Исследование зависимости оптимального радиуса зоны действия цифровой транкинговой станции от основных параметров радиоканала в условиях взаимных помех

Используя предложенную зависимость (5), можно совершить переход к нормированию риска с определением максимально допустимой вероятности возникновения отказа элементов СЭУ при фиксированной величине допустимых суммарных потерь судовладельца в случае аварии.

Список литературы

1. Хан Дж. Дж. Ускоренный анализ надежности / Дж. Дж. Хан, Н. Доганаксой, У. К. Микер // Методы менеджмента качества. — 2009. — № 7.

2. Сикьюриус П. Формализованная оценка безопасности: Обзор: учеб. курс МАКО по ФОБ / П. Сикьюриус, Р. Скьонг, Д. Дасгупта. — 2005.

3. Kontovas C. A. Formal Safety Assesment. Critical Review and Future Role / A. C. Kontovas // Diploma Thesis — National Technical University of Athens. — 2005.

4. Molland A. F. The Maritime Engineering Reference Book: A guide to ship design, construction and operation / A. F. Molland. — Burlington, UK: Elsevier, 2008.

5. Захаров А. А. Формализованная оценка безопасности — универсальный инструмент для снижения риска на транспорте / А. А. Захаров // Транспорт Российской Федерации. — 2006. — № 3.

6. Litai D. Методология сравнения рисков для оценки критериев приемлемости: докторская дис. / D. Litai; Массачусетский ин-т технологии. — Кембридж, Массачусетс, 1980.

7. Даниловский А. Г. Модели технико-экономического анализа судовых энергетических установок: учеб. пособие / А. Г. Даниловский, В. А. Бируля. — СПб.: Издат. центр СПбГМТУ, 2000.

УДК 621.391.6:656.621 В. М. Журавлев,

аспирант, СПГУВК;

С. В. Рудых,

докторант, СПГУВК

ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТИ ОПТИМАЛЬНОГО РАДИУСА ЗОНЫ ДЕЙСТВИЯ ЦИФРОВОЙ ТРАНКИНГОВОЙ СТАНЦИИ ОТ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ РАДИОКАНАЛА В УСЛОВИЯХ ВЗАИМНЫХ ПОМЕХ RESEARCH OF OPTIIMAL RADIUS DEPENDENCE OF TRANKED RADIO ON RADIOCHANNEL PARAMETERS WITHIN THE TERMS OF INTERBURST INTERFERENCE

Рассматривается задача оптимизации зоны действия цифровой транкинговой радиостанции в условиях взаимных помех при различных параметрах канала.

The task of optimization of the base station coverage of digital trunked radio is examined within the terms of interburst interference and different radio channel parameters.

ж

Ш

Ключевые слова: внутренние водные пути, автоматические системы управления движением судов (АСУДС), транкинговые радиостанции, взаимные помехи, зона действия, мощность передатчика, вероятность ошибки.

Key words: inland waterways, automatic vessel traffic service, trunked radio stations, interburst interference, coverage, transmitter power, probability of error.

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 как средству повышения эффективности мониторинга и управления транспортным процессом.

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», «Азово-Ростова» с учетом основных параметров радиоканала, а также при воздействии взаимных помех.

Оптимизационная задача для транкинговой радиосвязи основывается, очевидно, на стохастической модели иного, чем для аналоговых сообщений, типа. Здесь в качестве анализируемого на экстремум соотношения выступает Р — зависимость от Я эквивалентной вероятности

А ош.экв А

ошибки в приеме кодовой комбинации. Тогда оптимальный радиус зоны транкинговой станции находится из решения:

КЬ = “В* ™ ^ош.экв

где Я — расстояние между корреспондентами.

В данной статье ограничимся частным, но весьма распространенным на практике случаем, когда дополнительное кодирование отсутствует и в качестве Рош экв выступает Рош — различные модификации выражений для полной вероятности ошибки поэлементного приема дискретных, цифровых сообщений. Поскольку обычно Рош (Р) имеет монотонный характер, то задача (1) сводится к отысканию такого граничного значения радиуса зоны действия транкинговой береговой станции, когда имеет место:

где Ртреб = 10-4 — требуемая вероятность ошибки.

Рассмотрим конкретные, имеющие самостоятельное значение примеры решения (2). При этом основное внимание следует уделить получившей наибольшее распространение в УКВ-ра-диосетях частотной модуляции, использующей ортогональные в усиленном смысле простые сигналы двух частот.

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

* -И2 (К) . _к_

ып-?1-г"’ (3) <ш

где

— параметр канала радиосвязи, определяющий его потенциальные возможности без учета случайного расстояния между корреспондентами, Рпр тш = 10-11 (Вт) — чувствительность (минимально

Выпуск 3

Выпуск 3

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 соответствующая кривая Рош (Я), а затем на требуемом уровне Ртреб проводится горизонталь, точка пересечения которой с кривой и определяет величи-

перед тре

ну ОПТ •

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

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

ПОПТ _

Лсред(км) — 4

Это соотношение при Ртреб = 10-4 приводит к аналогичным для К°фЛ численным решениям (3).

к

треб

Рис. 1. Зависимость Рош от Я при к1 = 5 м; 10 м; 15 м при к2 = 20 м

При оптимизации параметров зон береговых транкинговых станций принципиально важно рассмотреть случай, когда перемещение корреспондентов (судовых транспондеров) относительно базовой станции носит случайный характер. При исследовании этой ситуации рассмотрим два поддиапазона УКВ: УКВ морской подвижной службы (МПС) и речной УКВ.

Для УКВ МПС выберем частоту 150 МГц, X = 2 м.

Для речного УКВ — 50-й канал, выберем частоту X = 0,998 м.

Для анализа выберем наиболее распространенный случай максвелловского закона плотности вероятности распределения расстояния Я между корреспондентами (судовыми транспондерами) и базовыми транкинговыми станциями. Тогда для ситуации «ровной поверхности» и отсутствия взаимных помех вероятности ошибок при передаче элементов цифрового сигнала в направлении «судно-берег» определятся выражением

^ош= <«,

где Ж(Я) определено соотношением

№

V ТС (7 АСТ о

р_да=|еч)

— вероятность ошибки поэлементного приема при наличии только флуктуационных шумов в канале связи; Q(Я) — область определения Я;

„ __ Рщ-^1 •Сгг'Пг '

2Р

пр. МИН

— энергетический параметр радиолинии. Здесь к1 и к2 — высоты подъема судовой и береговой антенн соответственно, к0 — минимальная эффективная высота антенны, учитывающая параметр почвы (к0 = 5 м для средних условий).

Подставляя (7) и (8) в (6) и интегрируя, получим

—

рт=]--

ОШ

П 40 { у 2(5

или

6 К Г 2

О

V 2ст

Для численного интегрирования в (11) в качестве примера были приняты следующие значения параметров радиолинии:

=С?2 =1, гц = т]2 =0,9,= 10м,й2 = 40м,Рш =10 Вт, Л,! =2м, Х2 = 0,998 м

при Рпрмин = 2 • 10-107. Кривая 1 — для «морского» диапазона Х1 = 2 м, кривая 2 — для «речного» диапазона X = 0,998 м. Результаты расчетов по (11) представлены на рис. 2.

•4

1

0,1 ш и - ♦ - ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦

и,1п ш я * ♦ ♦

и,иит ¥ *

ас и,иШ1 ю / ♦ •

5 1 с-ио 1 1 Р ОД

о 1Ь"иь 4 Г

^ 1 с-и ( / Г

О 1 с-ио

^ 1 Ь"1)У 1

0ч 1Е"10 1 1

о. ТЕ-11 1 ?

}т \ п.-\£ СО 1

1 с-1 о Кривая 1 Кривая 2

1 С- 14 /

1 с- 1 О

1 с- 10 ** V о <о Г Ь ь ь ь 0) О •> Расстоян! V К к 5, <о <1 \Л п \ ь *1 < ъ п У о а ь п > <о *1

Рис. 2. Зависимость Рош от Я при случайном перемещении корреспондентов

для «морского» и «речного» диапазона

Выпуск 3

Выпуск 3

Найденные решения задачи оптимизации (2), особенно в аналитической форме (5), позволяют установить четкую зависимость при передаче цифровых сообщений от таких важнейших

параметров радиоканала, как высота антенн, мощность передатчика и других, в каналах с замираниями и без замираний.

Рассмотрим соотношение (5), определяющее потенциально возможное значение Из

этого выражения следует

1

^С=«-к4,

где

а=1п2-^еб4-

Как видно из (12) зависимость от энергетического потенциала к есть типичная степенная функция с показателем к = — < 1, поэтому касающаяся в начале координат оси У кривая не

имеет асимптот. По сравнению с кривой У = Хк зависимость (12) вытянута в направлении оси У в |а| раз.

При выполнении условия

И1 = И2 = И

из (12) следует, что зависимость от высот приемной и передающей антенн имеет вид

ц=а-Щ(И2 + КУ

где

СХ,=

2 Р

\ ш

Gi^-G2 ц2-Х2

, h0> 0.

Эта зависимость показана кривой на рис. 3. Для этого случая принимаем

G, = G2 = 1, г), =т|2 = 0,9, -jf- = 2, h0 = 5 м, X = 2 м.

При h > h0 кривая близка к линейной.

Зависимость от Ри — мощности передающего устройства или, что то же самое, от

Р Р

у = -jj- при = const согласно (12) такова:

і

/?°пт = гг • ГУ, • V4

СреД 1Л2 / 5

где

а2 —

+к1)-(к22+к1)-^

2

Эта зависимость показана на рис. 4 для условий Н1 = Н2 = 10 м, G1 = G2 = 1, п1 = П2 = 0,9, —— — 2.

= 5 м, X = 2 м.

В каналах с взаимными помехами радиосредств оптимальный радиус определяется соотношением (12), но значение радиуса зоны оказывается уменьшенным в

=1

” 1

2 +

кп-ёо

я1

раз по сравнению с потенциально достижимым и существенно зависящим:

— от кп — показателя энергетической эффективности взаимной помехи в точке приема;

— §0г — коэффициента взаимного различия сигнала и взаимной помехи;

— ЯП — расстояния между радиостанцией и источником помехи.

Так, например, при = 0,4053, что соответствует случаю моногармонической одномерной помехи, к = 1,2656 • 104, ки2 = 0,6328 • 102, Яд = 2 км, 4 км, 6 км, 8 км, 10 км, уменьшение радиуса зоны составит величину, представленную в табл. 1.

Таблица 1

Значение оптимального радиуса зоны действия транкинговой радиостанции

и П [км] 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

а при к . п г п1 5,99 4,24 3,47 3,01 2,70 2,48 2,30 2,17 2,05 1,96

а при к . п п2 1,70 1,38 1,28 1,24 1,23 1,21 1,20 1,20 1,20 1,20

Наличие в канале рэлеевских замираний дополнительно уменьшает оптимальный радиус в

Выпуск 3

Выпуск 3

число раз.

5 =

2 Р

треб

In 2 Р

1-2 Р

треб

^^треб • |1пЗРтреб

Численные значения (21) для различных величин Ртреб представлены в табл. 2.

Таблица 2

Численные значения коэффициента 8

P б треб 101 10-2 10-3 10-4 10-5 10-6

5 1,26 1,88 2,99 4,92 8,24 13,97

Проведенный анализ зависимости при передаче цифровых сообщений транкинговой

радиосвязи достаточно полно описывает тенденции и количественный характер поведения оптимального радиуса зоны действий береговой транкинговой станции при изменении важнейших параметров радиоканала, а также при воздействии взаимных помех.

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 / под ред. А. С. Барк / ВЦ АН СССР. — М., 1970. — Т. II: Таблицы вероятности функций.

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.

УДК 621.396.03. 656.62.007 В. Ф. Зуев,

доцент,

СПГУВК;

О. В. Соляков,

канд. техн. наук, СПГУВК

ОСНОВНЫЕ АСПЕКТЫ ПОВЫШЕНИЯ ТОЧНОСТИ МЕСТООПРЕДЕЛЕНИЯ СУДОВ НА СЛОЖНЫХ УЧАСТКАХ ВНУТРЕННИХ ВОДНЫХ ПУТЕЙ

160l

THE MAIN ASPECTS OF IMPROVING THE ACCURACY OF VESSEL’S POSITIONING IN DIFFICULT AREAS OF INLAND WATERWAYS

В настоящей статье определяется круг задач, которые оказывают существенное влияние на точность местоопределения судна и требуют своего решения при повышении точности позиционирования