CC BY
4
УДК 621.396
Система автоматичного регулювання потужнослт передавача НВЧ для комбшованих
мобшьних цифрових
1 • о • о
тропосферно-радюрелеиних станцш
Почерняев В. М.1, Повхлгб В. С.2, Сивкова Н. М.1
1Одеська нацшнальна академ!я зв'язку ¡мен! О. С. Попова 2Державний заклад "Кшвський коледж зв'язку"
E-mail: povvikl.oriya&gmaiL com
У статт досл!джуеться адаптивпа система автоматичного регулювання потужпост передавача (АРПП). Система АРПП дозволяв компепсувати флуктуацп сигналу, змшюючи потужшсть передавача так. щоб сигнал па прийом! залишався постишим. Використаппя АРПП актуально при робот! засоб!в зв'язку НВЧ д!апазопу по багатопромепевим каналам з завмирашшми. якими е троиосферш капали зв'язку. Розгляпуто застосуваш1я системи АРПП для перспективпих комбшованих мобглышх цифрових тропосферпо-радюрелейпих стапцш (МЦТрРРС). У робот! в1дзпачепо. що пайбглын ефективпо система АРПП бореться з повглышми. сезошшми i «добового ходу» завмирашшми. Одпак паявшсть системи АРПП в цифрових тропосферпих сташцях зв'язку дозволяв також боротися з швидкими завмирашшми. використовуючи короткочаспе збглынешш потужпост! передавача. Це дозволяв 1стотпо змепшити час иадшпя р!впя сигналу пижчс порогового i тим самим шдвшцити падшшсть зв'язку. У статт! наводиться паближепий розрахупок часу зашзшовашш сигналу па трасах тропосферпих лшш зв'язку. В робот! досл!джеш трудпощ! реал!зацп системи АРПП i показана можлива структурна схема тако! системи для МЦТрРРС. В1дзпачепо. що реал!зацпо системи АРПП ускладшое створеппя потужиого передавача НВЧ. в тому числ! i твердотглыюго. здатпого. з одного боку забезпечити чимал! меж! змши потужпост! при високому ККД. а з шшого боку витримуе шков! зпачешш потужпост!. в!дпов1дш пайбглын глибоким i тривалим завмираппям сигналу. Найбглын проблематичппм е встаповлеппя порогового зпачешш ймов1рпост! помплкн i порогового р!впя сигналу або в1дпошеппя сигнал/(шум—завада). Також в1дзпачепо. що вимога правильного внбору порогу регулювання е певпою складшстю реал!зацп системи АРПП. У статт! введено показпик епергетнчпого впграшу власпе само! системи АРПП стапцп НВЧ д!апазопу i представлен! таблиц! розрахупшв цього показпика для закону Релея-Райса, закону Релея i логарифм1чно-пормалыюго закону. Наведено вирази для пормовапо! ко-реляццшо! фупкцп. рад!усу тимчасово! кореляцп тропосферного каналу зв'язку. штеграла ймов1рпост! i фупкцп розподшу Релея-Райса. У статт! здшспепо перех!д в!д фупкцп двох змпших до фупкцп одше! змшпо1 та фупкц!я розподшу Релея-Райса представляеться через фупкцп Весселя першого роду. У робот! показана залежшсть розподглу амшнтуд по закону Релея-Райса в!д падшпост зв'язку. Напршашц роботи запропоповапо внзпачешш порогового зпачешш i д!апазопу регулюваш1я потужпост! системи АРПП. в тому числ! i для МЦТрРРС.
Клюноог слова: система автоматичного регулюваш1я потужпост! передавача (АРПП): зворотпий капал зв'язку: мобгльпа цифрова тропосферпо-радюрелейпа сташця: тропосферпий капал зв'язку: багато-промепеве поширеппя радюхвиль: флуктуацп сигпал1в: завмираш1я сигпал1в: повгльш завмирашш: ресурсна ефектившсть: фупкц!я розиодшу Релея-Райса: пцлыюст! ймов!рпостей закошв розподглу
DOI: 10.20535/RAD АР. 2021.84.40-47
Вступ
Актуалыисть роботи. Система автоматичного регулювання потужноста передавача (АРПП) в адаптивною системою. Така система дозволяе компепсувати флуктуащ! сигналу, змшюючи потужшсть передавача так. щоб в щсал1 сигнал на
npufiOMi залишався постпшим. 3 точки зору ресурсно! ефективносп АРПП дозволяе icTOTHO шд-вищити ККД передавача на лпиях з багатопромепевим поширеииям радкжвиль i завмирашшми. що означав окономпо споживанси слсктроснерп1. Потужшсть передавача зменшусться вщиовщно до зменшення загасання через иовшыи. ce3onni i «до-
бового ходу» завмирання, щоб забезпечити незмшну яшсть зв'язку. Соредньовипромпиована потужшсть на тропосфорних лпиях зв'язку можс зменшува-тися в 2...3 рази/перюд року, що дае суттевий еконсличний ефект за рахунок економИ сиожива-iio'i слектроенери1. Цо поясшоеться тим, що досить великий вадсоток часу нообхщна потужшсть переда-вача icTOTiio нижчо максимально!, яка визначаеться ripiHiiMii умовами пошироння радюхвиль. На ряду з усунонням перевантаження вхвдиих каскад1в при-ймача оконслия електроенергй' за рахунок зниження иотужносп иородавача с основним фактором, що визначас офоктившеть АРПП. Для роатзацй' вигра-шу в величиш сиоживанся oiiopri'i доцшыго поред-бачити в diCTOMi олоктроживлоння станцй' зв'язку накопичувач oiiopri'i, роатзащя якого но становить труднеящв.
Система АРПП актуальна при робот1 засоб1в зв'язку НВЧ д1апазону по багатопромснсвим каналах з завмираннями, якими е. й тропосферш капали зв'язку. Будсмо розглядати застосування систоми АРПП для псрспсктивних комбшоваиих мобшь-них цифрових тропосфсрних-радюрелейних станщй (МЦТрРРС) [1,2].
Найбшып офоктивна система АРПП, як було вщзначоно, бороться з повшышми, созонними завмираннями i завмираннями «добового ходу». Однак наявшеть систоми АРПП в станщях зв'язку НВЧ доапазону таких як МЦТрРРС, дозволяс також бо-ротися з швидкими завмираннями, використовуючи короткочасно збшыноння потужносп поредавача. Цо дозволяс icTOTHO зменшити час падшня piBira сигналу нижчо порогового i тим самим шдвшцити надшшеть зв'язку.
Ало при BiiKopiiCTainii АРПП для боротьби з швидкими завмираннями висуваються жорстш ви-моги до часу зашзшовання сигналу. У загальному вигляд1 час зашзнювання сигналу т3 можна иред-ставити в наступному виглядк
2тт„ + та
(1)
де ттр = 2R/c - зашзнювання сигналу на Tpaci пошироння радюхвиль, R - дальшеть зв'язку на
штервал!,
зап1зн10вання сигналу в апарату-
р1, яке визначаеться иостайною часу НЧ ланцюив пристрою управлшня й шорцшними властивостями керуючого пристрою, датчишв, вим1рювач1в.
Для тропосферних лшш зв'язку з Д « 100...300 км, величина т3 становить ~ 10 мс. За цей час па-раметри тракту пошироння радюхвиль можуть вжо змшитися. Час т3 також заложить ввд схемотехш-чного ршення закладеного в АРПП (тапп > ттр).
Розрахунок часу зашзнювання сигналу на трай тропосфорнся лпш зв'язку (1) для бшын довгохви-льовся дшянки д1апазону НВЧ можна проводити за формулою:
Д ( а \ гтр « + ^ ,
де а - ширина головнет иелюстки дтграми спря-мованоста, 7 - кут закрпття на тропосфершй лип! зв'язку. Величину 7 можна знайтп з [ ], рис. 1.3.
Постановка задач1 досладження
Анал1з лмератури. Анатз б1блюграф1чних джерол показав, що найбшын близькими доатджо-ннямн з автоматичного регулювання потужшетю иородавача е роботи [4 15].
В робота [4] система АРПП розглядаеться як замкнута система автоматичного регулювання. До-атджона система мае зворотний радюканал, який оргашзований для управлшня потужшетю випромь шовання поредавача, 1 така система штотно компен-суе вплив завмирань на ирийом радюсигнатв. Дана система [4] побудована на основ1 нечиких цифрових регулятор1в 1 е нелишнюю 1 нестащонарною, тому синтез такси систоми представляв досить складне завдання. Одиа з можливих функщоналышх схем систоми АРПП показана на рис. 10.1, с. 745 [4].
В робой [5] показано, що в мережах безпро-водового зв'язку система АРПП здатна шдтриму-вати не ильки певний р1вень сигнал/шум, ало й яккть зв'язку за параметром ймов1рноста помилко-вого прийому. В робот [6] ощшосться розиодшена мережа з точки зору мптпзащ! загального енерго-споживаиия шляхом внкорнстання систоми АРПП. У роботах [8, 11, 12] показано, що за допомогою систоми АРПП можна вирпнувати завдання енер-гоофективноста або спектрально! ефективность В робота [9] запропоновано внкорнстання алгоритму адаптивно! ощики каналу для управлшня потужшетю поредавача. У роботах [10, 13] показано застосування регулювання потужносп поредавача в системах багатостанщйного доступу. В робот [15] проведено оцшку заложност вихщнея потужност иородавача в1д позасмугових характеристик випро-м1шовання та 1х впливу на дальшеть зв'язку.
Трудно!|ц реалиащУ та проблемьп питания. Потужшсть передавала НВТ1 вибираеться виходячи
3 забезпочения задано! надпшост1 та ймов1рносп ио-милки в «пршому» через метеоумови м1еяця року 1 необхщнея дальносп зв'язку для задано! швидко-ет1 передач!. Р1зииця в мед1аииих р1внях сигналу «пршого» 1 «кращого» через метооумовн м1сящв
...
аншш р1вень сигналу можо змйповатися в межах
4 дБ взимку, 1 в межах 10 дБ шптку. Тому межа регулювання потужносп иеродавалыюго пристрою
...
виразу:
D
-ртах _ -рпот
^прд рпрд
ттр ртах
ДС р прд
максимально передана потужшсть,
-номшальна передана потужшсть. Регулювання потужносп повинно зд1йсшоватися за значениями piBira сигналу кореспондонта за командами,
3
що иередаш на иередавальну сторону по зворотному каналу зв'язку.
На приймалыий сторош здШсшоеться втпрюва-ння вщношення сигнал/(шум—завада) 1 ймов1рност
помилки. Можлива схема системи АРПП для ком-бшовано! МЦТрРРС показана на рис. 1.
Рис. 1. Схема системи АРПП
Вилучеш з каналу даш обробляються 1 при-ймаеться ршмння про змшу иотужносп переда-вача НВЧ. При зменшенш (збшьшонш) достовф-носп прийнято! шформагщ 1 сшввщношоння сигнал/(шум—завада) нижче (вигце) порогового значения сигналу на збшынення (зменшення) поту-жноста иередавача кореспондента. яш ириймаються ириймачем зворотнього каналу 1 надходять через демодулятор сигнатв управлншя на керуючий при-стрШ для змши потужносп передавача НВЧ. При збшьшонш сшввщношення сигнал/(шум—завада) 1 зниженш достов1рност прийнято! шформагщ мож-на зробити висновок про присутшсть завади 1 тодо внроблясться сигнал про збшынення потужносп передавача НВЧ. Робота МЦТрРРС з мнимально необхвдною потужшстю вииромниовання но тшьки шдвшцуе розвщзахшцоншсть стангщ. ало 1 дозволяе мати онерготичний запас, який можна використо-вувати для боротьби з будь-якого роду завадами шляхом збшынення потужносп сигналу кореспондента. Як зворотнш канал можна використовувати обладнання каналу тслеуправлшня-телесигнал1защ1 1 в цьому вииадку основна складшсть буде в розроб-ш коруючого пристрою, який регулюс потужшеть передавача НВЧ.
Можливо найбшын проблематнчннм с встанов-лення порогового значения ймовфносп помилки 1 порогового р1вня сигналу або ввдношення сигнал/(шум—завада). Цо поясшоеться тим. що при побудов1 тропосферно! лпш зв'язку р1зно1 протя-жноста (р1зну кшьккть шторватв) нообшдно змь шовати значения перорахованнх внще параметр1в на штервалах для досягнення задано! надШноси зв'язку по вай тропосфоршй лнш зв'язку. Наступ-ною складшстю с вимога правильного вибору по-
рогу регулювання системи АРПП. Одшето з реко-мендащй можо бути вибф порогу регулювання по вщношеншо до медоанного значения р1вня сигналу на одноштервалыий тропосфоршй лпш зв'язку в «найирший» через метооумови мшяць року. В ниш мкящ року модоанний р1вень сигналу зростас. Порш рогулюваиия можна також встановлюватн по стандартному вщхнленшо иовшышх завмирань сигналу. В будь-якому випадку система АРПП повинна при перевшценш серодиього за швидкими завмира-ииями значения сигналу на вход1 ириймача НВЧ шдтримувати сигнал на иостшному р1вш на виходо передавача НВЧ станщ! кореспондента.
Мета роботи. Визначення показника онерго-тичного виграшу системи АРПП та знаходження розподшу флуктуагщ двох випадкових величин на основ1 функщ!' розподшу Релоя-Райса. що дозволяс визначити доапазон регулювання потужноста системи АРПП комбшованих МЦТрРРС.
Ресурсна ефектившеть
Реал1защя системи АРПП в МЦТрРРС сирине зиижеиию онерготичних витрат ь отже. шдвишуе росурсну ефектившеть засоб1в зв'язку НВЧ д1апа-зону. Однак роатзащя системи АРПП ускладшос створення иотужного передавача НВЧ. в тому чист 1 твордотшыгого. який здатний. з одного боку забоз-печити чимат моли змши иотужносп при високому ККД. а з шшого боку витримус шков1 значения по-тужность вщиовщш найбшын глибоким 1 тривалим завмиранням сигналу. Нообхщно також передбачи-ти вимоги до системи електроживлення передавача НВЧ. яка повинна забезпечити короткочасне значно
зростання иотужносп НВЧ. У cxoMi електроживле-ння нообшдно передбачити накопичувач eiiepri'i для роатзащ! виграшу в споживанш слектроенери1.
Ефектившсть власно само! систоми АРПП стан-ц1Т НВЧ д1апазону, в тому чист i МЦТрРРС можна оцшити за показником енергетичного виграшу q:
р J м
q=
р
р р
троиосфорну лшпо зв'язку вщ сташщ НВЧ д1аиазо-ну з АРПП.
В систем! АРПП МЦТрРРС регулювання по-тужносп здШсшоеться дискретно з кроком 1 дБ.
Усореднене значения потужноста иередавача НВЧ р
близно оцшити в такий cnoci6:
Табл. 1 Показники енергетичного виграшу в1д на-дишоси зв'язку для закону Ролоя-Райса (3)
(2)
q, дБ 6, 5 7 8, 5 9 9, 5
я, % 95 96 97 98 99
Табл. 2 Показники енергетичного виграшу вед на-дишоси зв'язку для закону Релоя (4)
q, дБ 6 6, 5 7, 5 7, 9 8,1
я, % 95 96 97 98 99
Табл. 3 Показники енергетичного виграшу в1д на-дишоси зв'язку для логарифхйчно-нормального закону (5)
q, дБ 6,6 7, 3 8, 8 9, 3 9, 9
я, % 95 96 97 98 99
Рдрп п = y~]pip(a),
г=1
де Рг - иотужшсть передавача НВЧ в г-му по-ложенш дискретного регулятора систоми АРПП. р(а) — ймов1ршсть використання г-ого положения дискретного регулятора, Ь - число положень дискретного регулятора з кроком 1дБ, залежне вщ д1апазону регулювання системи АРПП, а - сере-дньоквадратичне вщхилення випадково! величини вщ мед1анного значения. Величина р(а) буде ви-значатися ймов1ршстю иомилкового ирийому (зада-ною яшетю зв'язку). Наближення полягае в тому, гцо ймов1ршсть иомилки заложить тшьки ввд иоту-жноста передавача НВЧ, гцо забезпечуе необхвдний р1вень сигналу на вход1 ириймача НВЧ. Надшшсть зв'язку, в свою чергу в1д ймов1рност помилки. Зало-жно в1д умов иоширення сигналу на тропосфернш лпш зв'язку використовуються закони розподшу ймов1рностой Ролоя-Райса, Релоя, логарифхйчно-нормалышй. Вирази для гцшыюсп ймов1рностей цих закошв наступш [16]: Ролоя-Райса
Ролея
( х2 + т fax\
■ex4 ) Ч а2у;
х х2 -exp I--I •
exp
2а2 J '
логарифм1чно-нормалышй
lgexp -
i (lgx - то)2 \
У- 2 а2 )
\/2тха
Розподш флуктуацп двох випад-кових величин на основ1 функцп розподшу Релея-Райса
Як ведомо, тропосфорний канал зв'язку с бага-топроменевим каналом 1з завмираннями. При ба-гатоироменовому поширонш радюхвиль можо бути ирису тшм 1 «регулярний» иромшь. Модель такого каналу описуеться законом розподшу Ролоя-Райса. При ввдсутносп «регулярного» променя можна ви-користовувати закон розподшу Ролея. Такий педхвд був застосований в робота [16] при передач! ана-логових сигнатв в тропосферних каналах зв'язку. 1стотною ведмшшетю дано! роботи с то, що застосо-вано розподш Ролоя-Райса при передач! цифрових сигнатв в тропосферних каналах зв'язку, включаю-чи капали, що утвореш комбшованими МЦТрРРС.
На шдстав1 результате роботи [17] отримасмо вираз для нормовано! кореляцшно! функщ! Дг в иаступиому виглядк
Rг
х
(3)
(4)
2
то2 202
(г У
(6)
(5)
де то - математичне оч1кувапия регулярнет скла-довет сигналу, а2 - дисиерсш складових сигналу,
чи зворотний канал зв'язку, рт - радоус тимчасово! королящ!. Раццус тимчасово! корелящ! тропосферного каналу зв'язку рт для формулн ( ) впзначпмо наступннм чнном:
Рт
2-к fRv'
наведеш в табл. 1 для закону Ролоя-Райса, в табл. 2 для закону Ролея, в табл. 3 для логарифхнчно-нормального закону.
R
зв'язку, v = \Jvв + vr - середньоквадратнчне значения швндкостей перемщення неодноредностой,
х
2
а
2
а
екв
ук, уг — вертикальна 1 горизонтальна складов1 швид-косп исремщення неоднорщностсй вщповщно. Для розрахуншв можна використовувати: ув к 5 м/с, ут > 50 м/с.
Огинаючу сигналу передавача НВЧ можна ви-разити таким чином:
V
= т-
де У - постшний р1вень сигналу на виход1 передавача НВЧ. що вщиовщае задашй якосп зв'язку (ймовфшсть помнлкн при нсобхщнш надшносп зв'язку), - вииадкова величина завмирання сигналу за законом Ролоя-Райса. Якщо загальне зашз-нювання сигналу в канал1 зв'язку т3 к 10 мс, то сигнал на ириймалыий сторош буде флуктуювати. Знайдемо розиодш цих флуктуащй. Нормований сигнал на вход1 приймача НВЧ з урахуванням часу т3 можна записати в такий спосйб:
№
Ф - Ъ )•
р(и2) =
и2<С2+х2
ф(и,у)=^
ехр
-1 [( С--у)2+х2]
«2<С2+х2
Ф(и, у) = 1 — ехр ( — 1 (и2 + ^
£ (;)
п= 1
- 1п(и,у), V/
де 1п(и, у) - модифшована функщя Бесселя порядку п в1д двох змшних. На шдсташ [ ] представимо:
( и/и )п+2к
1п(и,У)= ^ 2
к=0
к\(п + к)\'
При п = 0 маемо:
Ф(м, у) +Ф(^,м) = 1+ехр ^—-(и2 + у2) j 10(и,у).
Якгцо и = у, то отримаемо:
Ф(и,и) = 2 [1 + ехр(—и2)1о(и,у)] . (8)
Формула (8) мае практично значения, незважаю-чи на то, що отримана наближоним способом. Дана формула показуе ф1зичну суть способу АРПП при досягнснш иормоваиого р1вня сигналу на вход1 приймача НВЧ до необхщного р1вня.
Здшснимо псрехщ вщ функщТ двох змшних до
фуНКЩ1 ОДШИ ЗМШН01. ЦиЛШДрПЧНу фуНКЩЮ В1Д
двох змшних можна розкласти в ряд Неймана [21]:
Значения ймов1рност двовшшрнсм випадково! величини виражаеться штсгралом [18]:
1п(и,у)
то
Е (
Р=о
(—1>' (;)
о/ \ п+2р
р1 -) ^+2Р(и),
(7)
Вираз (7) е розподшом вщносини двох корельо-ваних випадкових величин. Щшыисть ймов1рност I(С,х) записуеться таким чином [ ]:
/(с,х) = ^™р{—1 [(С—ч)2 + {х—*)2]} ,
де (д, в) - центр розподшу ймов1рностей. Вираз для штеграла ймов1рносп:
до .1п+2р(и) - функщя Бесселя першого роду порядку п + 2р.
В робот [21] наводиться таке сшввщношоння, яке використовуеться нами при обчислоннях:
/ и \ п
1п(и,у)+ 1п+2(и,у) = ^(и).
На рис. 2 показана заложшсть розподшу ампль туд по закону Релея-Райса вщ надишоси зв'язку: пунктирна крива вщповщае д1апазону 20 дБ, а су-цшьна крива доапазону 30 дБ. При побудов1 кривых враховувався час зашзнювання т3 к10 мс, радаус тимчасово! корелящ! рт к 200 мс.
де величина у = у/ц2 + в2 викопуе функцш параметра розподшу.
Функщя [1 — Ф(и, «)] е функщя розподшу Релея-Райса. Ця функщя при у =0 переходить в добре вщому функщю розподшу Релея. Функщ1 розподшу Релея-Райса табульоваш [19].
Ф1зична суть нормованого значения сигналу и на входа приймача НВЧ 1 деякого нообхщного значения сигналу у математично визначаеться тим, що ймов1ршсть ( ) залежить в1д рад1уса и I вадсташ у ввд початку координат до центру розподшу ймов1р-постей (д,в). Тому, ймов1ршсть ( ) можна записати у вигляд1 1птеграла Ф(и,у).
Розкладемо фупкщю Ф(и,у) в ряд по цилшдри-чиим фуикщям:
о
5 10 15 10 15
Рис. 2. Заложшсть розподшу амшптуд по закону Рслея-Райса
Гранично значения можна визначити, як мйп-мальну иотужшсть сигналу необхщну для досягнон-ня необхщно1 дальност1 зв'язку 1з заданою пропускною спроможшстю при иообхщиому вадношонш сигнал /шум:
р
/ сигнал \ \шум—завада )
К„кТП,
(9)
п
де - спектральна щшьшеть потужноста шу-
му, - швидкють передач! шформагщ. Спшьне ршоння р1вняння (9) з розиодшом флуктуащй двох випадкових величин на основ1 функцш розподшу Релея-Райса дозволяв внзначнти порогове значения 1 д1апазон регулювання потужноста снстемн АРПП (рис. 2). В цшому ввдзначимо, що матоматична тоор1я побудови системи АРПП засновала на положениях роботи [22].
Висновки
Значний штерес представляв використання системи АРПП для боротьби з повшышми завмира-ииями 1 окономною витратою олоктроонори1 (ресурсна офоктившеть). При змоншонш загасання на тропосфершй лпп\° зв'язку через повшыи завми-рання 1 созонний «хвд» р1вня сигналу потужшеть иередавача НВЧ вщповщно зменшусться так, гцоб забозпочити нозмшну яшеть зв'язку. Сородньор1чна випромпиована иотужшеть на тропосфершй лип! зв'язку в залежноста ввд кшькоста1 протяжносташ-
...
рази, що дае суттсвий оконсушчний ефект. При цьо-му зменшусться ймов1ршсть появи внутршньоси-стемних перешкод вщ сутадшх станщй, що особливо актуально для мереж комбшованих МЦТрРРС.
У робой дослщжона функщя розподшу Релея-Райса. При цьому зд1йсноно порохщ вщ функщ1 двох змшних до функщ1 одшя змшно1 та функщя розподшу Релея-Райса виражона через функщ1 Бесселя першого роду. У робота показана заложшеть розподшу амшптуд по закону Релея-Райса вщ на-д1йноста зв'язку. Запропоновано визначення порогового значения 1 д1аиазону регулювання потужноста системи АРПП, яка може використовуватися в ком-бшовашй МЦТрРРС.
Перелж посилань
1. Патент 112217 Украша. С2. Мобгльиа цифрова троиосферио-радшрелейиа стаищя / Заяшшк i иа-теитовласиик Почорияев В. M., llouxjiifi В. С.; заявл. 12.09.2014; опубл. 10.08.2016 // Вюл. № 15.
2. Патент 120288 Украша. МоГнльиа цифрова троиосферио-радшрелейиа стаищя / Почорияев В.М., lloBXjiifi В. С., Зайчеико В. В.; заявл. 29.08.2017; оиублж. 11.11.2019 // Вюл. № 21.
3. Паритиик Т. М. Цифро!« троиосферш та радшрелей-iii jiiiiiï; основ!! розрахуику / T. M. Паритиик, В. M. Почорияев, В. С. Повх;пб // Одеса; ОПАЗ ¡м. О.С. Попова. 2019. с. 169.
4. Гостев В. И. Нечеткие регуляторы в системах автоматического управления / В. И. Гостев // К.; «Радшама-тор». 2008. с. 972.
5. Payasi Y., Shrivastava A., .Iain A. Negotiation based adaptive distributed power control algorithm in wireless communication system // 2015 International Conference
on Computer, Communication and Control (1(Ц) (1012 Sept. 2015). Indore, India, 2015. PP. 1-5. DOl; 10.1109/1C4.2015.7375575.
6. Bistritz 1. and Bambos N. The Power of Consensus; Optimal Distributed Multichannel Wireless Transmitter Power Control // ICC 2019 - 2019 IEEE International Conference on Communications (ICC) (20-24 May 2019). Shanghai, China, 2019. PP. 1-6. DOl; 10.1109/1CC.2019.8761391.
7. Pal A. Transmit Power Reduction = Proportional Power Savings; Applicability of Transmit Power Control in Large-Scale Wireless Sensor Networks // IEEE Internet, of Things Magazine. 2020. Vol. 3, No. 1. PP. 20-24. DOl; 10.1109/10TM.0001.1900067.
8. Lee W., Kim M. and Cho D. Deep Power Control; Transmit Power Control Scheme Based on Convolutional Neural Network // IEEE Communications Letters. 2018. Vol. 22, No. 6. PP. 1276-1279. DOl; 10.1109/LCOMM.2018.2825444.
9. Yang C. Channel Estimation for Inverse Power Control in Wireless Communication Networks // 2015 International Conference on Intelligent Information Hiding and Multimedia Signal Processing (11H-MSP) (23-25 Sept. 2015). Adelaide, SA, Australia, 2015. PP. 138-141. DOl; 10.1109/11H-MSP.2015.26.
10. Singh K. Optimal Power Control in Decentralized Gaussian Multiple Access Channels // IEEE Communications Letters. 2018. Vol. 22, No. 9. PP. 1938-1941. DOl; 10.1109/LCOMM.2018.2856240.
11. Shi .1., Tao L., Chen M. and Yang Z. Power control for relay-assisted device-to-device communication underlaying cellular networks // 2015 International Conference on Wireless Communications в Signal Processing (WCSP) (15-17 Oct. 2015). Nanjing, China, (2015). PP. 1-6. DOl; 10.1109/WCSP.2015.7341217.
12. Feng C., Zhong Y., Quek T. Q. S. and Wu G. Power control in full duplex networks; Area spectrum efficiency and energy efficency // 2017 IEEE International Conference on Communications (ICC) (21-25 May 2017). Paris, (2017). PP. 1-6. DOl; 10.1109/1CC.2017.7997482.
13. Sharma M. K., Murthy C. R. and Vaze R. Asymptotically Optimal Uncoordinated Power Control Policies for Energy Harvesting Multiple Access Channels With Decoding Costs // IEEE 'transactions on Communications. 2019. Vol. 67, No. 3. PP. 2420-2435. DOl; 10.1109/TCOMM.2018.2879926.
14. Rasti M, Hasan M., Le L. B. and Hossain E. Distributed Uplink Power Control for Multi-Cell Cognitive Radio Networks // IEEE 'lYansactions on Communications. 2015. Vol. 63, No. 3. PP. 628-642. DOl; 10.1109/TCOMM.2015.2397885.
15. Eliardsson P., Wiklundh K., Axell E., Stenumgaard P. Mitigation of co-channel interference by transmit power control // 2015 IEEE International Symposium on Electromagnetic Compatibility (EMC) (16-22 Лид. 2015). Dresden, Germany, 2015. PP. 189-193. DOl; 10.1109/1SEMC.2015.7256156.
16. Пемировский А. С. Ворьба с замираниями при передаче аналоговых сигналов / А. С. Пемировский // М.: Радио и связь. 1984. с. 208.
17. Гусятииский И. А. Дальняя троиосфериая радиосвязь / И. А. Гусятииский, А. С. Пемировский, А. В. Соколов, В. П. Троицкий // М.: Связь. 1968. с. 248.
18. Стратоиович 1'. Л. Избранные вопросы теории флуктуации в радиотехнике / 1'. Л. Стратоиович // М.: Сов. радио. 1961. с. 558.
19. Барк Л. С. Таблицы распределения Релея-Райса / Л. Н. Вольшев, 11. 11. Кузнецов, Л. 11. Черепков // М.: ВЦ ЛН СССР. 1964. с.'248.
20. Ватсои Г. Н. Теория бесселевых функции: ч. 1. / Г. Н. Ватсои // М.: 1111Л. 1949. с. 797.
21. Грей Э. Функции Весселя и их приложения к физике и механике / Э. Грей, Г. В. Мэтыоз // М.: ИИ Л. 1953.
с. 372.
22. Стратоиович Р. Л. Принципы адаптивного приема / Р. Л. Стратоиович// М.: Сов. радио. 1973. с. 144.
References
[1] Pochornyaov V. M., Povkhlib V. S. C2. Mobile digital tropospheric radio relay station. Patent. 112217 Ukraine, application 12.09.2014, published on 08.10.2016. Bulletin №15.
[2] Pochornyaov V. M., Povkhlib V. S, Zaichenko V. V. Mobile digital tropospheric radio relay station. Patent. 120288 Ukraine, application 29.08.2017, published on 11.11.2019. Bulletin №21.
[3] Narytnyk T. M., Pochornyaov V. M., Povkhlib V. S. (2019). Digital tropospheric and radio relay lines: basics of calculation. Odessa: ON AT O.S.Popova, p.169. [In Ukrainian].
[4] Costev V.l. (2008). Fuzzy controllers in automatic control systems. K:"Radioam.ator", p. 972. [In Russian].
[5] Payasi Y., Shrivastava A., .Iain A. (2015). Negotiation based adaptive distributed power control algorithm in wireless communication system. 2015 International Conference on Computer, Communication and Control (JC4), Indore, India, pp. 1-5. DOl: 10.1109/1C4.2015.7375575.
[6] Bistritz 1. and Bambos N. (2019). The Power of Consensus: Optimal Distributed Multichannel Wireless Transmitter Power Control. ICC 2019 - 2019 IEEE International Conference on Communications (ICC), Shanghai, China, pp. 1-6. DOl: 10.1109/1CC.2019.8761391.
[7] Pal A. (2020). Transmit Power Reduction = Proportional Power Savings: Applicability of Transmit Power Control in Large-Scale Wireless Sensor Networks. IEEE Internet, of Things Magazine, Vol. 3, No. 1, pp. 20-24. DOl: 10.1109/10TM.0001.1900067.
[8] Leo W„ Kim M. and Cho D. (2018). Deep Power Control: Transmit Power Control Scheme Based on Convolutional Neural Network. IEEE Communications Letters, Vol. 22, No. 6, pp. 1276-1279. DOl: 10.1109/LCOMM.2018.2825444.
[9] Yang C. (2015). Channel Estimation for Inverse Power Control in Wireless Communication Networks. 2015 International Conference on Intelligent Information Hiding and Multimedia Signal Processing (11H-MSP), Adelaide, SA, Australia, pp. 138-141. DOl: 10.1109/11H-MSP.2015.26.
[10] Singh K. (2018). Optimal Power Control in Decentralized Gaussian Multiple Access Channels. IEEE Communications Letters, Vol. 22, No. 9, pp. 1938-1941. DOl: 10.1109/LCOMM.2018.2856240.
[11] Shi .1., Tao L„ Chen M. and Yang Z. (2015). Power control for relay-assisted device-to-device communication underlaying cellular networks. 2015 International Conference on Wireless Communications & Signal Processing (WCSP), Nanjing, China, pp. 1-6, DOl: 10.1109/WCSP.2015.7341217.
[12] Feng C„ Zhong Y., Quek T. Q. S. and Wu G. (2017). Power control in full duplex networks: Area spectrum efficiency and energy efficency. 2017 IEEE International Conference on Communications (ICC), Paris, pp. 1-6. DOl: 10.1109 / 1C C .2017.7997482.
[13] Sharma M. K., Murthy C. R. and Vaze R. (2019). Asymptotically Optimal Uncoordinated Power Control Policies for Energy Harvesting Multiple Access Channels With Decoding Costs. IEEE Transactions on Communications, Vol. 67, No. 3, pp. 2420-2435. DOl: 10.1109 / TC O M M.2018.2879926.
[14] Rasti M., Hasan M., Le L. B. and Hossain E. (2015). Distributed Uplink Power Control for Multi-Cell Cognitive Radio Networks. IEEE Transactions on Communications, Vol. 63, No. 3, pp. 628-642. DOl: 10.1109/TCOMM.2015.2397885.
[15] Eliardsson P., Wiklundh K., Axell E., Stenumgaard P. (2015). Mitigation of co-channel interference by transmit power control. 2015 IEEE International Symposium on Electromagnetic Compatibility (EMC), Dresden, Germany, pp. 189-193. DOl: 10.1109/1SEMC.2015.7256156.
[16] Nemirovsky A. S. (1984). Coping with fading in analog signal transmission. M.: Radio and communication, p.208. [In Russian].
[17] Gusyatinsky 1. A. (1968). Distant tropospheric radio communication. M.:Communication, p. 248. [In Russian].
[18] Stratonovich R. L. (1961). Selected questions of the theory of fluctuations in radio engineering. M.: Soviet radio, p. 558. [In Russian].
[19] Bark L. S. Bolshev L. N., Kuznetsov P. 1., Cherenkov A. P. (1964). Rayleigh-Rice distribution tables. M.: BL( AH CCCP p. 248* [In Russian].
[20] Watson G. N. (1949). The theory of Bessol functions: part 1. M.: 11L, p. 797. [In Russian], "
[21] Gray E., Matthews G.B. (1953). Bessol Functions and Their Applications to Physics and Mechanics. M.: 11L, p. 372. [In Russian].
[22] Stratonovich R. L. (1973). Principles of adaptive reception. M.: Soviet, radio, p. 144. [In Russian].
Система автоматической регулировки мощности передатчика СВЧ для комбинированных мобильных цифровых тропосферно-радиорелейных станций
Почерняев В. И., Повхлеб В. С., Сивкова H. М.
В статье исследуется адаптивная система автоматической регулировки мощности передатчика (АРМП). Система АРМП позволяет компенсировать флуктуации сигнала, изменяя мощность передатчика так, чтобы сигнал на приеме оставался постоянным. Использование АРМП актуально при работе средств связи СВЧ-диапазона по многолучевым каналам с замираниями, какими являются тропосферные каналы связи. Рассмотрено применение системы АРМП для перспективных комбинированных мобильных цифровых тропосферно-радиорелейных станций (МЦТрРРС). В работе отмечено, что наиболее эффективно система АРМП борется с медленными, сезонными и «суточным ходом» замираний. Однако наличие системы АРМП в цифровых тропосферных станциях связи позволяет также бороться с быстрыми замираниями, используя кратковременное увеличение мощности передатчика. Это позволяет существенно уменьшить время падения уровня сигнала ниже порогового и тем самым повысить надежность связи. В статье приводится приближенный расчет времени запаздывания сигнала на трассах тропосферных линий связи. В работе исследованы трудности реализации системы АРМП и показана возможная структурная схема такой системы для МЦТрРРС. Отмечено, что реализацию системы АРМП затрудняет создание мощного передатчика НВЧ, в том числе и твердотельного, способного, с одной стороны обеспечить достаточно большие пределы изменения мощности при высоком КПД, а с другой стороны - выдерживающего пиковые значения мощности, соответствующие наиболее глубоким и продолжительным замираниям сигнала. Наиболее проблематичным является установление порогового значения вероятности ошибки и порогового уровня принимаемого сигнала или отношения сигнал/(шум+помеха). Также отмечено, что требование правильного выбора порога регулирования является определённой сложностью реализации системы АРМП. В статье введен показатель энергетического выигрыша собственно самой системы АРМП станции СВЧ диапазона и представлены таблицы расчета этого показателя для закона Релея-Райса, закона Релея и логарифмически-нормального закона. Приведены выражения для нормированной корреляционной функции, радиуса временной корреляции тропосферного канала связи, интеграла вероятности и функции распределения Релея-Райса. В статье осуществлен переход от функции двух переменных к функции одной переменной и функция распределения Релея-Райса выражается через функции Весселя первого рода. В работе показана зависимость распределения амплитуд по закону Релея-Райса от надежности связи. В заключении работы предложено определение порогового значения и диапазона регулировки мощности системы АРМП, в том числе и для МЦТрРРС.
Ключевые слова: система автоматической регулировки мощности передатчика; обратный канал связи; мобильная цифровая тропосферно-радиорелейная станция; тропосферный канал связи; многолучевое распространение радиоволн; флуктуации сигналов; замирания сигналов; медленные замирания; ресурсная эффективность; функция распределения Релея-Райса; плотности вероятностей законов распределения
Automatic Transmitter Power Control System for Combined Mobile Digital Troposcatter-Radiorelay Stations
Pochernyaev V. M., Povkhlib V. S., Syvkova N. M.
The article examines the automatic microwave transmitter power control system (ATPCS). The ATPCS makes it possible to compensate for signal fluctuations by changing the transmitter power so that the signal at reception remains constant. The use of ATPCS is relevant for the microwave communication operations over multipath channels with fading, which include troposcatter communication channels. The application of the ATPCS system for perspective combined mobile digital troposcatter-radiorelay stations (MDTRRS) is considered. It is noted in the article that the ATPCS is most effective in combat slow fading, season fading and "diurnal variation". However, the presence of the ATPCS in digital troposcatter communication stations also makes it possible to combat fast fading by using a short-term increase the transmitter power. This makes it possible to significantly reduce the time of the signal level falls below the threshold level and thereby to increase the reliability of communication. An approximate calculation of the signal delay time on the paths of troposcatter communication lines is presented in the article. The difficulties of implementing the ATPCS are investigated and a possible structural diagram of such system for MDTRRS is shown. It is noted that the implementation of the ATPCS makes it difficult to create a powerful microwave transmitter, including a solid-state transmitter. The most problematic is the setting of a threshold value for the probability of error and the threshold level of the received signal or signal-to-noise ratio. It is noted that the requirement for the correct choice of the regulation threshold level is a certain complexity of the implementation of the ATPCS. In the article an indicator of the energy gain of the ATPCS of a microwave station itself is introduced and tables of this indicator calculating for the Rayleigh-Rice law, Rayleigh's law and the logarithmic-normal law are presented. Expressions for the normalized correlation function, the radius of the temporal correlation of the troposcatter communication channel, the probability integral and the Rayleigh-Rice distribution function are presented. The transition from a function of two variables to a function of one variable is carried out and the Rayleigh-Rice distribution function is expressed in terms of the Bessel functions of the first kind. The dependence of the distribution of amplitudes according to the Rayleigh-Rice law on the reliability of communication is shown. In conclusion, it is proposed to determine the threshold value and the range of power adjustment of the ATPCS, including the MDTRRS.
Key words: automatic transmitter power control system; reverse communication channel; mobile digital troposcatter-radiorelay station; troposcatter communication channel; multipath propagation of radio waves; signal fluctuations; signal fading; slow fading; resource efficiency; Rayleigh-Rice distribution function; densities of probability laws distribution
