CC BY
18
УДК 621.391.827
П.И. Пузырев, С.А. Завьялов, А.В. Косых
Омский государственный технический университет, г. Омск
РАЗРАБОТКА ПРОТОКОЛА СВЯЗИ СВЕРХУЗКОПОЛОСНОЙ ОДНОСТОРОННЕЙ СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ ИЗВЕЩЕНИЙ
В настоящее время среди радиосистем передачи извещений (РСПИ) существует ниша -односторонние асинхронно-адресные системы, работающие в не лицензируемом диапазоне частот с дальностью связи до нескольких десятков километров. Подобная технология построения имеет ряд преимуществ: во-первых, меньшая стоимость развертывания системы; во-вторых, возможность покрытия обширных территорий без лицензирования в органах Министерства связи. Вместе с тем существует ряд сложностей реализации РСПИ с дальностью связи до нескольких десятков километров с ограничением мощности в пределах 10 мВт, т. к.
279
уровень полезного сигнала, на приемном конце составляет порядка минус 130 - 135 дБм. Прием сигнала с таким малым уровнем становится возможным за счет применения сверхуз-кополосных сигналов и оборудования со сложными алгоритмами обработки сигналов и высокими техническими характеристиками, такими как стабильность частоты опорных генераторов, линейность приемного тракта и т. п. Вместе с тем существует сложности, касательно не способов передачи и приема сверхузкополосных сигналов, а реализации протокола взаимодействия объектовых устройств с ПЦН.
Проблемы реализации протокола заключаются в следующих аспектах:
Частотная нестабильность опорных генераторов ОУ и ПЦН превышает полосу сигнала;
Низкочастотные фазовые шумы опорных генераторов оказывают большее воздействие на сверхузкополосный сигнал, по сравнению с узкополосными и широкополосными;
Время доставки извещения может достигать нескольких секунд;
Необходимость устранении частотно-временных конфликтов между сигналами.
Цель данной статьи - формирование постановки задач исследований, решение которых позволит реализовать протокол связи сверхузкополосной односторонней асинхронной системы доставки извещений. Рассмотрим более подробно отдельные пункты
1. Битовая скорость и ширина спектра сигнала. Из литературы известно, что повышение отношения сигнал / шум, а для цифровых систем связи отношения энергии бита на спектральную плотность мощности шума, при фиксированных мощности сигнала и спектральной плотности мощности шума достигается путем уменьшения ширины спектра сигнала с одновременным уменьшением полосы фильтра основной селекции.
Уменьшение ширины спектра сигнала частично достигается за счет применения спектрально-эффективных видов модуляций [1], однако наиболее эффективным способом уменьшения ширины спектра по-прежнему является снижение битовой скорости. В этом случае должен достигаться компромисс между допустимым снижением скорости передачи информации и помехоустойчивости. При выборе битовой скорости следует также учитывать, что начиная с некоторого предела уменьшение скорости не приведет к повышению достоверности приема, т. к. на качество прима начнет влиять фазовые шумы опорных генераторов ОУ и ПЦН, а также доплеровским рассеиванием.
2. Выбор совместимых частотных каналов. При уменьшении ширины спектра сигнала, нестабильность частоты опорных генераторов становится соизмеримой с шириной спектра и тем самым делает невозможным работу на фиксированных частотных каналах. При этом каналы различных ОУ могут накладываться, создавая коллизии. Следовательно, протокол связи должен учитывать возможные частотные коллизии.
Более того, интермодуляционные составляющие становятся соизмеримыми со слабыми сигналами, поэтому наложение интермодуляционной составляющей от сильных сигналов может подавить полезный сигнал. Таким образом, при частотном планировании протокола необходимо учитывать частотную нестабильность опорных генераторов и положение интер-
модуляционных составляющих [2]. В общем случае, без учета временного разделения каналов, устранить частотные коллизии можно только в случае, когда частотный разнос между каналами превышает частотную нестабильность генераторов ОУ. В свою очередь встает вопрос, можно ли устранить коллизии применяя частотно-временное разделение каналов, при нестабильности генераторов большей, чем частотный разнос между каналами. Ответ на этот вопрос является основным при решении задачи реализации протокола передачи извещений и анализа емкости системы.
3. Коллизии во временной области. С целью увеличения адресной емкости системы в ограниченном частотном диапазоне, целесообразно сближение или совмещения нескольких частотных каналов в один с последующим временным разделением. Однако в случае одно-
280
сторонней асинхронной системы связи, становится невозможным такое временное разделение каналов, при котором полностью исключаются коллизии. Единственным возможным вариантом является составление такого порядка следования повторных посылок, при котором хотя бы одна из посылок, любого из ОУ на определенном интервале времени была доставлена с вероятностью коллизий близкой или равной нулю. Работы в это области известны давно [3, 4], однако применительно к частотно-нестабильным каналам данный вопрос не рассматривался. Недостатком данного способа передачи является повышенная энергия потребления и значительное увеличение времени передачи посылки. Для асинхронных каналов, время достоверной передачи посылки без коллизии соответствует 2M+1 , где М - количество устройств, работающих в одном канале [5].
Из всего вышесказанного следует, что разработка протокола требует решения задач оптимизации битовой скорости и ширины спектра сигнала для достижения наибольшей дальности связи, а также решения задачи комбинаторного поиска положения посылок в частотновременном пространстве без совместных коллизий.
Библиографический список
1. Василевский, В. В. Выбор оптимальных параметров для передачи данных по низкоскоростному каналу связи / В. В. Василевский, С. А. Завьялов, А. H. Калинин // Наука, образование, бизнес : материалы региональной научно-практической конференции ученых, преподавателей, аспирантов, студентов, специалистов промышленности и связи, посвященной Дню радио. -Омск, 2009. - С. 244 -248.
2. Пузырев, П. И. Выбор совместимых частотных каналов с учетом влияния интермодуляционных продуктов третьего порядка / П. И. Пузырев // Наука, образование, бизнес : материалы всероссийской научно-практической конференции ученых, преподавателей, аспирантов, студентов, специалистов промышленности и связи, посвященной 15-летию ИРСИД. -Омск, 2012. - С. 189 - 192.
3. Цыбаков, Б. С. Коммутация пакетов в канале без обратной связи / Б. С. Цыбаков, Н.
Б. Лиханов // Проблемы передачи информации. -1983. -Т. 19, № 2. -С. 69-84.
4. Massey, J. L. The Collision Channel without Feedback / Massey, J.L., Mathys P. // IEEE Trans. Inform. Theory. -1985. -V. 31, № 2. -P. 192-204.
5. Zhang, Y. Completely Irrepressible Sequences for the Asynchronous Collision Channel Without Feedback / Y. Zhang, K. W. Shum, W. S. Wong // IEEE Transactions on Vehicular Technology. - 2011. - P. 1859-1866.
