Оптимизация зон действия базовых станций цифровой транкинговой связи на внутренних водных путях

УДК 621.391.6:656.621 В. М. Журавлев,

аспирант,

СПГУВК

ОПТИМИЗАЦИЯ ЗОН ДЕЙСТВИЯ БАЗОВЫХ СТАНЦИЙ ЦИФРОВОЙ ТРАНКИНГОВОЙ СВЯЗИ НА ВНУТРЕННИХ ВОДНЫХ ПУТЯХ

OPTIMIZATION OF BASE STATION COVERAGE OF DIGITAL TRUNKED RADIO

ON INLAND WATERWAYS

Рассматривается задача оптимизации зоны действия транкинговой береговой радиостанции в условиях аддитивных и мультипликативных помех в информационных каналах и стохастическом влиянии заграждающего рельефа.

The task of optimization of the base station coverage of digital trunked radio is examined within the terms of additive and multiplicative disturbances in information channels and stochastic influence of an obstructing relief.

Ключевые слова: внутренние водные пути, автоматические системы управления движением судов (АСУ ДС), транкинговые радиостанции, заграждающий рельеф, вероятность ошибки, зона действия, чувствительность приемника.

Key words: inland waterways, automatic vessel traffic service, trunked radio stations, obstructing relief, probability of error, coverage, receiver sensitivity.

В ПОСЛЕДНЕЕ десятилетие при построении подсистем связи в автоматизированных системах управления движением судов (АСУ ДС) на внутренних водных путях (ВВП) серьезное внимание специалистов уделяется транкинговой радиосвязи, работающей в УКВ-диапазоне.

Для обоснования и выбора топологической структуры транкинговых систем в регионе ВВП, прежде всего применительно к условиям ГБУ «Волго-Балта», «Волго-Дона», «Азово-Ростова», требуется решение задачи по определению радиуса действия каждой транкинговой зональной радиостанции в бассейне.

В данной работе рассматривается математическое обеспечение построения подсистемы транкинговой радиосвязи в АСУ ДС на основе цифрового стандарта ТЕТЯЛ для регионов «Волго-Балта», «Волго-Дона», «Азо-во-Ростова».

Оптимизационная задача для транкин-говой радиосвязи основывается, очевидно, на стохастической модели иного, чем для аналоговых сообщений, типа. Здесь в качестве анализируемого на экстремум соотношения выступает Р — зависимость от R эквива-

-1 ош. экв

лентной вероятности ошибки в приеме кодо-

вой комбинации. Тогда оптимальный радиус зоны транкинговой станции находится из решения:

К* = “бл т1п С.ЭКВ

где R — расстояние между корреспондентами.

В данной статье ограничимся частным, но весьма распространенным на практике случаем, когда дополнительное кодирование отсутствует и в качестве Р выступает

ош. экв

Рош — различные модификации выражений для полной вероятности ошибки поэлементного приема дискретных, цифровых сообщений. Поскольку обычно Раш(К) имеет монотонный характер, то задача (1) сводится к отысканию такого граничного значения радиуса зоны действия транкинговой береговой станции, когда имеет место

С.=и*[р..

где Ртреб = 10-4 — требуемая вероятность ^__

Рассмотрим конкретные, имеющие самостоятельное значение примеры решения (2). При этом основное внимание следует уделить получившей наибольшее распространение в УКВ-радиосетях частотной модуляции,

Выпуск 3

Выпуск 3

использующей ортогональные в усиленном смысле простые сигналы двух частот.

Известно, что при некогерентном приеме ЧМ-сигналов выражения для полной вероятности ошибки поэлементного приема имеет вид

1 -ь2(Ю Р0ЛК) = -е 2

1 —

1 в4

= -е к

2

где (4) ^^пртш

параметр канала радиосвязи, определяющий его потенциальные возможности без учета случайного расстояния между корреспондентами, P = 10Ч1(Вт) — чувствитель-

’ пр Ш1П 4 ' *

ность (минимально допустимая мощность сигнала приемника при входе). Для (3) возможны два способа решения в (2) — графоаналитический и аналитический. При графоаналитическом решении по выражению для вероятности ошибки строится соответству-

ющая кривая Р (Я), а затем на требуемом уровне Ртреб проводится горизонталь, точка пересечения которой с кривой и определяет величину Д^.

Для иллюстрации этого на рис. 1 по (3) построены зависимости вероятности ошибки Рош от R [км], для h = 20 м.

При аналитическом решении (2) совместно с (3) имеем

попт _ 1

Лсред(км) 4/

Р

Результаты решения (5) для различных параметров из (4) даны на рис. 2, 3. Это соотношение при Ртреб = 10-4 приводит к аналогичным для численным решениям (3).

На рис. 2, 3 по (3) построены зависимости вероятности ошибки Рош от R [км], при Pпp Ш1П = 92 дБ(10 9 Вт), 112 дБ(10п Вт), 120 дБ(1012 Вт).

1114^

Рис. 2. Зависимость Рош от Я при hl = 10 м при h2 = 20

м

Выпуск 3

Выпуск 3

Таблица 1

Значение оптимального радиуса зоны действия транкинговой радиостанции

№ кривой й1[м] ]г2[м\ Р пр Ш1П ТЛ опт сред

1 10 20 92 дб 2,2

2 10 20 112 дб 7,1

3 10 20 120 дб 12,6

Таблица 2

Значение оптимального радиуса зоны действия транкинговой радиостанции

№ кривой гі[м] г2[м] Р пр Ш1П Г) опт сред

1 10 40 92 дб 3,1

2 10 40 112 дб 9,9

3 10 40 120 дб 17,6

Поскольку (3) определяет потенциальную помехоустойчивость некогерентного приема двоичной ЧМ последовательности,

~ Г)опт

то найденные решения для Ясред определяют потенциально достижимые для указанных радиотрасс размеры оптимальных зон тран-кинговых станций для АСУ ДС.

На рис. 4, 5 показана зависимость вероятности Р от мощности передатчика 2, 7, 10 Вт, при чувствительности 92 дБ, 112 дБ соответственно.

На рис. 4 представлен пессимистичный вариант чувствительности приемника.

ІЄ

ю

5

Э

о

л

й

о

X

I-

§

а

ш

Ш

0,1

0,01

0,001

0,0001

0,00001

0,000001

0,0000001

0,00000001

Рош от Р при Ри = 2 Вт Рош от Р при Ри= 7 Вт РошотРпри Ри= 10 Вт

0,5 2,5 4,5 6,5 8,5 10,5 12,5 14,5 16,5 18,5 20,5 22,5 24,5 26,5 28,5

Расстояние, км

Рис. 5. Зависимость Рош от Я при 112 дБ

Нго]

Выпуск 3

Выпуск 3

На рис. 5 показан оптимистичный вариант чувствительности приемника.

При работе системы радиосвязи на различных рельефах местности выражение для вероятности ошибки при некогерентном поэлементном приеме ЧМ-сигналов можно представить в виде

„ 1

Рп =—ехр

ош 2

к

R

o,if0(y) — 10 Ьэ

сред [км]

где у = -

в4 -Jr

Нп V

,5 — коэффициент,

характеризующий математически профиль трассы, — расчетный

просвет, к=К1/Ксред — отношение расстояний до препятствия и между корреспондентами, Ь„ =-т- Л — радиус сферы, аппрокси-

-1.0 2 V 3

мирующей реальное препятствие.

Графоаналитическое решение в (2) с учетом (6) представлено на рис. 6, где показана зависимость Р от Я [км], для чувстви-

тельности 112 дБ, H

= 20 м и k = 0,5. Для

любых Р , = 10 2^10 4 имеет место сущест-

треб ^ '

венное снижение радиуса зоны транкинговой базовой станции (сравнить с рис. 1).

Аналитическое решение (2) с учетом (6) приводит к результату:

пот _ 4

-"сред *

JC-10

.

Проведенный анализ зависимости при передаче цифровых сообщений транкин-говых станций достаточно полно описывает тенденции и количественный характер поведения оптимального радиуса зоны действий береговой базовой станции при изменении важнейших параметров радиоканала.

Список литературы

1. Доровских А. В. Сети связи с подвижными объектами / А. В. Доровских, А. А. Сикарев. — Киев: Техника, 1989. — 158 с.

2. Библиотека математических таблиц. Таблицы вероятности функций / под ред. А. С. Барка. — М.: ВЦ АН СССР, 1970. — Т. II.

3. Зайцев А. И. Топология построения подсистем УКВ-радиосвязи для АСУ ДМФ Финского залива / А. И. Зайцев, А. А. Сикарев // Связь на море и реке-2008: материалы V Междунар. форума. — М.: Морсвязьспутник, 2008.

4. Овчинников А. М. Открытые стандарты цифровой транкинговой радиосвязи / А. М. Овчинников, С. В. Воробьев, С. И. Сергеев. — М: МЦНТИ, 2000. — 27 с.