания[3], представляющие собой ослабление мощности сигнала или потери на трассе, описывающейся многолучевой моделью с явлениями переотражения, рассеивания и дифракции. В научной работе [4] для эффективного функционирования беспроводной системы передачи информации предлагают применение дублирующих каналов радиосвязи, что в свою очередь влечет за собой дополнительные финансовые вложения.
Постановка задачи и ее решение. АСКРО представляет собой сложную систему, свойства которой определяются не только свойствами отдельных элементов, но и характером взаимодействия между ними. Радиоканалы, по которым будет передаваться информация, состоят из элементов, которые, в свою очередь, являются самостоятельными техническими средствами. В связи с возрастанием требований к объему, достоверности и скорости передачи информации от сложных систем к органам управления и контроля, становится актуальной научно-технической задачей применение новых технологий беспроводных средств связи. Предлагается рассмотреть применение сетей связи нового поколения на основе технологий LTE (Long Term Evolution). На рис. показана схема радиоканала, которая применима для АСКРО.
Рис. Схема радиоканала: АУ - абонентное устройство, БУ - базовое устройство, ПРД - передающее устройство, ПРМ - приемное устройство
В данной схеме мы будем рассматривать райсовскую модель канала, в котором характерно, когда кроме нескольких непрямых траекторий распространения сигнала, существует также траектория распространения по линии прямой видимости [5]. В качестве характеристики данного канала связи применяется коэффициент К, который определяется следующим образом[6]:
К = Рпр / Рот , К>1,
где: Рпр - мощность доминирующего сигнала, Рот - мощность отраженных сигналов.
В качестве критерия эффективности функционирования радиоканала можно применить отношение сигнал/шум по мощности и выходе приемных устройств БУ и АУ при выполнении требований по достоверности [7].
E s ^ ( Es , |
N а (N1
£ р тр
(1)
Е (ЕЛ
где: —,I — Iтр - соответственно сигнал/шум на входе приемных устройств и
N0 У N0 )
отношение сигнал/шум требуемое, Рош - вероятность ошибочного приема, РТР -вероятность ошибочного приема требуемая.
В цифровых радиоканальных системах вероятность ошибочного приема можно определить следующим образом [8]:
Pq = V2P
J
1 -
V2P
J e 2 dx
q-
е-! ^1J
(2)
где: Х={х0, х1,^, хч-1}, Г=(у0,ух...,} - соответственно набор передаваемых сигнальных посылок на входе радиоканала в каждой сигнальной посылке q символов. Для двоичного симметричного канала:
'=а/2 No ■
где Q (х) - функция, определяемая по формуле
Q(x) = -L- ¥ e~2dt.
V2P x
(3)
(4)
При нормальном законе распределения помехи в радиоканале и равновероятностном законе распределения битовой информации, на основании (2) в табл. приведены расчетные значения Рош и / Ыа.
Табл. Расчетные данные
г
1
Рош Es / No, дБ
10-1 6
10-2 10
10-3 12
10-4 14
10-5 16
На основании расчетных данных, приведенных в табл., можно определить параметры радиоканала.
Для более глубокого определения эффективной работы радиоканала передачи информации АСКРО нужно провести оценку мощности сигнала [9]. Данная оценка является показателем качества приема в зоне покрытия БУ.
Расчет максимально допустимых потерь на трассе радиолинии UL (upload)- восходящий поток. Расчет осуществляется в несколько этапов.
Минимально допустимая мощность сигнала на входе приемника БУ определяется по формуле
Рпрбу = Рш + (Eb / No)mpe6 Go6p + Ln Gxo , (5)
где: (Eb / No)mpe6 требуемое значение (Eb / No); G06P — выигрыш от обработки сигнала; Рш — мощность собственных шумов приемника; Gxo — выигрыш в уровне сигнала на приеме, Ln - коэффициент шума приемника базовой станции, менее 3 дБ. Минимально допустимое значение (Eb / No) на входе приемника, составляет 1,7 дБ. Выигрыш от обработки сигнала Go6p составляет 10дБ. Величину выигрыша в уровне сигнала Go6p примем 2 дБ.
С учетом вышеуказанных параметров, минимально допустимая мощность сигнала на входе приемника БУ равна: Рпрбу = - 112,5 дБмВт.
Требуемая мощность принимаемого сигнала определяется выражением
Рпр — Рпрбу + Lфидер G6y + Lff , (6)
где: Ьфидер — потери в фидере, 3 дБ; G6y — коэффициент усиления антенны базовой станции, 18 дБ; Lf - запас на быстрые замирания, 3 дБ.
Рпр = -124,5 дБмВт.
Эффективно излучаемая мощность абонентного устройства определяется выражением:
Ризау — Рау + G6y , (7)
где: Рау — мощность передатчика мобильной станции, для расчета взята минимальная мощность мобильной станции, определенная стандартом - 21 дБмВт; Ggy — коэффициент усиления антенны базового устройства, принят равным 0 дБ.
Ризау =21 дБмВт. Максимально допустимые потери на трассе равны:
L = Ризау - Рпр =145,5 дБ.
Расчет максимально допустимых потерь на трассе радиолинии DL (download) - нисходящий поток.
Минимально допустимая мощность сигнала на входе приемника АУ определяется аналогичным выражением (как и для БУ):
Рпрбу — Рш + (Eb / Nо)треб — Go6p , (8)
где: (Eb / No)mpe6 - минимально допустимое значение(Eb / No) на входе приемника составляет 4,8 дБ; Go6p — выигрыш от обработки, равен 10 дБ.
Минимально допустимая мощность сигнала на входе приемника АУ с учетом запаса на внутрисистемные помехи равна:
Рпрау = - 104,4 дБмВт. Требуемая мощность принимаемого сигнала определяется выражением:
Рпр — Рпрау — Gay + Lff , (9)
где: Gay - коэффициент усиления антенны мобильной станции, принято равным 0 дБ; Lff - запас на быстрые замирания, дБ.
Рпр = -101.4 дБмВт. Эффективно излучаемая мощность БУ:
Ризбу — Рбу + G6y — Lфидер , (10)
где: Рбу — мощность передатчика базовой станции на кодовый канал. Величина максимальной мощности передатчика рпер на кодовый канал составляет 50 дБмВт; G6y — коэффициент усиления антенны базовой станции; Lфидер — потери обусловленные затуханием в фидере.
Определяем эффективно излучаемую мощность базового устройства Ризбу (дБ), при известной мощности передатчика базового устройства на кодовый канал Рбу (дБ), коэффициент усиления антенны базового устройства G6y (дБ), потери обусловленные затуханием в фидере Lфидер (дБ).
Рбу = Рпер /55, где 55 - число кодовых каналов.
Рбу = 50/55=0,9 Вт = 900 мВт (29.5 дБм).
Ризбу1 = 29,5+18/55-3=26,9 дБм = 0,49 мВт (на 1 кодовый канал)
Ризбу = 0,49-55=26,95 Вт
Выводы: Полученные в работе результаты показывают, что качественные характеристики канала радиосвязи, с учетом применения технологии LTE, на основании оценки мощности сигнала для прямого и обратного каналов, соответствует полученному расчетному значению. Данные расчеты могут применяться для эффективной работы канала радиосвязи единой АСКРО. Дальнейшие исследования целесообразно направить на изучение работы канала радиосвязи данной сложной системы с учетом воздействия преднамеренных помех и сложной сигнально-помеховой обстановке, учитывая возможность возникновения чрезвычайных ситуаций.
Литература
1. Розпорядження Кабшету MimwpiB Украши вщ 25.01.2012 р., № 44-р "Про затвердження плану заходiв щодо створення Сдино' автоматизовано' системи контролю радiащйноï обстановки на перюд до 2015 року". [Електронний ресурс]. - Доступний з http://zakon1.rada.gov.ua/ laws/ show/44-2012-%D 1 %80#n7.
2. Простов С.П. Исследование эффективности зоновой системы декаметровой радиосвязи : дисс. ... канд. техн. наук: спец. 05.12.13 - "Системы, сети и устройства телекоммуникаций" / Простов Сергей Петрович. - М., 2000. - 189 с.
3. Полынкин А.В. Исследование характеристик радиоканала связи с беспилотными летательными аппаратами / А.В. Полынкин, Х.Т. Ле // Известия ТулГУ : сб. науч. тр. - 2013. - T. 2, № 7. - С. 98-106.
4. Сумин В.И. Повышение эффективности функционирования каналов связи передачи информации тревожного извещения / В.И. Сумин, Г.М. Карпов, А.Ю. Немченко // Вестник Воронежского ин-та МВД : сб. науч. тр. - 2009. - № 2. - С. 98-103.
5. Шевляков Д.А. Исследование эффективности многопорогового декодера в беспроводных каналах связи / Д.А. Шевляков // Электронный журнал Cloud of Science : сб. науч. тр. - 2014.
- T. 1, № 1. [Электронный ресурс]. - Доступный с http://cloudofscience.ru.
6. Столлингс В. Беспроводные линии связи и сети : пер. с англ. - М. : Изд. дом "Вильямс", 2003. - 640 с.
7. Бабкин А.Н. Подходы к оптимизации систем подвижной радиосвязи органов внутренних дел / А.Н. Бабкин, А.В. Эсауленко // Вестник Воронежского ин-та МВД : сб. науч. тр. - 2012.
- № 4. - С. 121-125.
8. Золаторев В.В. Помехоустойчивое кодирование. Методы и алгоритмы : справочник / В.В. Золаторев, Г.В. Овечкин; / под ред. чл.-кор. РАН Ю.Б. Зубарева. - М. : Изд-во "Горячая линия - Телеком", 2004. - 126 с.
9. Farooq Khan. LTE for 4G Mobile Broadband. Air Interface Technologies and Performance. -Cambridge University Press, 2009. - 492 р.
Полстянкт Р.М. Ефектившсть роботи каналу радюзв'язку едино1 автоматизовано'1 системи контролю радiацiйноï обстановки
Розглянуто питання оцшки потужност i параметри бездротово'1 райсовсько'1 моде-лi каналу передачi шформацп, створювано'1 Сдино'1 автоматизовано'1' системою контролю радiацiйноï обстановки в Укрщ'ш, з метою подальшого забезпечення його ефектив-но'1 роботи i системи загалом. Показано, що застосування сучасних технологш бездро-тового зв'язку, що мае цифровий канал передачi шформацп, дае ктотний виграш у за-безпеченш якост та достс^рност отримано' шформацп у складних системах, яка менш схильна спотворенню, що припустимо до застосування в аналiзованоï система
Ключовi слова: ДСНС Украши, ефектившсть функцюнування радюканалу, ймо-вiрнiсть помилкового прийому, пропускна здатнiсть, достовiрнiсть передачi шформацп.
Polstiankin R.M. The Efficiency of the Performance of Channel Radio Unified Automated System of Radiation Monitoring
The issues of power estimation and the wireless Rician channel model for communication of information to create a single automated system for monitoring the radiation situation in Ukraine in order to further ensure efficient operation and the system as a whole are studied. The use of modern technologies of wireless communication system having a digital communication channel, is shown to provide a significant benefit in ensuring the quality and reliability of the information received in complex systems, which is less prone to distortion, which is acceptable to the application of the system.
Key words: The State Emergency Service of Ukraine, performance of the radio channel, probability of erroneous reception, throughput, reliability of information transmission.
УДК 539.3 Викл. М.Б. Сокт, канд. техн. наук -
Академия сухопутних ешськ т. гетьмана Петра Сагайдачного
НЕЛШ1ЙН1 КОЛИВАННЯ ГНУЧКИХ ТРУБЧАСТИХ Т1Л, ВЗДОВЖ ЯКИХ РУХАбТЬСЯ СУЦЫЬНИЙ ПОТ1К СЕРЕДОВИЩА
Розроблено методику дослщження нелшшних коливань трубчастих тш, вздовж яких рухаеться зi сталою швидюстю суцшьний потш однородного середовища. У й основу покладено поеднання хвильово! теорн руху та асимптотичш методи нелшшно! ме-хашки. Це дало змогу отримати: для незбуреного руху - стввщношення, як описують параметри хвиль як функцн основних характеристик трубчатого тша та суцшьного потоку середовища; для збуреного руху - звичайш диференщальш рiвняння, яю визнача-ють закони змши амплiтуди та частоти коливань динамiчного процесу системи трубча-те тшо - суцшьний потiк коливань середовища залежно вiд нелшшних сил системи.
Ключовi слова: нелшшш коливань, дисперсшне сшввщношення, хвильове число, частота.
Вступ. У рiзних галузях машинобудування та промисловоста широко ви-користовують гнучкi тала трубчасто! форми для забезпечення функщонування гiдравлiчних чи пневматичних привод1в, транспортування сипких чи рiдинних продуктiв. Перемщення середовища вздовж трубчатих тал спричиняе змiну основних кiнематичних характеристик останшх. Кiнематичнi ж характеристики, своею чергою, ткно пов'язанi з динамiчними навантаженнями. Таким чином, рух суцшьного середовища вздовж трубчастих тал впливае i на ресурс експлу-атацп останнiх. З математичного боку, врахування перемiщення середовища вздовж трубчастих тал призводить до створення яшсно нових математичних моделей системи гнучке тало - рухомий потiк середовища (!х можна вiднести до систем, яю характеризуються складовою швидкостi поздовжнього руху). Для !х дослiдження, навиь за значних спрощень, не вдаеться застосувати вiдомi кла-сичнi методи штегрування крайових задач, якi е математичними моделями ди-намiки процесу. Для часткового виртення задачi про вплив суцшьного потоку середовища вздовж трубчастих тал, у робота розвинуто щею описания динамiч-ного процесу систем, яю характеризуються сталою складовою швидкоста поздовжнього руху, у виглядi накладання хвиль рiзних довжин [1-5], та поширен-ня, на базi викладеного, асимптотичних метод1в нелЫйно!' механiки на новi класи задач.
