Прогресс современной техники связи обусловлен использованием новых телекоммуникационных технологий: персональных и сетевых, в том числе предназначенных для систем сотовой связи (ССС). В России с 1993 г. успешно развивается федеральная сеть общеевропейского цифрового стандарта GSM, основанного на технологии с временным доступом абонентов в канал связиTDMA. Наряду с этим, достаточно широкое применение находят стандарты NMT, DAMPS, IS и другие, использующие технологии FDMA и CDMA, что приводит к росту конкуренции как между операторами связи, так и между производителями оборудования [67- 68]. Поэтому на первый план выходят вопросы, связанные с обеспечением:
— возможности предоставить потребителю стандартные по качеству услуги связи при их минимальной себестоимости [70];
— максимальной безопасности ССС для окружающей среды (пользователей связью, производственного персонала, населения и т. д.) по фактору электромагнитного излучения (ЭМИ) [31].
Каждый стандарт имеет в этом плане свои резервы [63, 64, 65], которые необходимо реализовать в кратчайшие сроки — поскольку от этого зависят конкурентоспособность и продолжительность жизни ССС разных стандартов. Стандарт GSM за рубежом и в России рассматривается как один из ведущих и наиболее перспективных для вхождения в мировую сеть ССС третьего поколения FPLMTS в составе европейской службы универсальной подвижной связи UMTS. В то же время возможности технологии TDMA еще далеко не исчерпанынуждаются в совершенствовании (особенно применительно к условиям России) методы проектирования и прогнозирования эффективности сетей GSM. Особую важность и практическую значимость приобретает обеспечение безопасности оборудования ССС по фактору ЭМИ.
В диссертационной работе исследованы два пути повышения эффективности ССС на основе стандарта GSM. Первый из них является перспективным и предполагает применение в рамках технологии TDMA процедуры совмещения операций демодуляции и декодирования (СДД) на основе алгоритма Кловского-Николаева (АКН) при использовании различных способов кодирования передаваемых сообщений. Второй путь базируется на решении актуальных научных задач, связанных с учетом влияния инфраструктуры крупного города на эффективность работы ССС, а также с анализом их экологической безопасности по фактору ЭМИ. Указанные исследования имеют тесную взаимосвязь и общую направленность — поскольку и применение СДД вместо РДД (раздельная демодуляция и декодирование), и совершенствование методов проектирования ССС ведут к снижению уровней ЭМИ в окружающей среде, обеспечивая тем самым улучшение экологических характеристик оборудования ССС.
Проблемы разработки алгоритмов СДД для стохастических многолучевых каналов с перемежением кодовых символов на передаче в литературе освещены очень скупо. Исследования их эффективности в цифровых мобильных сотовых системах радиосвязи в стандарте GSM и его модификаций (технология TDMA) безусловно актуальная задача теории и техники связи.
Исследования диссертации в плане обработки сигналов в радиоканале основываются на работах К. Хелстрома [113], Р. Кеннеди [41], JI.M. Финка [110], В. С. Мельникова [79], Т. Кайлата [37], В. И. Тихонова [107], Д. Д. Кловского [55, 56], М. Диторо [33], М. С. Ярлыкова [117], Н. Е. Кириллова [42], Н. П. Хворостенко [112], Ю. Г. Сосулина [105], Ю. С. Шинакова [108], А. П. Трифонова [108], А. И. Фалько [103], И. А. Цикина [75], Б. И. Николаева [84], В. Г. Карташевского [40], С. М. Широкова [115], Ю. В. Алышева [5].
В области кодирования и декодирования применительно к многолучевым радиоканалам (каналам с памятью) в диссертации использованы результаты работ Дж. Возенкрафта [14], И. Джекобса [14], У. Питерсона [94], Э. Уэлдона [94], Л. М. Финка [110], Г. Д. Форни [123−126] Ф. Мак Вильямса [76], Н. Слоена [76], Дж. Кларка [53], Дж. Кейна [53], В. И. Коржика [69], Э. Л. Блоха [13],.
В.В. Зяблова [13], Р. Блейхута [12], А. Витерби [19], Д. Омуры [19],.
A.И. Туркина [109].
Решение проблемы реализации и анализа эффективности СДД в стохастических каналах с МСИ способствует повышению эффективности оборудования ССС стандарта GSM. Настоящее исследование базируется на работах Д. Д. Кловского конца 50-х — начала 60-х годов [24, 57, 58, 59, 61] которые, по существу, легли в основу стандарта GSM. В этих работах впервые были изложены идеи и принципы построения адаптивных скоростных последовательных систем передачи дискретных сообщений (временное уплотнение канала при наличии многих источников сообщений) по многолучевым стохастическим радиоканалам с МСИ при периодическом зондировании канала и оптимальном поэлементном когерентном приёме с нулевой задержкой решения. Для упрощения реализации приемника Д. Д. Кловский предложил использовать обратную связь по решению (ОСР) о символах,^ переданных до анализируемого. В конце 60-х годов предложен алгоритм Кловского-Николаева (АКН) для субоптимального когерентного поэлементного приёма дискретных сообщений в каналах с МСИ при произвольной задержке решения, использующий периодическое зондирование канала и ОСР [56, 65, 84, 93, 132]. Несколько позже Г. Д. Форни [122] предложил использовать алгоритм Витерби для приёма дискретных сообщений в каналах с МСИ [119]. В конце 80-х годов С. А. Белоус, Д. Д. Кловский и.
B.Г. Карташевский [11] предложили обобщение АКН для СДД в каналах с МСИ и отсутствием перемежения символов на передаче при использовании свёрточных кодов и обработке сигнала на информационных тактовых интервалах. Известны также публикации об использовании алгоритма Витерби для СДД при сверточном кодировании и отсутствии перемежения символов на передаче. Это, прежде всего, работы Г. Д. Форни [123, 124, 125, 126], Дж. Хагенауера и П. Хоэра [127, 128, 131], А. Вена, С. Вена, Ф. Ванга [137].
В то же время теория помехоустойчивости последовательных систем передачи дискретных сообщений в каналах с МСИ (в частности, многолучевых радиоканалах) при СДД для случая перемежения символов, а также и для случая отсутствия перемежения символов на передаче в настоящее время разработана недостаточно. Выполненное в диссертационной работе исследование путей реализации и эффективности СДД в стохастических каналах с МСИ как при наличии, так и при отсутствии перемежения символов на передаче при использовании блоковых и свёрточных кодов является очередным шагом в решении актуальной научной проблемы, имеющем важное прикладное значение.
Методы проектирования сетей GSM базируются на рекомендациях GSM 03.30, в которых расчет напряженности поля сигнала в пределах зоны обслуживания ведется с использованием модели М. Хаты [130]. Известны также публикации А. Акеямы [118], У. Ли [72], У. Джейкса [99], У. Окумуры [136], Н. И. Бардина и Н. Д. Дымовича [9], Д. М. Ликонцева [73] и других исследователей, в которых рассматриваются особенности распространения радиоволн диапазонов ОВЧ и УВЧ в условиях крупного города. В России за последние годы принят ряд новых государственных нормативных документов, регламентирующих проведение электромагнитной экспертизы излучающих объектов (в том числе ССС). К их числу относятся ГН 2.1.8./2.2.4.019−94 [20]- СанПиН 2.2.4/2.1.8.055−96 [116], МУК 4.3.046−96 [87]- МУК 4.3.043−96 [89]- СанПиН 2.2.2.542−96 [22] Госкомсанэпиднадзора РоссииГОСТ Р 50 829−95 [29] Госкомстандарта России и др. Технической стороне обеспечения экологической безопасности радиосредств различного назначения, в том числе ССС, посвящены работы О. Н. Маслова [77, 78], А. Л. Бузова, В. А. Романова [7], Ю. М. Сподобаева, В. П. Кубанова [89], Ю. И. Кольчугина [66].
Однако в литературе практически нет сведений, подтверждающих соответствие реальных характеристик ЭМИ, создаваемых ССС разных стандартов, их расчетным значениям. Нуждается в постоянном обновлении и нормативная база для экспертизы ССС по фактору ЭМИ. Не решена проблема разработки и реализации системы обеспечения безопасности по фактору ЭМИ комплекса технических средств ССС как единого целого: от стационарного и мобильного оборудования до радиорелейной аппаратуры и ЭВМ. Изложенное позволяет считать тематику диссертационной работы в данной части также весьма актуальной, представляющей как теоретический, так и практический интерес.
Научные результаты, связанные с разработкой СДД для сотовых цифровых систем радиосвязи в стандарте GSM внедрены в АО «МОБИКОМ», г. Самара. Организационно-технические решения и выводы, изложенные в диссертации, апробированы и внедрены при разработке концепции развития ССС ЗАО «Средневолжская Межрегиональная Ассоциация радиотелекоммуникационных систем» (ЗАО «СМАРТС»), которая в настоящее время успешно реализуется в Поволжском регионе России. Кратко рассмотрим основные принципы и положения данной концепции [43].
Этапы развития ССС отражены на рис. В.1. Аналоговые системы указанных на левой части рисунка стандартов и типов: NMTAMPSTACS и др. принадлежат первому поколению ССС — они наглядно показали преимущества сотовых систем по сравнению с радиальными (имеющими одну центральную станцию для группы мобильных средств) [67]. Цифровые системы европейского стандарта GSM, американского DAMPS, японского JDC, в совокупности с системами беспроводного радиодоступа к АТС стандарта DECT и спутниковой связи LMSS, принадлежат ко второму поколению ССС, которые и в настоящее время, и на ближайшую перспективу — безусловные лидеры на мировом рынке услуг связи [29]. Перспективные ССС третьего поколения FPLMTS, как это видно из рис. В. 1, включают их в свой составнаряду с ССС,.
TACS.
Рис.В.1. Этапы развития ССС использующими кодовое CDMA и кодово-временное CTDMA разделение каналов с шумоподобными сигналами [17, 39].
Усилия европейских стран по созданию службы универсальной подвижной связи UMTS, как части FPLMTS, иллюстрирует рис. В.2. Как видно из рис. В.2, центральное место здесь занимают системы GSM и DECT (которая является развитием систем бесшнурового телефона CT), совместимые друг с другом. К ним добавляются цифровые сети с интеграцией служб ISDN, включающие телефонную сеть общего пользования PSTN и сети пакетной передачи данных PDN и др., а также сеть персональной связи PCN и европейская система передачи радиосообщений ERMEC. Создание UMTS подразумевает объединение функциональных возможностей всех имеющихся систем с предоставлением пользователю комплекса стандартизированных услуг подвижной связи: телефонии, передачи данных и факса, службы коротких сообщений и т. д. Концепция UMTS реализуется на принципах построения интеллектуальных сетей [15, 18]- разработка всех технических решений по UMTS завершается в 1998 году [30].
Стандарт GSM постоянно «укрепляет» свои позиции на мировом рынке услуг ССС за счет совместимости со стандартами DCS-1800 и PCS-1900, объединения сетей GSM и DECT, взаимодействия с системами спутниковой подвижной радиосвязи Iridium, Globalstar, Inmarsat-P. Сегодня он в наибольшей степени приближен к требованиям UMTS и FPLMTS, хотя уже прогнозируется проблема дефицита емкости ССС в густонаселенных районах [68, 91]. Предполагаются следующие способы увеличения емкости сетей стандарта GSM на ближайшее время:
— уменьшение размеров сот с переходом на микросотовую структуру, как наиболее простое, но, по-видимому, достаточно дорогое технико-экономическое решение;
Рис.В.2. Концепция развития ССС при создании UMTS.
— внедрение полу скоростных речевых каналов, что связано с применением в абонентских терминалах устройств преобразования аналоговых сигналов в цифровые на тактовых частотах в два раза ниже существующих (число каналов без увеличения полосы частот возрастает почти вдвое, внедрение полускоростных каналов планируется в текущем году);
— использование расширенного диапазона выделенных радиочастот E-GSM с дополнительной полосой 2×10 МГц к уже имеющемуся диапазону 2×25 МГц (если дополнительные частоты не используются другими радиосредствами);
— применение шестисекторных сот взамен трехсекторных (для более эффективных схем повторного использования радиочастот) путем использования направленных антенн БСприменение адаптивных антенных решеток;
— совместное развитие и интеграция сетей GSM и DCS-1800 при совмещении t их диапазонов частот, использование двухдиапазонных абонентских терминалов, обеспечении функций общего управления и «эстафетной передачи» (handover): при 50% объединении сетей емкость ССС удваиваетсяпри 80% - возрастает в шесть раз относительно независимой сети GSM без увеличения затрат, связанных с построением независимой сети DCS-1800 (возможность глобального роуминга открывается при создании трехчастотного абонентского терминала для протоколов GSM / DCS-1800 / PSC-1900) — г.
— объединение сетей GSM и DECT с формированием микросот и пикосот за счет системы DECT и использованием БС сети GSM на уровне макросот, что представляется оптимальным по стоимости решением в регионах с высокой нагрузкой (опытные сети GSM / DECT с использованием двухмодовых абонентских терминалов созданы фирмой Ericssonфирмой Italtel подготовлен к выпуску вариант системы радиодоступа DECT, полностью совместимый с GSM и т. п.).
В России концепция развития любой компании, занятой предоставлением населению услуг ССС [68], призвана обеспечить решение трех основных задач:
— утвердиться на внутреннем рынке телекоммуникаций, занять свою нишу и накопись первоначальный собственный капитал;
— реализовать ССС второго поколения, организовать ее эффективную и экономически выгодную эксплуатацию;
— определить пути своей интеграции в европейское и мировое телекоммуникационное пространство XXI века: исходя из концепций и схем совершенствования ССС, показанных на рис.В.1 и рис.В.2.
Концепция развития ССС ЗАО «СМАРТС» базируется на использовании оборудования стандарта GSM — при этом успешному решению первой задачи во многом способствовал опыт эксплуатации отечественной транкинговой системы связи общего пользования и производственного назначения «BOJIEMOT» в г. Самаре и Самарской области [23]. Используя опыт развития и эксплуатации системы «BOJIEMOT», удалось отработать ряд организационно-экономических, технических и экологических моментов, связанных с размещением ССС в современном городе, а также с особенностями сетей городской, междугородной и международной связи в России, без учета которых внедрение стандарта GSM весьма затруднено.
Концепцию развития сети ЗАО «СМАРТС» иллюстрирует рис.В. З. Можно видеть, что применение оборудования стандартов GSM и DECT непосредственным образом дает совместимость с UMTS. Учитывая, что внедрение DECT дает оператору возможность резко расширить круг своих клиентов, ЗАО «СМАРТС» планирует реализацию этой концепции с учетом следующего (см. рис.В.4).
Фирмой Italtel в настоящее время уже подготовлена к выпуску система радиодоступа DECT, имеющая стандартизированный «А» -интерфейс (это.
Рис.В. З. Концепция развития ССС ЗАО «СМАРТС». дает оператору возможность развернуть сеть DECT, используя емкость существующего Коммутатора сети GSM). Для абонентов DECT резервируется номерная емкость сети GSM, причем стоимость услуг в сети DECT будет существенно ниже по сравнению с сетью GSM. Это становится возможным за счет меньшей стоимости базовых станций RFP в подсистеме базовых станций BSS DECT по сравнению с базовыми станциями BTS в подсистеме BSS GSM при использовании вместо контролера базовых станций BSC в GSM стационарного управляющего блока CCFP в DECT (см. рис.В.4). Одна 8-канальная базовая станция RFP-DECT обеспечивает обслуживание до 40 стационарных абонентов с качеством, близким к качеству стационарной сети. Подсистема BSS DECT через «А» -интерфейс подключается к коммутационному центру MSC стандарта GSM, а через него — к автоматическим междугородной телефонной станции АМТС, транзитной межрегиональной станции АТМС и городской телефонной сети ГТС. Таким образом, согласно рис.В.4, использование оборудования DECT значительно расширяет рынок для оператора но, с другой стороны, требует включения коммутатора MSC на местном уровне, что является залогом успешной работы на рынке стационарного абонентского доступа.
Планируются следующие этапы использования сети DECT: а) BSS DECT как подсистема в существующей сети GSM, с целью уменьшения дефицита стационарных телефоновб) как самостоятельная сетьв) как часть интеллектуальной сети с функциями подвижности абонента и роуминга.
Данная схема развития ССС представляется наиболее эффективной по следующим соображениям. Во-первых, расширение ССС с макросотовой структурой (радиусы сот до 35 км) связано с переходом к микросотам.
Рис.В.4. Развитие сетей вБМ и БЕСТ. с радиусами сот, равными сотням метров) и пикосотам (с размерами сот порядка 10−60 м). Функционирование ССС на уровне микросот и пикосот обеспечивает бесшнуровой телефон DECT. Во-вторых, как это будет показано в четвертой главе, оборудование GSM и DECT обладает экологическими характеристиками (по фактору ЭМИ), которые примерно на порядок лучше, чем у других современных стандартов. По мере расширения сети безопасность аппаратуры GSM и DECT (в первую очередь мобильных радиосредств АС, что особенно важно), дополнительно улучшается за счет снижения излучаемых мощностей. В-третьих, в городах с неоднородной застройкой (что присуще большинству регионов России), схема размещения БС сети GSM может быть пространственно-неравномерной: с разной степенью взаимного перекрытия макросот, с микросотами и пикосотами или без них и т. д. [68].
Цели диссертационной работы:
— разработка теоретических основ й основ инженерной реализации алгоритмов СДД в стохастических каналах с МСИ (многолучевых каналах с замираниями) на основе АКН при наличии и отсутствии перемежения символов на передаче, использовании линейных блоковых и сверточных кодов;
— расчет и моделирование помехоустойчивости передачи дискретных сообщений в последовательных системах в стохастических каналах с МСИ при наличии и отсутствии перемежения символов на передаче, использовании линейных блоковых и сверточных кодов и СДД;
— разработка принципов вероятностного моделирования структуры ЭМИ в зоне обслуживания ССС с учетом инфраструктуры крупного города;
— разработка и реализация системы обеспечения безопасности комплекса технических средств ССС по фактору ЭМИ для окружающей среды.
Основные задачи исследования:
— поиск субоптимальных реализуемых алгоритмов СДД для стохастических каналов с МСИ при использовании линейных блоковых и сверточных кодов при отсутствии и наличии перемежения символов на передаче;
— моделирование вероятностных характеристик качества алгоритмов СДД и РДД при заданных моделях канала, кода и вида модуляции;
— расчет энергетического выигрыша СДД относительно РДД при заданных моделях канала, кода и вида модуляции;
— цифровая реализация предложенного субоптимального алгоритма СДД для ССС стандарта GSM;
— изучение статистических характеристик ЭМИ в зоне обслуживания ССС для определения числовых параметров вероятностных моделей, используемых при проектировании ССС и оценке эффективности их функционирования;
— разработка вероятностного метода определения границ зоны обслуживания ССС в реальных условиях их функционирования;
— определение реальных параметров безопасности оборудования ССС по фактору ЭМИ для разработки и реализации системы обеспечения экологической безопасности комплекса технических средств ССС.
Методы исследования. Задачи выполненных исследований решены на основе методов теории вероятностей и теории случайных процессов, статистической теории связи, метода статистических испытаний на компьютерной модели системы передачи сообщений (включая многолучевой канал с замираниями), на основе объектно-ориентированного программирования на языке С++.
Определение статистических характеристик ЭМИ и параметров безопасности оборудования ССС по фактору ЭМИ производились экспериментальным путем, с использованием теории организации и планирования научного эксперимента.
Научная новизна диссертационной работы состоит в том, что в ней;
— найдены субоптимальные адаптивные алгоритмы СДД на основе АКН для стохастических каналов с МСИ при использовании линейных блоковых и свёрточных кодов и наличии перемежения символов на передаче;
— получены аналитические выражения для вероятности ошибки на бит при использовании алгоритмов СДД и РДД (построенных на базе АКН и жесткого декодирования) в многолучевом канале с общими гауссовскими замираниями для двоичных линейных блоковых и свёрточных кодов при наличии и отсутствии перемежения символов;
— получены аналитические выражения для энергетического выигрыша СДД относительно РДД для детерминированного и стохастического многолучевого канала при наличии и отсутствии перемежения символов и заданных параметрах блоковых и свёрточных кодов;
— методом численного моделирования исследована зависимость вероятности ошибки на бит для РДД и предложенного СДД от параметров компьютерной модели многолучевого радиоканала при использовании двоичного свёрточного кода с кодовым ограничением v = 4, скорости кода R = ½, перемежения символов на передаче и сигналов ФМ-2 и выполнен расчет по данным моделирования энергетического выигрыша СДД относительно РДД применительно к стандарту GSM;
— разработана программа, реализующая найденный алгоритм СДД на сигнальном процессоре TMS-320c25 для цифровой сотовой мобильной системы радиосвязи в стандарте GSM;
— предложены модели сигнала в зоне обслуживания ССС в виде эквивалентных гауссовского и релеевского распределений, которые приближают известные вероятностные законы к реальным условиям функционирования ССС;
— на основе предложенных моделей разработан вероятностный метод определения границ зоны обслуживания ССС, используемый при проектировании сетей ССС и оценке эффективности их функционирования;
— экспериментальным путем исследованы статистические характеристики ЭМИ сигнала в зоне обслуживания действующей сети ССС стандарта GSM;
— определены параметры безопасности по фактору ЭМИ оборудования действующей сети ССС стандарта GSM.
Практическая ценность работы. Разработанный субоптимальный алгоритм СДД сигналов ССС в стандарте GSM позволяет повысить помехоустойчивость системы связи относительно случая использования алгоритма РДД или при заданной вероятности ошибки на бит уменьшить мощность излучения стационарного и мобильного оборудования на 3.8 дБ (в 1 зависимости от конкретных условий распространения радиоволн), что ведет к улучшению экологических характеристик ССС по фактору ЭМИ.
Найденные статистические характеристики ЭМИ в зоне обслуживания ССС определяют уточненные значения числовых параметров для вероятностных моделей (используемых при проектировании ССС и оценке эффективности их функционирования), что способствует оптимизации структуры, состава и стоимости ССС.
Найденные значения параметров безопасности стационарного и мобильного оборудования ССС необходимы для разработки и реализации системы обеспечения экологической безопасности комплекса технических средств ССС стандарта GSM по фактору ЭМИ.
Реализация результатов работы. Результаты диссертационных исследований в части разработки алгоритма СДД для мобильной связи в стандарте GSM внедрены в АО «Мобиком», г. Самара.
По итогам выполненных работ составлены санитарные паспорта по фактору ЭМИ для оборудования базовых станций (БС) сети GSM ЗАО «СМАРТС», размещенных в г. г. Самаре, Новокуйбышевске и Тольятти, согласованные с Самарскими городским и областным Центрами Госкомсанэпиднадзора России.
Подготовленный документ «Методика сертификации параметров безопасности мобильных радиосредств по фактору электромагнитного излучения» согласован с Самарским Центром стандартизации, метрологии и сертификации Госкомстандарта России и принят к использованию испытательной лабораторией технических средств связи Академии телекоммуникаций и информатики, г. Самара. В ЗАО «ЛИДС» внедрена система входного и текущего контроля параметров безопасности абонентских терминалов разных стандартов и типов по фактору ЭМИ, целью которой является гарантия их безопасности для здоровья потребителей услуг ССС. Результаты диссертационных исследований внедрены в учебный процесс ПГАТИ на кафедрах ТОРССРС и А.
Использование результатов диссертационной работы подтверждено соответствующими актами (Приложение 1).
Вклад автора в разработку проблемы. Все основные научные положения, выводы и рекомендации, изложенные в диссертации, получены автором впервые и лично. Теоретические и экспериментальные исследования, в том числе на действующей сети ССС ЗАО «СМАРТС», выполнены под его руководством и при непосредственном участии. Наличие соавторов отражено в совместных публикациях.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на II и VI Самарских международных симпозиумах телекоммуникаций (Самара, сентябрь, 1993 и 1997 г. г.), Всероссийской НПК «Безопасность жизнедеятельности и чрезвычайные ситуации» (Самара, май, 1997), Всероссийской НПК с международным участием «Экология и здоровье» (Самара, октябрь, 1997), IV Международной НТК «Радиолокация, навигация, связь» (Воронеж, 1998 г.), I Международной конференции «Цифровая обработка сигналов и её применение» (Москва, 1998 г.), Российской НТК ПГАТИ (Самара, 1998 г.).
Публикации. Результаты диссертационной работы опубликованы в 14 печатных трудах, в числе которых 6 статей, 1 авторское свидетельство на изобретение, тезисы докладов на 3 международных и 4 российских конференциях.
Основные положения, выносимые на защиту.
1. Субоптимальный двухэтапный адаптивный квадратурный алгоритм СДД для стохастических каналов с МСИ при использовании линейных блоковых и свёрточных кодов и перемежения символов на передаче.
2. Результаты аналитического расчёта вероятности ошибки на бит при СДД и РДД для каналов с МСИ и замираниями по общей гауссовской модели для двоичных линейных блоковых и свёрточных кодов с сигналами ФМ-2 при наличии и отсутствии перемежения символов на передаче.
3. Аналитическое выражение для энергетического выигрыша СДД относительно РДД для детерминированного и стохастического многолучевого канала при наличии и отсутствии перемежения символов и заданных параметрах блоковых и свёрточных кодов.
4. Результаты моделирования системы передачи дискретных сообщений в канале с МСИ при использовании РДД и предложенного СДД на компьютерной модели радиоканала (при использовании двоичного сверточного кода с кодовым ограничением v = 4, скорости кода R- ½, перемежения символов на передаче и сигналов ФМ-2 при вариации глубины декодирования, скорости замираний и отношения сигнал/помеха) и расчёта по этим данным энергетического выигрыша СДД относительно РДД применительно к стандарту GSM.
5. Программа реализации найденного двухэтапного алгоритма СДД на сигнальном процессоре TMS-320c25 для цифровой сотовой мобильной системы радиосвязи в стандарте GSM.
6. Вероятностные модели сигнала в зоне обслуживания ССС в виде эквивалентных гауссовского и релеевского распределений и метод определения границ зоны обслуживания ССС, разработанный на их основе.
7. Результаты определения статистических характеристик ЭМИ в зоне обслуживания действующей ССС стандарта GSM.
8. Результаты определения параметров безопасности по фактору ЭМИ стационарного и мобильного оборудования действующей ССС стандарта GSM.
9. Система обеспечения безопасности комплекса технических средств ССС по фактору ЭМИ для производственного персонала, пользователей связью и населения.
Автор считает приятным долгом выразить глубокую признательность своему научному руководителю, заслуженному деятелю науки и техники РФ, действительному члену Российской Академии инженерных наук, д.т.н., профессору Кловскому Д. Д., соавторам публикаций д.т.н., профессорам Маслову О. Н. и Николаеву Б. И., а также Алышеву Ю. В. и другим сотрудникам кафедр «Теоретические основы радиотехники и связи», «Системы радиосвязи и антенны» Поволжской Государственной Академии телекоммуникаций и информатики и работникам ЗАО «СМАРТС» за поддержку и помощь в работе над диссертацией.
Выводы к главе 4.
1. Источники электромагнитного излучения (ЭМИ) классифицированы и разделены на четыре основные группы:
— стационарное оборудование БС;
— мобильное оборудование АС;
— оборудование цифровых PPJI;
— ВДТ персональных компьютеров.
2. Показан глобальный характер проблемы обеспечения безопасности новейших, персональных средств связи, в том числе ССС — с учетом динамики их нынешнего и прогнозируемого развития в России и в мире.
3. Выполнен анализ действующей нормативной базы для оценки влияния ЭМИ на производственный персонал, пользователей ССС и ЭВМ, а также население, проживающее на селитебной территории, прилегающей к БС. Показано, что, несмотря на разную ведомственную принадлежность и отдельные противоречия, имеющиеся НД позволяют проводить экспертизу излучающих средств ССС расчетным и экспериментальным путем согласно требованиям Госкомсанэпиднадзора России, Госстандарта России и Госэкспертизы условий труда РФ. Экспертизу объектов и анализ параметров безопасности ССС предложено производить методами теории организации и планирования научного эксперимента.
4. Получены результаты исследования безопасности оборудования восьми первых БС и оборудования цифровых РРЛ сети GSM ЗАО «СМАРТС», размещенных в г. г. Самаре, Новокуйбышевске и Тольятти. По итогам выполненных работ составлены санитарные паспорта объектов по фактору ЭМИ, согласованные с Самарскими городским и областным центрами Госкомсанэпиднадзора России. Показано, что БС стандарта GSM и РРЛ являются экологически чистыми радиосредствами, поскольку они полностью безопасны для окружающей среды.
5. Предложена методика оценки и сертификации параметров безопасности по фактору ЭМИ мобильных малогабаритных радиосредств, согласованная с Самарским областным центром стандартизации, метрологии и сертификации Госстандарта России. На ее основе разработана и внедрена в ЗАО «СМАРТС» и ЗАО «ЛИДС» система входного и текущего контроля параметров безопасности абонентских терминалов разных стандартов и типов по фактору ЭМИ, целью которой является гарантия безопасности пользования АС для здоровья всех потребителей услуг ССС.
6. В соответствии с требованиями Госэкспертизы условий труда РФ, разработана и внедрена система обеспечения постоянной безопасности компьютерных рабочих мест по фактору ЭМИ для ЗАО «СМАРТС» и ЗАО «ЛИДС». Имеющиеся рабочие места обследованы и аттестованы по безопасности условий труда производственного персонала. Выявлено существенное влияние фона по напряженности Е-составляющей поля в полосе частот 5 Гц.2 кГц на результаты аттестации компьютерных рабочих мест по фактору ЭМИ. Определены мероприятия по улучшению метрологической точности проводимых измерений и оздоровлению электромагнитной обстановки на рабочих местах (экранирование посторонних источников низкочастотного ЭМИ, применение систем контурного заземления цепей питания ЭВМ, рациональное размещение ВДТ в помещении и т. п.).
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
.
Выполненные исследования содержат два раздела.
В первом получены новые результаты по исследованию помехоустойчивости последовательных систем передачи дискретных сообщений в каналах с МСИ (с многолучевым распространением радиоволн) при использовании линейных блоковых и сверточных кодов в условиях наличия и отсутствия перемежения кодовых символов на передаче, а также предложен новый квадратурный двухэтапный алгоритм СДД для стохастического канала с МСИ при перемежии символов на передаче и учете параметров мобильной сотовой системы радиосвязи в стандарте GSM. Наиболее существенные результаты, полученные в этом разделе.
1. найдены субоптимальные адаптивные алгоритмы СДД для стохастических каналов с МСИ при использовании блоковых и сверточных кодов и наличии перемежения символов на передаче;
2. получены аналитические выражения для вероятности ошибки на бит при использовании алгоритмов СДД и РДД (построенных на базе АКН и жесткого декодирования) в многолучевом канале с общими гауссовскими замираниями для двоичных блоковых и сверточных кодов при наличии и отсутствии перемежения символов, а также для энергетического выигрыша СДД относительно РДД для детерминированного и стохастического многолучевого канала при наличии и отсутствии перемежения символов и заданных параметрах блоковых и свёрточных кодов;
3. методом численного моделирования исследована зависимость вероятности ошибки на бит для РДД и предложенного СДД от параметров компьютерной модели многолучевого радиоканала (при использовании двоичного свёрточного кода с кодовым ограничением 4, скорости кода л = ½, перемежения символов на передаче и сигналов ФМ-2) и выполнен расчет энергетического выигрыша СДД относительно РДД для сигналов, определяемых стандартом GSM- 4. разработана программа, реализующая найденный алгоритм СДД на сигнальном процессоре TMS-320c25 для цифровой сотовой мобильной системы радиосвязи в стандарте GSM;
Реализация предложенного алгоритма СДД в мобильных сотовых системах радиосвязи в стандарте GSM может обеспечить энергетический выигрыш (по сравнению со случаем обработки сигнала по алгоритмам РДД) в пределах 3.8 дБ (в зависимости от местных условий распространения радиоволн) и не требует существенного перепрограммирования приемного процессора. Основные результаты, полученные во втором разделе диссертации.
1. предложены модели сигнала в зоне обслуживания ССС в виде эквивалентных гауссовского и релеевского распределений, которые приближают известные вероятностные законы к реальным условиям функционирования ССС;
2. на основе предложенных моделей разработан вероятностный метод определения границ зоны обслуживания ССС, используемый при проектировании сетей ССС и оценке эффективности их функционирования;
3. экспериментальным путем исследованы статистические характеристики ЭМИ сигнала в зоне обслуживания действующей сети ССС стандарта GSM;
4. определены параметры безопасности по фактору ЭМИ оборудования действующей сети ССС стандарта GSM.
Таким образом, полученные во второй части исследования результаты позволят лучше учитывать влияние инфраструктуры крупного города на эффективность работы ССС и улучшить анализ их экологической безопасности по фактору ЭМИ.
В целом можно сказать, что решение задач первого и второго разделов диссертации позволит улучшить экологическую обстановку для населения и тем самым решить важную народнохозяйственную задачу.
