CC BY
8
УДК 621.391.26:519.233.8
Л.И. Тихонов, АЛ. Tikhonov, e-mail: tikhonovanatolii@yandex:.ru А.Ю. Никифорова, A.Y. Nikiforova, e-mail: [email protected] К.В. Брезгин, К. V. Brezgm, e-mail: misha_collms@}nail. ru M.H. Ряполов, M.N. Ryapolov, e-mail: [email protected] И.Ю. Сотников, 1.7. Somikov, e-mail: [email protected] T.C. Тривайлов, T.S. Trievilov, e-mail: [email protected] Омский государственный технический университет. г. Омск. Россия Omsk State Technical University, Omsk, Russia
ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ СОВРЕМЕННЫХ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ КАНАЛОВ РАДИОС ВЯЗИ И ВЧ СВЯЗИ ПО ВЫСОКОВОЛЬТНЫМ ЛИНИЯМ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ
PRINCIPLES OF CONSTRUCTION OF MODERN ENERGY SAVING RADIO CHANNELS AND RF COMMUNICATION ON HIGH-VOLTAGE POWER LINES
В стапье проншоднтся сравнительная оценка эффективности каналов передачи дискретной (цифровой) информации по критериям энергетических затрат на передачу единицы количества информации и полосы пропускания. Показывается, что минимальные затраты энергии и использования полосы на передачу единицы количества информации достигаются выбором внда манипуляции и ее основания кода.
The article is a comparative evaluation of the effectiveness of channels of discretetion (digital) information on the criteria of energy costs on the transfer of units of information and bandwidth. It is shown that the дшдшшп energy consumption and bail dwidth utilization oil the transfer of units of information reaches are the choice of type of manipulation and its base package.
Ключевые слова: канты, информация, дискретный, энергетические затраты, полоса пропускания, мшатупягщя
Keywords: channels, information, discrete, energy com, bandwidth, manipulation
Современное развитие практически всех сетей связи осуществляется на основе перевода аналоговых каналов на дискретные (цифровые), преимущества которых можно обобщить следующими факторами:
1) При равной ширине полосы частот, занимаемой в линии, увеличивается пропускная способность, как в части передачи речи, так и в части передачи данных;
2) Отсутствует необходимость в специальных модемах: для передачи данных;
3) Увеличивается гибкость в возможностях передачи информации;
4) Достигается простая интеграция ВЧ канате в цифровую сеть связи;
5) Повышается стабильность работы каналов и аппаратная надежно cm ь [ 1J
Соответствующий современный уровень развития информационных технологий, а
также успехи теории и цифровых методов формирования и обработки эффективных сигна
373
лов - основных носителей информации, позволяют строить реальные линии передачи дискретной информации (передающее устройство, физическая среда, приемное устройство), в которых выбраны наилучшие сигналы, рационально использующие свою энергию на основе оптимального способа их формирования и приема [2,7]. Передающая часть такой линии, как известно, осуществляет совокупность операций, связанных с преобразованием дискретных сообщений в сигналы, то есть, реализует дискретный способ передачи. Эги операции включают кодирование передаваемой дискретной информации и манипуляцию.
Способ передачи дискретной информалин можно выразить операторным соотношением:
(1)
где 1>ПрР - оператор способа передачи; Ок - оператор кодирования: 1>м - оператор модуляции.
Примечание Оператором называется символ, который ставится перед функцией и показывает выполнение некоторого действия, приводящего к новой функции.
Выражение (1) определяет математические преобразования, адекватные физическим операциям преобразования сообщения в сигналы.
Сигналы {£¿(0), приходящие в точку приема, могут существенно отличаться от излученных передатчиком не только своей энергией, но и статистическими характеристикам и спектральным составом.
Влияние среды на распространяющиеся в ней сигналы можно описать операторным соотношением:
{^(0) = А {5Ш(01 = А " Акр ШОК (2)
где Д, - оператор среды распространения
На входе приемного устройства действует дискретно-непрерывный случайный процесс:
>{<М'5'.(Ф £»,(<), (3)
;=1
где ^ - случайный процесс, соответствующий сумме аддитивных помех.
>=1
Приемная часть линии дискретной информации осуществляет операции, связанные с преобразованием дискретных сигналов, принимаемых на фоне помех. Совокупность этих операций называется способом приема. Математически его можно описать операторным соотношением:
пр
(4)
где £>пр - оператор способа приема. Его можно представить в виде произведения двух операторов, один из которых Ди соответствует процессу демодуляции сигнала, а другой А, - декодирования.
&(/)}+!>,(/) (5)
Учитывая операторные соотношения, соответствующие передаче, приему и влиянию среды, весь процесс передата информации по линии связи можно записать в операторной форме:
дк ^лм
д-АА-М+Е»» <6)
и
Рассмотренный подход позволяет описать процесс передачи дискретной информации формализованной математической моделью.
В любой линии передачи дискретных сообщений присутствуют три основных фактора. определяющие степень соответствия между переданным и принятым сообщениями (достоверность или точность передачи):
1) наличие помех (аддитивных или нупышшикагшноых);
2) неидеальностъ и нестабильность характеристик линии передачи дискретной информации;
3) случайность характеристик среды распространения сигнала и помех.
Следовательно, оптимизация линии передата дискретной информации с математической точки 'зрения сводится к оптимизации выражения
А: }+£>>) , (7)
■И
чтобы при требуемой достоверности передачи информации обеспечивался минимум затрат в соответствии с принятыми критериями.
Сказанное можно записать в виде формального соотношения
пр
{х,}=оРАц
пр
X
А ЯпфМ+Е«/') К сю
которое соответствует передаче информации с минимальными затратами при условии заданного соотношения между принятым множеством {х,-} и переданным множеством являющимся в скобках выражений (7) и (8) сомножителем оператора способа передачи 1)пер.
Непосредственно воздействовать на оператор Вс невозможно, гак как свойства среды практически неуправляемы. По этой причине оптимизация линии передата дискретной информации может быть достигнута только оптимальным совместным выбором операторов Г>пер и £>пр, то есть совместным выбором оптимальных способов передачи и приема.
При такой постановке задачи оптимизация линии передачи дискретной информации сводится к оптимизации минимальных затрат энергии с учетом действия помех и влияния среды [2,3].
Практически оптимизация операторов Бпер и Одр, выполненная в [3], зависит от вида манипуляции и основания кода.
Сравнительный анализ [3] показывает, что для получения заданного качества приема, определяемого величиной требуемой вероятности ошибки Рвш, наиболее рационально использовать следующие уравнения для идеальных каналов с использованием удобного табличного интеграла Лапласа Ф (X) = Ф:
1-Й
А.
42
ошАМ
1-ф(А )
огиЧМ 2
1 - ФШ - ъ,)
Оптимизация систем передачи дискретной информации по выбору операторов Dnep и Dnp достигается путем рационального выбора оптимального сигнала и его идеального формирования и приема.
Исследования, проведенные в [4, 5, 6, 7], показывают, что таким с Игнатом является широкополосный (ШПС) последовательный многочастотный (ПМЧ) сигнал с многопозиционным методом формирования и приема.
Формирование ШПС ПМЧ сигналов на основе «изотопного:» метода латинского квадрата и приема таких сигналов с основанием многопозициоиного кода М>2 позволяет строить дискретные информационные каналы с минимальными затратами 'энергии и полосы на передачу единицы количества информации с заданным качеством [8]_
Если в основу генерации псевдослучайных матрип положить метод изотопии некоторого латинского квадрата, то, например, при М=1б имеется (16!)3 квадратов псевдослучайных последовательностей, которые современной супер-ЭВМ (США) с быстродействием
6-Ю13 операций1 с могут быть перебраны за 5- 101S лет [б].
Анализ проведенных исследований [4] показывает, что при воздействии гармонической помехи изотопный метод имеет определенный энергетический выигрыш по сравнению с другими методами.
Выводы:
Построение цифровых каналов различного назначения с минимальными затратами энергии и полосы на передачу одного била информации с заданным качеством реализуется при использовании фазовой манипуляции и многопозшшонного кода с основанием больше двух.
Библиографический список
1 «Заблуждения» или место цифровой ВЧ аппаратуры в сетях связи энергетиков URL: http: //tgjgngxлиц.ллЛibrary_ 10 .htm
2. Семенов И.И. Широкополосные системы радиосвязи: учеб. пособие. - Омск: Изд-во ОмГТУ, 2002. - 92 с.
3. Сандерс Р.В. Сравнение 'эффективности некоторых систем связи / Р. В. Сандерс И Зарубежная радиоэлектроника. - 1960. - № 12. - С. 10-1S
4. Пусв В.В Методы формирования последовательных многочастотных псевдослучайных сигналов и их сравнительная эффективность / В.В. Пусь // Известия вузов. Радиоэлектроника. - 1992. - Т. 32. - № 5. - С. 25 - 31.
5. Пусь В.В. Теория и методы обработки последовательных многочастотных сигналов в системах связи сверхнизких и очень низких частот: дис. д-ра техн. наук / В. В Пусь. -СПб., 2001.-334 с.
6. Пусь В.В. Инвариантный прием многопозишюнных некогерентных сигналов / В. В. Пусь II Радиоэлектроника. - 1983. - Т. 26. - № 12. - С. 21-26.
7. Семенив И. И. Принципы построения эффективных каналов радиосвязи и высокочастотной связи по линиям электропередачи И Высокочастотная связь, электромагнитная совместимость, обнаружение и плавка гололеда на линиях электропередачи : Сб. докладов Всероссийской научно-практ. конференции / И.И. Семенов, А.И. Тихонов. - Казань: Казан гос. энерг. ун-т, 2010. - С. 3 - 10.
Е. Коровин С Д. Современные радиоэлектронные средства и технологии: учебник для курсантов и студентов военных и гражданских вузов / С. Д. Коровин, С. Е. Мегелев, А. А. Соловьев. А. И. Тихонов. - Екатеринбург: Изд-во Велар, 2014. - 654 с.
