Ұялы байланыстың радиосигналдарын тарату
1
2
3
4
АҢДАТПА
Бұл дипломдық жұмыста
Мобильді байланыстағы радиоарнаның
имитаторын модельдеу мәселелері және мобильді ұялы байланыс жүйелерінің
сапасын арттыру жолдары қарастырылған.
Ұсынылатын модельдер қарастырылған және ұялы радиобайланыс
арнасының имитаторын құру үшін базалық моделдің негізгісі таңдалған.
Есептеу бөлімінде
мобильді байланыстың радиоарналарындағы
тынуларды Matlab бағдарламасын қолданумен компьютерлік модельдеу
қарастырылған.
Экономикалық бөлімінде экономикалық тиімділігі есептелген және
өтелім мерзімі анықталған.
Еңбекті қорғау бөлімінде
өміртіршілік
қауіпсіздігі мәселелері
қарастырылған.
АННОТАЦИЯ
В данной дипломной работе рассмотрены вопросы моделирование
имитатора радиоканала в мобильной связи а также методы повышения качества
системы мобильной связи.
Рассмотрены представленные модели а также выбран основной базовый
модель для построения имитатора канала мобильной радиосвязи.
В расчетной части рассмотрена компьютерное моделирование замирания
в радиоканалах мобильной связи с применением программы Matlab.
В экономической части рассчитана экономическая эффективность и
определен срок окупаемости.
В разделе охраны труда рассмотрены вопросы безопасности
жизнедеятельности.
ANNOTATION
In this thesis questions modeling of the simulator of a radio channel in mobile
communication and also methods of improvement of quality of system of mobile
communication are considered.
The presented models are considered and also the main is chosen basic model
for creation of the simulator of the channel of a mobile radio communication.
In settlement part it is considered computer modeling of a dying down in radio
channels of mobile communication with Matlab program application.
In economic part economic efficiency is calculated and the payback period is
defined.
In the section of labor protection activity safety issues are considered.
5
МАЗМҰНЫ
6 Кіріспе
7
1 НЕГІЗГІ БӨЛІМ
9
1.1 Мобильді ұялы байланыс жүйелерінің қазіргі заманғы жағдайы
9
1.2 Ұялы байланыс жүйелерінің базалық станциялары жанындағы тұрғын
үй құрылысына арналған рұқсат етілген аймақты анықтау
11
1.3 Мобильді ұялы байланыс жүйелерінің сапасын арттыру жолдары
17
1.4 Зерттеу тапсырмасының қойылымы
18
1.5 Ұялы байланыстың радиосигналдарын тарату
19
2. ЕСЕПТЕУ БӨЛІМІ
28
2.1 Ұялы байланыстың базалық станцияларының рұқсат етілген
сәулелену қуатын анықтау әдістемелерін даярлау
28
2.2 Ұялы байланыс арнасының базалық моделін таңдау
31
2.3 Іріктемелі-жиіліктік тынуларсыз радиоарнаның тез тыну имитаторы
34
2.4. Баяу тынулар имитаторы
38
2.5 Іріктемелі-жиіліктік тынулары бар радиоарналардың имитаторы
41
2.6 Мобильді байланыстың көпсәулелі радиоарналарындағы тынуларды
компьютерлік модельдеу
48
2.7 Байланыстың үзілу ықтималдығы
58
3. ЭКОНОМИКАЛЫҚ БӨЛІМ
61
3.1 Мобильді байланыс желісінің экономикалық негіздемесі
61
3.2 Жалпы шығындарды есептеу
63
3.3 Қаржылық жоспар
63
3.4 Экономикалық тиімділікті есептеу
67
4. ӨМІРТІРШІЛІК ҚАУІПСІЗДІГІ
69
4.1 Мобильді байланыс желісін эксплуатациялау және жөндеу кезіндегі
қауіпті өндірістік жағдайларға сипаттама
69
4.2 Электроқұралдардың жұмысы кезіндегі зиянды өндірістік
факторлардың сипаттамасы
73
4.3 Шуылдың негізгі сипаттамалары мен топтастырылу
76
4.4 Дыбыс жиілігі 8000 Гц болатын базалық станция орналасқан
ғимараттағы акустикалық өңдеу тиімділігін қолдануды есептеу
80
Қорытынды.
82
Әдебиеттер тізімі.
84
Негізгі қысқартулар тізімі.
85
А Қосымшасы
88
Ә Қосымшасы
89
КІРІСПЕ
Дециметрлік және сантиметрлік диапазондардағы мобильді
радиобайланыс жүйелерінің, әсіресе ұялы радиобайланыс жүйелерінің
қарқынды түрде дамуы екі қарама-қарсы факторлармен қатар жүреді. Бір
жағынан мобильді радиобайланыс жүйелерін өндірушілердің жүйелердің
энергия потенциалын арттыру және ұялы байланыс үшін базалық станциялар
санын азайтып, желінің кеңейту шығындарын төмендетуге мүмкіндік беретін
байланыстың айтарлықтай ұзақтығын қамтамасыз ету мақсаты түсінікті. Басқа
жағынан қарағанда, Радиоқұралдардың электромагниттік тербелістерін
сәулелендіргіштері мен олардың энергия потенциалдары санының артуы
биологиялық нысандарға, оның ішінде адамға да кері әсер етеді.
Бұл қарама-қарсылық мобильді байланыс жүйесін құру кезеңінде
пайдаланылатын радиотаратқыш құрылғылардың қуатын арттырусыз энергия
потенциалын ұлғайту әдістерін құруға және тұрғын үй және өндірістік
ғимараттардағы электромагниттік сәулелену (ЭМС) нормаларын бұзбай ұяшық
өлшемін анықтауға мүмкіндік беретін бағдарламалық-аппараттық құралдар
жасап шығаруға аса маңызды ғылыми және тәжірибелік міндет қояды.
Мұндай құралдарға зертхана жағдайында схемотехникалық шешімдерді
жасап шығаруға және дайындалатын аппаратураның сипаттамаларын
оңтайландыруға мүмкіндік беретін, сондай-ақ өндіріс кезіндегі
радиоқұрылғылардың сапасына бақылау жүргізуге де мүмкіндік беретін
радиоарналардың имитаторларын жатқызуға болады.
Мобильді байланыс сигналдарын таратудың шынайы жағдайларына
сәйкес келетін сигналға әсер ететін радиоарнаның имитаторын құру ғылыми
зерттеулердің нәтижелерін эксперименттік түрде бекітуге және бірнеше
тәжірибелік міндеттерді шешуге мүмкіндік береді:
ақпарат таратудың жоғары сапасын қамтамасыз ететін
радиосигналдардың ең жақсы түрлерін анықтау;
-
зертхана жағдайында жүйе құрудың әр түрлі нұсқаларын
эксперименттік түрде зерттеу;
-
-
-
ақпараттық сигналдарды құру мен өңдеу түйіндерін жақсарту;
"баға-сапа" өлшемі бойынша байланыс жүйелерін оңтайландыру;
мобильді байланыс аппаратурасын даярлау кезінде техникалық
бақылауды жүзеге асыру.
7
Радиоарналарды математикалық суреттеу және олардың имитаторларын
құру мәселелеріне бүкіл әлем ғалымдарының жұмыстарында әрқашан көп көңіл
бөлінген, олар: Б.А. Введенский, Д.Д. Кловский, В.В. Марков, А.Г. Самойлов,
Ю. С. Шинаков, P. Bello, R. Steele, L. Hanzo, В. Sklar және т.б. Бірақ аппараттық
жүзеге асыруларға дейін қысқа толқынды, ұзақ тропосфералық байланыс,
жерсеріктік байланыс сияқты кейбір нақты радиоарналардың имитаторлары
ғана жеткен болатын. Байланыс арналарының белгілі имитаторы әмбебап емес
болып табылады және жиіліктің доплерлік өзгерістері немесе арнадағы
уақыттық кеңейтілу сияқты сигналға мүмкін болатын барлық әсерлерді
қамтиды.
Мобильді байланыс жүйелерінің тез дамуы мен олардың құралдарын
жалпылай пайдалануды ескере отырып, шынайы радиоарналарға максималды
түрде ұқсас болатын мобильді байланыс радиоарналарының имитаторын құру
өзекті мәселеге айналды.
Диплом жұмысының мақсаты ұялы байланыс радиоарналарына талдау
жүргізу және дециметрлік пен сантиметрлік диапазондардағы мобильді ұялы
радиобайланыс радиоарналарының имитаторын құру негіздерін даярлау болып
табылады.
Алға қойылған мақсатқа жету үшін диплом жұмысында келесі мәселелер
шешіледі:
1. Мобильді
байланыстың радиоарналары арқылы таралатын
радиосигналдарға әсер ететін түрлі факторлардың алгоритмдері зерттеледі;
2. Әр
түрлі тынуларды модельдейтін сигнал генераторларының
құрылымы ұсынылады;
3. Елді мекендерге арналған ұялы байланыстың базалық
станцияларының рұқсат етілген сәулелену қуатын
анықтау әдістемесі
даярланады;
4. Шынайы әсерлерге ұқсас болатын мобильді байланыс жүйелерінің
радиосигналдарына әсерін модельдейтін имитатордың құрылысы ұсынылады.
Зерттеу мәні мобильді ұялы байланыс радиоарналарының сипаттамалары
мен олардың аппараттық модельдеу әдістері болып табылады.
Зерттеу әдістері радиотолқындарды тарату теориясы, математикалық
статистика әдістері, кездейсоқ үрдістер теориясы мен эксперимент
теориясының болжамдарына негізделген.
8
1 НЕГІЗГІ БӨЛІМ
1.1 Мобильді ұялы байланыс жүйелерінің қазіргі заманғы жағдайы
Өткен ғасырдың соңында бүкіл әлемде мобильді байланыстың дамуында
қарқынды даму байқалды. 2001 жылғы зерттеулер әрбір 2,5 секунд сайын
сымсыз желіге жаңа абонент қосылып отырғандығын көрсетті. 2006 жылы 950
миллион ұялы телефон сатылған болса, 2007 жылы бұл көрсеткіш 1 миллиардқа
жеткен. 2006 жылдың соңында бүкіл әлемдегі мобильді телефон абоненттерінің
саны 2,7 миллиардқа жеткен, ал 2007 жылдың соңына қарай 3 миллиардтан
астам болды, бұл әлем халқының жартысын жеке телефон байланысымен
қамтамасыз етеді. Цифрлық мобильді байланыстың жоғары сапасы, оның
ұйымдастырылуныа кететін шығындардың төмендігі, сол себепті барлық
елдердің тұрғындарының көпшілігіне қол жетімділігі осындай жетістіктерге
жетуді қамтамасыз етті. Мобильді байланыс тұтынушыларының саны үзіліссіз
түрде артып отыратын болады, сондықтан осы байланыс жүйелерінің сапасын
арттырып, мобильді байланысты қамтамасыз етуші қорларға талаптарды
төмендету арқылы дамыту қажет.
Бізге керекті нөмірді тергеннен кейін біздің телефон жақын арадағы
Базалық Станциямен (БС) байланысып дыбыстық арна бөлуін сұрайды.Базалық
Станция контроллерге (BSC) сұраныс жібереді,ал ол оны коммутаторға (МSC)
бағыттайды.Егер абонент бір ұялы байланыстың абонетті болып қалса онда
коммутатор Home Location Register (HLR) бірге шақырылушы абоненттің қай
жерде енендігін анықтайды (үйде немесе шет елде) содан қоңырауды лайықты
коммутаторға береді де оны контроллерге жіберіп Базалық Станцияға қосады.
Базалық Станция ұялы телефонмен байланысып басқа телефонға қосады. Егер
біздің абонент басқа байланыстікі немесе қалалық телефонға хабарласып
жатсақ онда біздің коммутатор басқа байланыстың лайықты коммутаторына
жүгінеді.
9
1.1 Сурет - Екі ұялы телефон арасындағы байланыс
Қазіргі заманғы мобильді радиобайланыс жүйелері әр түрлі жиіліктер
диапазонын, модуляцияның әр түрлерін және сигналдарды өңдеудің әр түрлі
тәсілдерін пайдаланады. Қазіргі кезде әр түрлі мақсаттарда жүйе жиілігі
бойынша тар жолақты және кең жолақты мобильді байланыс жүйелері, оның
ішінде спектрді кеңейту әдістерін пайдаланатын жүйелер де іс жүзінде кеңінен
қолданылады.Қазақстан Республикасында екі түрлі ұялы байланыс жүйелері
белсенді түрде пайдаланылады:
1. GSM (Global System for Mobil Communication) - сигналдары тар
жолақты, минималды жылжуы бар гаусстық модуляциясы және абоненттер
сигналдарын жиіліктік-уақыттық бөлу арқылы базалық станциядан абонентке
дейін 935-960 МГц диапазонында және абоненттен базалық станцияға дейін
890-915 МГц диапазонында жұмыс істейді;
2. CDMA (Code Division Multiple Access) - тура реттілік жолымен спектрді
кеңейту әдістеріне іс жүзінде қосымша болып табылатын сигналдары кең
жолақты (direct sequence - DS) және жиілікті тербеліс түрлес кездейсоқ қайта
баптау (frequency hopping - FH).
Қазақстан мен Еуропада GSM стандартының бір түрі де кеңінен
қолданылады - бұл базалық станциядан абонентке дейін 1805-1880 МГц
жиілікте және абоненттен базалық станцияға дейін 1690-1785 МГц жиілікте
байланысты қамтамасыз ететін DCS (Digital Cellular System) стандарты.
Мобильді байланыс жүйелері үзіліссіз түрде дамып жатыр және тек қана
сөздік ақпаратты ғана емес, сондай-ақ мультимедиалық ақпараттарды таратуға
арналған болашықтағы дамушы сымсыз жүйелер қазіргі кездегі жүйелермен
салыстырғанда деректерді тарату жылдамдығы анағұрлым жоғары болуы керек.
Қазіргі кездің өзінде үшінші ұрпақтың (3G) қазіргі заманғы коммуникациялық
жүйесі ақпараттық қызметтердің кең диапазонын қамтамасыз етеді. Бұл
қызметтерге ақпараттық алмасу жылдамдығы 2 Мбитс болған кездегі сөзді,
деректерді, бейнелер мен мультимедиалық ақпаратты тарату кіреді. Бірақ
мобильді байланыс жүйелерінен ақпаратты таратудың аса жоғары жылдамдығы
мен көрсетілетін қызметтердің кең спектрі талап етіледі.
Төртінші ұрпақтың (4G) мобильді жүйелері 100 Мбитс және одан да
жоғары тарату жылдамдығында жұмыс істейді деп күтілуде. Бұл мобильді
байланыс жүйелерінің көмегімен тек қана сөз бен мультимедиалық ақпаратты
таратуды ұйымдастырып қоймай, сонымен қатар тұрғын үйлер мен өндірістік
орындарындағы жылу, электр энергиясы, газ, су шығындары туралы деректерді
таратуды да ұйымдастыруға да мүмкіндік береді. Ақпаратты тарату
жылдамдығын айтарлықтай арттыру туралы мәселелердің шешімі мобильді
жүйелердің дамуының мүмкін болатын жолдарына талдау жүргізуді талап етеді,
өйткені мобильді байланысты ұйымдастыруға жұмсалатын аса жоғары сапалы
қорлар аяқталмайтын емес және шектеулі болады.
10
1.2 Ұялы байланыс жүйелерінің базалық станциялары жанындағы тұрғын
үй құрылысына арналған рұқсат етілген аймақты анықтау
Техникалық алға жылжу үрдісінің дамуы радиожиіліктік эфирдің игерілуі
мен оның интенсивті түрде пайдаланылуына алып келді. Адамдардың іс
жүзінде пайдаланатын радиоэлектронды жүйелер (РЭЖ) мен өндірісте
қолданылатын жоғары жиілікті орнатқыштардың (ЖЖО) саны жыл сайын
артып жатыр. Мысалы, Қазақстанның тек қана орталық аймағында 2007 жылы
400 мыңнан астам РЭЖ, оның ішінде 66,7 мыңы стацонар РЭЖ тіркелген
олардың құрамына ұялы мобильді байланыс жүйелерінің базалық станциялары
да кіреді. Эфир қорын игеруден қомақты пайда табумен қатар, қуатты
электромагниттік сәулеленудің (ҚЭС) биологиялық нысандарға да, адамға да
кері әсерінен пайда болатын жағымсыз әсерлер де пайда болды.
Ірі қалаларда ұялы байланыс жүйелерінің базалық станциясы
антенналарының тек қана арнайы орнатқыш құрылғыларда ғана емес, сонымен
қатар биік ғимараттардың шатырларына да орнатылатындығына байланысты
адамдардың мүмкін болатын сәулелену ықтималдығы айтарлықтай жоғары
болады. 1.1 суретте мысал ретінде ұялы байланыс желісі антеннасының
өндірістік ғимараттың шатырында, бірақ Алматы қаласындағы Жетісу ықшам
ауданындағы тұрғын үйлерге жақын жерде орналасуы көрсетілген.
Электромагниттік сәулеленудің адамға әсері дене жасушалары өте
кішкентай антенналар бола тұрып, электромагниттік өрістердің ішкі
сәулелендіргіштерінен электромагниттік энергияны қабылдайды да, оны
айнымалы электр тогына түрленетіндігінен жиі байқалады.
11
1.2 Сурет - Ықшам аудан орталығында ұялы байланыс желісінің базалық
станциясын орналастыру
Жүргізілген ЭМС токтары адамның бүкіл жүйке жүйесінің қалыпты
жұмыс жасауына кедергілер тудырады және адам денесінің жасушаларын
қыздырып жібереді. Ұзақ уақыт бойы үзіліссіз сәулелену организм
жасушаларының қыза кетуі мен өліп қалуына алып келуі мүмкін. Әсіресе қан
айналымы арқылы салқындатылмайтын ұлпа жасушалары үшін қызып кету аса
қауіпті болады. Адамда бірінші кезекте ЭМС әсерінен көз жанары, шаш
түптерінің түйіндері, бас миы мен кейбір темірлердің жасушалары зардап
шегеді. Адамның аз қуатты ЭМС ұзақ уақыт бойы сәулеленуі әзірше көп
зерттелмеген, бұл ғылым әлемінде ұялы телефондардың зияны туралы талас
тудырады.
Көп қуатты ЭМС арқылы аз уақыт бойы сәулелену әлсіздік, бас ауруын,
естудің, көрудің нашарлауын тудырады және адамның әсерін баяулатуы мүмкін.
Аз уақыт бойы сәулелену тоқтағаннан кейін және ұзық уақыт бойы дем алған
соң организм қасиеттері қайта қалпына келеді, ал ЭМС әсерінен болған зиянды
әсерлер жоғалады.
Адамның қуатты электромагниттік өрістері (ЭМӨ) арқылы мүмкін
болатын сәулеленуін есептеу үшін қауіпсіз тұрғын үй құрылыстарын бағалауға
және ЭМС әсері бар адамның өмір сүру нормативтерін анықтауға мүмкіндік
беретін белгілі бір ережелер жасап шығарылған.
Әр елдегі электромагниттік сәулеленудің адамға қауіпсіздік деңгейіне
қабылданған стандарттар бір-бірінен ерекшеленеді. Ресейде олар орнатылған
нормалармен анықталады және [1-3] қарастырылған әдістемелер бойынша
есептеледі.
Қазақстан Республикасында қабылданған нормаларға сәйкес адамға
электромагниттік сәулелену әсерінің интенсивтілігі сәулелену уақыты мен
режиміне тәуелсіз шектік рұқсат етілген деңгейден (ШРД) аспауы керек. 300
МГц төмен болатын жиіліктер диапазонында электрлік және магниттік
өрістердің кернеуліктері анықталады, ал 300 МГц жоғары болатын жиіліктер
диапазоны үшін бірлік аумаққа арналған энергия ағынының тығыздығы (ЭАТ)
регламенттеледі.
30...300 МГц жиіліктер диапазонындағы ШРД [3] нормаларына сәйкес 300
ГГц кезінде тұрғын үй және әкімшілік ғимараттар үшін
құ р айды , [3] нормаларына сәйкес сәулелендіргіштерден ЭАТ жүйелердің
электромагниттік өрісі мына шамадан аспауы керек:
12
(1.1)
30...300 МГц жиіліктеріндегі қауіпті аймақтың шекаралары
теңдігімен анықталады, көптеген ұялы байланыс жүйелерінде пайдаланылатын
300 МГц жоғары жиілікте энергия ағынының тығыздығы мына өрнекке сәйкес
есептелінеді.
(1.2)
және қауіпті аймақ шекарасы
теңдігі арқылы анықталады.
Тұрғын үй кешеніне арналған радиоэлектронды құралдардан сәулеленудің
рұқсат етілген деңгейін бағалау технологиясы S қауіпсіздік өлшемінің шамасын
аналитикалық түрде анықтауға негізделген. Қауіпсіздік өлшемі ретінде РЭС i, j,
к сәулелендірушлері электромагниттік өрістің биологиялық нысандарға
әсерінің қатысты қосынды интенсивтілігі қабылданған
(1.3)
мұндағы:
- адам үшін ЭМӨ кернеулігінің шектік рұқсат етілген
деңгейі (ШРД);
- адам үшін шектік рұқсат етілген ЭМӨ энергия ағынының
тығыздығы.
13
30 бастап 300 МГц жиіліктер диапазоны үшін i және j сәулелену көздері
ғана ескеріледі, ал 300 МГц асатын жиіліктер диапазоны үшін тек қана к
сәулелену көздері ескеріледі. S шамасы ЭМӨ биологиялық нысандарға әсер ету
дәрежесін сипаттайды және [3] нормаларына сәйкес
кезінде ЭМӨ ұзақ
уақыт бойы әсері адам үшін қауіпті болады.
РЭС құратын ЭМӨ деңгейлерін бағалау [1-5] көрсетілген ұсыныстар
бойынша жүргізіледі. ЭМӨ электрлік құраушысының кернеулігі мына формула
арқылы анықталады:
(1.4)
мұндағы: R - антенна орталығынан есептеу нүктесіне дейінгі ара
қашықтық, м;
Р - антенна-фидерлі тракт (АФТ) кірісіндегі қуат, Вт;
G
-
максималды сәулелену бағытында анықталатын изотропты
сәулелендіргішке қатысты антеннаны күшейту коэффициенті;
- антенна-фидерлі трактідегі жоғалтулар коэффициенті;
К - антенналар қиылысында орналасқан қоршаған беттер әсерін ескеретін
әлсіреу көбейткіші;
-- есептеу нүктесіне бағытталған тік және көлденең бағыттағы
нормаланған диаграмма.
ЭМӨ рұқсат етілген деңгейін бағалау технологиясы РЭС көптеген
параметрлерін ескеруда талап етеді (антенналар
сәулелендіргіштерінің
электрлік және механикалық иілулері, күшейту коэффициенті және антенна
бағыттылығының диаграммасының ені, таратқыштың шығысындағы арнаға
қуат, РЭС таратқышынан антеннаға дейінгі фидердегі шығындар және т.б.).
14
1.3 Сурет - Тік орналасуына қатысты сәулелендіргіштердің анық иілу
бұрыштары көрсетілген ұялы байланыс желісінің базалық станциясының
антеннасы
Тұрғын үй құрылысының қауіпсіз аймағын есептеу есептеу нүктесіне
бағытталған РЭС антенналарының бағыттылық диаграммасының максимумына
сәйкес келетін жер бетінен биік жерде орналасқан тұрғын үй құрылыс
аумағының шекарасында таңдалып алынатын есептеу нүктелеріне қатысты
антенна жүйесінің барлық сәулелендіргіштері үшін жүргізіледі. Есептеу кезінде
нақты антеннада орнатылған сәулелендіргіштердің иілу бұрыштарын ескеру
қажет, бұл 1.3 суретте мобильді ұялы байланыс желісінің базалық
станциясының антеннасының мысалында көрсетілген.
Қазақстанда сәулелену деңгейін бақылау ауданның нақты бір нүктесіндегі
РЭС орналастыруды жобалаудың кезеңдерінде санитарлық эпидемиялық
станциялары, бірақ аппараттық өлшеулер арқылы тексерусіз жүзеге асырылады.
Сонымен қатар ЭМС шамаларын бағалау кезінде айтарлықтай қателіктер болуы
мүмкін.
Қателіктердің себептері төмендегідей:
15
антенна құрылғыларының шынайы параметрлерінің паспорттық
деректерден ауытқуы;
жүйе антеннасының бағыттылық диаграммасының бүйір жақтарынан
мүмкін болатын қуатты сәулелену;
пайдаланылу шамасы бойынша антенна-фидерлі құрылғылардың
жаңартылуы;
қауіпсіздік белгілерінің шамаларын бағалау кезіндегі ескерілмеген
қосымша мобильді ЭМС көздерінің болуы.
ЭМС аппараттық өлшеулерін санитарлық эпидемиялық станциялары
құрылудың бірінші қабаты деңгейінде жүргізеді, бұл ЭМС әсеріне ең көп
ұшырайтын тұрғын үй құрылыстарының жоғарғы қабаттарына арналған ЭМС
деңгейін ескермейді.
ЭМС бағалау кезінде пайда болған қателіктер рұқсат етілген тұрғын үй
құрылыс аймақтарын анықтау кезінде қиындықтар және тұрғындардың
шағымдарын тудырады. Бұл жағдайларға түзету енгізу қажет, ал түзету үшін
қарапайым іс-шараларды жүзеге асыруды ұсынуға болады, нақтырақ айтсақ:
тұрғын үй аудандарында график бойынша жүйелі түрде ЭМС
деңгейлеріне аппараттық өлшеулер жүргізу;
ЭМС деңгейлеріне аппараттық өлшеулерді РЭС маңайындағы
ғимараттардың барлық қабаттарының биіктігінде жүргізу;
рұқсат етілген тұрғын үй құрылыс аймақтарын анықтау кезінде ары
қарайғы пайда болуы мүмкін өрісті мобильді сәулелендіргіштердің 20% артық
қорын пайдаланбау және басқа жиіліктерде сәулеленуді болдырмау.
Келтірілген тұрғын үй құрылысының рұқсат етілген аймақтарын бағалау
әдістемесінде антенна бағыттылығының диаграммасының кеңістіктік орнын
ескеретін және сигналдың таратылуы кезінде көптеген сигнал
бейнелегіштерінің кесірінен сигналдардың көп сәулелі түрде таралуын
ескермейтін ұялы байланыс радиоарнасының қарапайым моделі
пайдаланылады.
Тәжірибелік есептеулер қуаты 20 Вт дейінгі болатын таратушы
құрылғыларды пайдаланатын ұялы байланыс жүйелері үшін рұқсат етілген
құрылыс аймағының ұзындығы 100 м аспайтындығын көрсетеді, сондықтан
мұндай модель тұрғын үй құрылысының рұқсат етілген аймақтарын анықтауға
әбден жарайды. Алайда радиоарналарды модельдеу үшін базалық станциядан
абонентке дейін ақпаратты тарату үшін қарапайым модель жарамсыз болып
табылады. Бұл модель таралу кезінде, абоненттерді орналастыру кезінде
жиіліктің доплерлік өзгерістері және басқа да факторлар кезінде сигналдың
әлсіреуі мен тынуын ескермейді.
Күрделі қала бедері кезінде базалық станцияларды тікелей құрылысы
аяқталып қойған тұрғын үй кешендеріне орналастыру жиі талап етіледі.
Сондықтан базалық станциядан жақын жерде орналасқан өндірістік және
тұрғын үй құрылыстары мен ғимараттарына дейінгі ара қашықтыққа
байланысты базалық станциялардың (сәйкесінше ұяшық көлемі де)
16
сәулеленуінің рұқсат етілген максималды қуатын анықтау бойынша мәселелерді
шешу маңызды болып табылады.
Мобильді байланыс жүйелерінің қондырғыларының сапасын арттыру
мәселелерін шешу үшін базалық станциядан абонентке дейінгі
радиоарналардың аналитикалық моделін құру және оның негізінде мобильді
байланыс арналарыны және оның негізінде мобильді байланыс арналарына
ұқсас болып табылатын және байланыс құралдарын өндіру сатысында
аппараттық жолмен жаңа жүйелердің сапасын бақылау маңызды мәселе болып
табылады.
1.3 Мобильді ұялы байланыс жүйелерінің сапасын арттыру жолдары
Радиобайланыс жүйелерінің негізгі сапалық көрсеткіштері олардың
жиіліктік және энергетикалық көрсеткіштерімен байланысты. Мобильді
байланыс жүйесінің энергетикасы оның энергия потенциалы арқылы
анықталады, ол өз кезегінде таратқыштардың қуатына, қабылдағыштардың
сезімталдығына, антенналардың күшеюіне және пайдаланылатын сигналдарды
өңдеу әдістеріне тәуелді болады. Сондықтан ұялы мобильді радиобайланыстың
сапасын арттыру пайдаланылатын радиобайланыс жүйелерінің энергия
потенциалын арттыру мүмкіндігімен анықталады.
Нақты тапсырмаларға байланысты сапа критерийі ретінде әр түрлі
көрсеткіштерді пайдалануға болады, мысалы, цифрлық ақпаратты тарату
кезінде қателіктердің ықтималдығын төмендету, берілген рұқсат етілген
қателіктер ықтималдығы кезінде байланыс қашықтығын арттыру, байланысқа
кіру уақытын төмендету, байланыстың үзілу ұзақтығын шектеу және т.б. Нақты
сапа критерийін таңдау жүйені бағалауға және ары қарай осы көрсеткіш
бойынша оңтайландыруды жүргізуге мүмкіндік береді.
Қазіргі уақытта мобильді байланыс таратқыштарының қуаты іс жүзінде
потенциалдық шамаға жетті. Мысалы, елді мекендерде орналасқан ұялы
байланыстың базалық станцияларында қуат бойынша ұстанымдық шектеулер
болады, өйткені адамдардың сәулеленуі кезінде ЭМС деңгейлеріне шектеулер
болады. Ұялы байланыстың мобильді станцияларында осы себеп бойынша
және ұзақ уақыт бойғы автономды электр қорегін қамтамасыз ету мәселелеріне
байланысты ЭМС деңгейіне шектеулер қойылған.
Тұрғын үй құрылысының қауіпсіз аймағын есептеу есептеу нүктесіне
бағытталған РЭС антенналарының бағыттылық диаграммасының максимумына
сәйкес келетін жер бетінен биік жерде орналасқан тұрғын үй құрылыс
аумағының шекарасында таңдалып алынатын есептеу нүктелеріне қатысты
антенна жүйесінің барлық сәулелендіргіштері үшін жүргізіледі. 2006-2007
жылдары Қазақстан аумағы бойынша орташа аймақ орталығының (Алматы
қаласы) негізінде орындалған тәжірибелік зерттеулер қалалық жерлердегі
базалық станция таратқыштарының қуаты жиырма ваттан аспауы керек
екендігін көрсетті.
17
Қазіргі
уақыттағы қабылдау құрылғыларының сезімталдығы
потенциалдық шамаға жуық, себебі оның ары қарайғы шуыл деңгейіне дейін
артуы радиобайланыс сапасын төмендетуі мүмкін. Мұның себептері ұялы
байланыс жүйелерінің басқа да радио құралдарымен электромагниттік
сәйкестігін күрделендіретін РЭС санының үзіліссіз артуы және ұялы
байланыста пайдаланылатын қабылдағыш құрылғылардың микросұлбаларының
төменгі шуыл параметрлері болып табылады.
Пайдаланылып жүрген ұялы байланыс жүйелерінің антенналарын
күшейту де айтарлықтай арта бермейді, өйткені бұл байланысқа мобильді
абоненттердің қосылуын күрделендіреді, олардың жақын арадағы базалық
станцияларға қатысты бағытталуын талап етеді және модильді ұялы байланыс
жүйелері құрылғыларының көпгабаритті сипаттамаларын арттырады.
Айтылғандардың негізінде таратқыштар қуатының артуы немесе
қабылдағыштар сезімталдығының артуы мен антенналардың күшеюі есебінен
энергия потенциалының артуы жақын арада мобильді байланыстың сапасын
айтарлықтай арттыруды қамтамасыз ете алмайды деп қорытындылауға болады
және бұл мәселені шешу үшін басқа мүмкіндіктерді қарастыру қажет.
Мобильді байланыс жүйелерінің сапасын басқандай жолмен арттыру
мобильді байланыс сигналдарын құру құрылғылары мен олардың қабылдап-
тарату құрылғыларында өңделу әдістерін жетілдіру болуы мүмкін. Бұл
мүмкіндікті әр елдің ғалымдары зерттеген болатын, бұл іс жүзінде
пайдаланылатын ұялы байланыс стандарттарының көп түрлілігін білдіреді,
алайда ұялы байланыстың сигналдарын өңдеудің ең жақсы әдістерін іздеу
бойынша ұстанымдық шектеулер әзірше жоқ және осы бағытта жағымды
нәтижелер болуы мүмкін.
Ұялы радиобайланыстың сигналдарын құру мен өңдеу мәселелерінің
аналитикалық шешімдері ұяла байланыс радиоарналарының қасиеттерінің
тұрақсыздығына байланысты айтарлықтай қиындықтарға ұшырайды,
сондықтан жаңа құрылғының сапасын құрал-жабдық түрінде бағалауға
көмектесетін аспап болып табылатын арна имитаторын жасап шығару осы
мәселені шешуге мүмкіндік береді.
1.4 Зерттеу тапсырмасының қойылымы
Мобильді байланыс сигналдарын құру құрылғылары мен олардың
қабылдап-тарату құрылғыларында өңделуін жетілдіру мәселелерін шешу үшін
радиоарналардың ақпаратты тарату сапасына әсерін анықтап, арналардың
қасиеттері мен олардың таратылатын радиосигналдарға әсерін аналитикалық
түрде сипаттау керек.
Мобильді байланыс сигналдарының таралуының шынайы шарттарына
сәйкес келетін мұндай радиоарна модельдерін құру көптеген міндеттерді
шешуге мүмкіндік береді:
18
ақпарат таратудың жоғарғы сапасын қамтамасыз ететін
радиосигналдардың ең жақсы түрлерін анықтау;
зертхана жағдайында жүйелер құрудың түрлі нұсқаларын
эксперименттік түрде зерттеу;
ақпараттық сигналдарды өңдеу мен құру түйіндерін жасау;"баға-сапа"
белгілері бойынша байланыс жүйелерін оңтайландыру;
мобильді байланыс аппаратурасының даярлануы кезінде техникалық
бақылау жүргізу.
Жоғарыда аталған тапсырмаларды жүзеге асыруды қамтамасыз ету үшін
мобильді байланыс радиоарналарының имитаторларын құру үшін мыналар
талап етіледі:
ұялы байланыс радиоарналарына талдау жүргізіп, сигналдардың
осындай радиоарналар арқылы таралуының математикалық моделін жасап
шығару;
алгоритмдер және мобильді байланыс арналарымен таралатын
радиосигналдардарға түрлі факторлардың әсер етуін жүзеге асырушы
бағдарламалар жасап шығару;
мобильді байланыс жүйелерінің радиосигналдарына әсер етуді
ұқсастыратын кешенді синтездеу.
Мобильді ұялы байланыс радиоарналарының имитаторларын құру
бойынша мәселені шешу дипломдық зерттеудің негізгі мақсаты болып
табылады.
1.5 Ұялы байланыс радиосигналдарының таралуы
Радиоарналар ұялы байланыстың және басқа байланыс желілерінің негізгі
құраушыларының бірі болып табылады және олардың сипаттамалары көп
жағдайда байланыс жүйелерінің параметрлерін анықтайды. Өз кезегінде
радиоарналардың сипаттамалары маңызды факторлар қатарымен анықталады.
Олардың ішіндегі негізгілерінің бірі байланысты ұйымдастыру үшін
пайдаланылатын жиіліктік диапазонды таңдау болып табылады. Байланыс
жүйелерінің дамуында неғұрлым жоғары жиілікті диапазондарға өту қарқыны
қарастырылады. Жиіліктер спектрінің неғұрлым жоғары жиілікті аймағына өту
мүмкіндігі технологиялардың дамуына негізделген және байланыс
қызметтеріне сұраныстың артуымен анықталады. Алайда мұндай өту
мүмкіндіктері шектеулі болып келеді. Әр түрлі деректерге сәйкес толқын
ұзындығы 10 см аз болған кезде атмосферада байланыс тиімділігін айтарлықтай
төмендететін радиотолқындардың аса қатты өшуі байқалады.
Қазіргі кезде ұялы байланыс жүйелерінің көпшілігі толқындардың
дециметрлік және сантиметрлік диапазондарын пайдаланады. Бұл
диапазондарда олардың жұмыстарына табиғи және жасанды бөгеуілдер әсер
етеді. Бөгеуілдерді өзінің тарату арнасы мен таралу ортасының қасиеттеріне
негізделген мультипликативті және пайдалы сигналмен бірге салынатын және
19
электромагниттік сәулеленудің әр түрлі көздеріне негізделген аддитивті деп
бөлуге болады.
Мобильді радиобайланыста қабылдағыштың кірісіндегі электромагниттік
толқындар таратқыш антеннасынан ең қысқа жол бойынша келген және
шағылудан, дифракция, шашыраудан, ғимараттар, ағаштар және басқа да
бөгеттерден туындаған, сондай-ақ атмосфералық тербелістерге ұшыраған
көптеген толқындардың суперпозициясын білдіреді. Бұл әсер сигналдың көп
сәулелі таралуы ретінде белгілі.
Көп сәулелі таралу салдарынан қабылданатын сигнал амплитудасы
бойынша кішірейген, бөгелген және фазасы бойынша өзгерген таратылған
сигналдар көшірмесінің қосындысынан тұрады. Әрбір өтетін толқынның
фазасына байланысты салу құрастырмалы немесе қирағыш болуы мүмкін.
Цифрлық сигналдар үшін таратылған импульстің түрі таралу бойы бұрмалануы
мүмкін және қабылдағыштың кірісінде жеке-жеке ерекшеленетін бірнеше
импульстер пайда болуы да мүмкін. Бұл көп сәулелі таралу әсерін импульс
дисперсиясы деп атайды.
2.1 суретте базалық станциядан (БС) мобильді станцияға (МС) дейінгі
таралатын сигналдардың мүмкін болатын сәулелері көрсетілген.
1.4 Сурет - Мобильді байланыс сигналдарының көп сәулелі таралуы
Көп сәулелі таралудан басқа мобильді радиоарна сигналдарының таралу
сипаттамаларына доплерлік әсер кері әсер етеді. МС қозғалысы салдарынан
доплерлік әсер қосындыланатын толқындардың әрқайсысының жиілігінің
өзгерісін тудыртады. n-ші келетін толқынның келу бағытымен және мобильді
станцияның қоғалыс бағытымен анықталатын
келу бұрышы 2.2 суретте
көрсетілгендей n-ші келетін толқынның доплерлік жиілігін (жиіліктің
жылжуын) анықтайды, бұл төмендегі қатынасты береді
20
(1.5)
Максималды доплерлік жиілік
мобильді станцияның
жылдамдығы,
жарық жылдамдығы
және тасушы жиілікке
байланысты болады және
төмендегі теңдеу арқылы анықталады
(1.6)
Максималды (немесе кері бағыттағы қозғалыс кезінде минималды)
доплерлік жиілік, яғни
,
кезінде қол
жетімді болады. Доплерлік әсердің салдарынан таратылған сигналдың спектрі
тарату барысында жиіліктің кеңеюіне ұшырайды. Бұл әсерді мамандар жиілік
дисперсиясы деп атайды. Жиілік дисперсиясының әсері қабылданатын
толқындардың амплитудасы мен максималды доплерлік жиіліктер шамасына
тәуелді болады.
1.5 Сурет - n-ші келетін толқынның аn келу бұрышы
Ұялы
мобильді байланыстың радиоарналарын қарастырған кезде
келесілерді ескеру керек:
көп жағдайда желі абоненттерінің географиялық орналасқан орны
қала және қала сыртының аймақтары, сондай-ақ темір жолдары мен көлік
магистральдарының бойында орналасқан болып табылады;қабылдау аймағы ір
түрлі тығыздықпен және құрылыстың сипаты мен әр түрлі (және климаттық
жағдайларға тәуелді болатын) төсеу бетінің сипатымен сипатталады;
мобильді станция көп жағдайда базалық станциядан тура емес
радиокөріністе орналасқан болады;
мобильді станция абоненті шағылу қасиеттері әр түрлі және орналасу
орны әр түрлі болатын көптеген шағылатын заттармен қоршалған, нәтижесінде
қабылдау нүктесіндегі қосынды сигнал әр түрлі жолмен жүріп өткен көп
сәулелер арқылы пайда болады (бұл базалық станцияға да тән);
21
мобильді станцияның абонентін орналастыру жиіліктің доплерлік
жылжуын тудырады.
Осы себептердің жиынтық әрекеті бос кеңістікте таралумен
салыстырғанда сигналдардың тынуының (қабылданатын сигналдың фазасы мен
амплитудасының тербелістері) пайда болуын және таралу кезінде сигналдың
айтарлықтай өшулігін тудырады. Осы екі себептің әрекетін жеке-жеке
қарастырайық.
Сигналдың өшуі таратқыш пен қабылдағыш арасындағы ара
қашықтықтан кері пропорционал түрде тәуелділікпен сипатталады
(1.7)
мұндағы:
және
сәйкесінше сәулеленетін (таратылған) және
қабылданатын сигналдардың қуаты;
- пропорционалдық коэффициенті;
- қабылдағыш пен таратқыш арасындағы қашықтық;
- таралу шартымен анықталатын өшулік көрсеткіші (қабылдағыш пен
таратқыш арасындағы арна сипаттамалары).
Бос кеңістік үшін
, ал
коэффициенті мынаған тең:
(1.8)
мұндағы:
,
-
сәйкесінше қабылдаушы және таратушы
антенналарды күшейту коэффициенттері;
- толқын ұзындығы.
Мұндай таралу сипаты ешқандай кедергілері болмайтын өте қысқа
қашықтықтарда ғана кездесуі мүмкін.
Эксперименттік зерттеулер көрсеткендей, көптеген жағдайларда
радиотолқындардың таралуына сигналдың өшуінің артуына алып келетін көп
сәулелі таралу мен шашырау қатты әсер етеді. Мобильді байланыста
пайдаланылатын жиіліктер диапазонының нәтижесінде тегістеу беті мен
жергілікті жердің сипатына байланысты
коэффициентінің мәні 3 пен 5
аралығында жатуы мүмкін.
Ұялы байланыс сигналдары таралатын тас жолдардың бөліктерін әдетте
бірнеше санатқа бөледі:
қабылдағышқа жақын жерде орналасқан аздаған кедергілері (үйлер,
ағаштар) бар қала сыртындағы аймақтар;
аздаған кедергілері бар ашық аудандар;
жоғары (мысалығ көп қабатты ғимараттар) болуы мүмкін қабылдағыш
кедергілермен тығыз қоршалған қалалық аудандар.
22
Сигналдың тынуын тудыратын себептерді тереңірек қарастырайық.
Қабылдау нүктесіндегі сигнал әр түрлі таралу жолдарынан келіп түсетін
радиотолқындар интерференциясының нәтижесінде пайда болады, сонымен
бірге олардың әрқайсысы өзінің амплитудасы, таралу уақыты, шағылу кезіндегі
фазалық жылжуы, жиіліктің доплерлік жылжуы арқылы сипатталады. Таралу
шарттарының, шағылушылар қасиеттерінің, шағылдырғыш пен
қабылдағыштың орналасуы өзгерген кезде қосынды сигналдың амплитудасы
мен фазасы да өзгереді.
Арна параметрлерінің өзгеруі кездейсоқ және көптеген себептерге тәуелді
болады, нәтижесінде мобильді станция абоненті қозғалмайтын болса немесе өте
баяу қозғалатын болса интерференциялық сурет тұрақты емес түрге айналады,
ал егер ол тез қозғалатын болса, онда тынулар қатты шағылған болады.
Радиорелелі байланыс теориясында белгілі бір уақыттық интервалдар
үшін сигналдардың тыну үрдістерін локальдық тұрақты деп есептеуге болады.
Бұл үрдістердің математикалық трактіленуін айтарлықтай жеңілдетеді.
Қабылданатын сигнал деңгейінің өзгеру жылдамдығына байланысты
тынуларды екі түрге бөлуге болады - тез тынулар және баяу тынулар.
Тез тынулар негізінен әр түрлі сәулелерден келетін сигналдардың өзара
фазалық қатынасның өзгеруі салдарынан пайда болады және оларды кей
кездері интерференциялық тынулар деп атайды.
Баяу тынулар таралу арналарының қасиеттерінің жалпы өзгерістері
арқылы анықталады, мысалы, абонентті үлкен қашықтықтарға орналастыру
кезінде немесе таралу ортасының қасиеттерін толықтай өзгерткен кезде
(мысалы, гидрометеорлардың пайда болу есебінен). Сонымен қатар сәуленің
өту жолдарының ұзындықтары да өзгереді. Сондықтан баяу тынуларды
кездейсоқ үрдістің орташа деңгейінің (медина) - тез тынулардың өзгерісі
ретінде қарастыруға болады.
Баяу тынулардың кездейсоқ үрдістер ретінде жалпылай қабылданған
моделі осы орташа деңгейді
таратудың логарифмдық-қалыпты тығыздық
заңымен сипатталатын модель болып табылады:
(1.9)
мұндағы:
,
- тарату параметрлері.
Ұялы байланыста сигналдың баяу тынулары ондаған децибелге және одан
да жоғары мәндерге жетуі мүмкін, бірақ шынайы түрде ұзақтығы жағынан
үлкен байланыс сеанстарында ғана байқалады, алайда байланыс тас жолын
есептеу кезінде осы тынуларға қосымша желінің энергия потенциалын есептеу
кезінде де орналастырады.
Тез тынулар сигналдың таралуының көп сәулелі сипаты арқылы
анықталады. Себебі интерференциялайтын құраушылардың өзара фазалық
жылжулары кездейсоқ болғандықтан, тез тынулардың есебінен болатын
23
қабылданатын сигнал (байланыс арнасының тарату функциясы да) деңгейінің
тербелістері де кездейсоқ үрдіс болады.
Оны суреттеу үшін әр түрлі кездейсоқ үрдістер пайдаланылады, олардың
ішінен ықтималдықтар тығыздығын таратудың төрт параметрлі моделі
неғұрлым әмбебаптыққа ие болады. Байланыс арнасының тарату
функциясының төрт параметрлі моделінің құрамына радиобайланыстың әр
түрлі жағдайларында байқалатын таратудың жиі жағдайлары кіреді, олар:
релеевтік, жалпылама релеевтік, бимодалы, қиылысқан-қалыпты және т.б.
Осы модельдің аясында қабылданатын сигналдың фазасы мен деңгейінің
тербелістері оның кездейсоқ өзгерістері төрт параметрлі тарату заңымен
анықталатын кешенді тарату коэффициенті бар төрт полюс арқылы өтуі
нәтижесі ретінде қабылданады. Мұндай кешенді коэффициенттің ортогональды
құраушылары әр түрлі және орташа дисперсиялары бар гаусстық тарату
арқылы сипатталатын кездейсоқ үрдістерді білдіреді
. Осы төрт
параметрдің мәндеріне байланысты таратудың әр түрлі түрлері алынады.
Мобильді байланыс желісіндегі базалық станциядан мобильді станцияға
дейінгі сигналдардың таралуының математикалық моделін құрудың кейбір
сұрақтарын қарастырайық. БС бастап МС дейін сигналдарды тарату кезінде
келесі нұсқалар мүмкін болады:
МС БС тура радиокөріністе орналасқан және жергілікті заттардан
шағылған БС қосымша сигналдары жоқ. Сол кезде сигналдың өшуін (2.3) және
(2.4) өрнектер арқылы анықтауға болады.
МС БС тура радиокөріністе орналасқан және жергілікті заттардан
шағылу салдарынан сигналдың таралуының қосымша жолдары бар.
Тура көріністегі бір қуатты сәулесі бар және көптеген кездейсоқ әлсіз
сәулелері бар арнаны модельдеу үшін көбінесе Накагами-n (Райс) таралуын
пайдаланады
(1.10)
мұндағы: А - пайдалы сигнал деңгейіндегі жүйелі құрамасының
қуатының тербелмелі құрамаға қатынасы;
- түрленген нөлдік ретті біріншілік Бессель функциясы.
МС БС тура емес радиокөріністе орналасқан және ақпаратты жіберу
жергілікті заттардан шағылған сигналдар арқылы ғана мүмкін болады.
Тура радиокөріністегі сәулесі жоқ көп сәулелі таралуды модельде үшін
әдетте Релей таралуын пайдаланады. Оның ықтималдылықтарды тарату
тығыздығы мына формуламен суреттеледі:
(1.11)
24
Неғұрлым күрделі, бірақ шынайы жағдайға балама болатын арнаның
тарату функциясының ықтималдылықтарының тығыздықтарын төрт параметрлі
тарату арнаның сипатталуын күрделендіреді, бірақ төрт параметрлі модель
аясында ықтималдықтарды таратудың қиылысқан-қалыпты заңымен
суреттелетін сигналдың неғұрлым терең тынуларын алуға болады.
Әдетте
тез тынулардың квазипериодын есептеу үшін иілгіштің
корреляция коэффициенті пайдаланылады, ол әр түрлі жиілікте әр түрлі уақыт
сәтінде сигнал деңгейінің өзара өзгерісін сипаттайды
p( t, f )
2 2 2 2
1 1 2 2
(s1s2 ) s1s2
(1.12)
мұндағы:
- бір-бірінен
шамасына қалып отыратын және уақыты
бойынша
қалып отаратын жиіліктердегі сигналдардың амплитудасы.
Көптеген жұмыстарда мобильді станцияның орналасатын абонентіне
корреляция коэффициенті үшін келесі жуықтаулар ұсынылады:
p( t, f )
j0 ( )
2 V t
2 2
m
(1.13)
мұндағы:
- нөлдік ретті біріншілік Бессель функциясы;
- абонентті орналастыру жылдамдығы;
- қабылданатын сигналдың шашырау уақытының орташа квадраттық
мәні (келудің орташа уақытына қатысты әр түрлі сәулелермен сигналдың келу
уақытынан орташа квадраттық ауытқуы).
Тез тынулардың квазипериоды корреляция коэффициенті функциясының
бірінші нөлі ауданында есептелінеді.
Цифрлық байланыста терең тынулардың болуы ұзақтығы салдарынан
қалпына келуі қиын болатын қателіктердің ұзын пакеттерінің пайда болуын
туындатады. Қандай да бір деңгейден төмен тынулардың орташа ұзақтығы Тз
төмендегі өрнек арқылы жуықтатылады:
(1.14)
Жергілікті жерлерде орналастырудың максималды жылдамдығы 60
кмсағ болатын кезде тынулардың орташа жиілігі герц бірлігін құрайды, бұл
ақпарат таратудың сенімділігіне айтарлықтай әсер етеді, бірақ мұндай
жылдамдықпен орналастыру кезінде пакеттік қателіктер туындамайды.
25
(s ) (s ) (s ) (s )
1 (2 f ) T
2
Көп сәулеліктің болуы сондай-ақ іріктемелі-жиіліктік тынуларға да әкелуі
мүмкін, егер айтарлықтай кең жолақты ақпараттық сигналдар пайдаланылса,
мысалы, ұялы байланыстың CDMA стандарттарында.
Корреляция коэффициентіне арналған өрнек сонымен қатар тынулардың
жиіліктік корреляциясының
интервалын да анықтайды, яғни қабылданатын
сигналдар деңгейінің тербелісі корреляцияланбаған деп есептелінуі мүмкін
жиіліктерді тарату. Егер спектрдің жиіліктер жолағы
үлкен болатын болса,
онда ақпараттық сигнал спектрінің барлық жиіліктік құраушылары бір уақытта
тынатын кездегі тынулар қалыпты болады, ал сигналдың әр түрлі жиіліктік
құраушылары бір уақытта тынбайтын болса, онда олар іріктемелі-жиіліктік
тынуларға айналады. Бұл сигналдың біртекті емес жиіліктік сипаттамалары бар
желілік тізбек арқылы өтуіне эквивалентті болады, сол кезде жиіліктік
сипаттаманың түрі кездейсоқ түрде үзіліссіз өзгереді.
ІЖТ негізгі себебі көп сәулелі таралу салдарынан уақытша шашырау
болып табылады. Әр түрлі жолдармен таралатын бір жиіліктің құраушылары
арасындағы фазалар айырмашылығы әр түрлі спектр жиіліктері үшін
корреляцияланбаған болуы мүмкін, сонымен бірге жиіліктік құраушылар
күшейеді, қалғандары әлсірейді.
кезінде (2.8) өрнектен шығады:
(1.15)
Егер әр түрлі жиіліктік құраушылар арасындағы корреляция деңгейін 0,5
тең деп алсақ, онда жиіліктік корреляция интервалы
тең
болады. Шынайы тас жолдарында
мәні микросекундтың ондаған үлесінен
ондаған микросекундқа дейінгі кең көлемде өзгеруі мүмкін. Сондықтан
жиіліктік корреляция интервалының мәнін ондаған килогерцтен бірнеше
мегагерцке дейінгі аралықта қабылдауға болады.
Таратылатын сигнал спектрінің бұрмалануынан басқа ІЖТ таңбааралық
интерференцияны тудыратын таралатын сигналдардың уақыт бойынша
созылуымен қатар жүруі мүмкін. Ұялы байланыс жүйесіндегі тура және кері
арналар арасындағы жиіліктік осі бойынша ара қашықтық жиіліктік
корреляциясының интервалынан асып кетеді, сонымен қатар дуплексті
байланыс арнасы толығымен асимметриялы болады, бұл кері арна бойынша
базалық станциялар мен мобильді станциялардың байланыс жүйелерін
бейімдеп басқаруды күрделендіреді.
Сол уақытта ІЖТ қасиеттері ақпарат таратудың бөгеуілге тұрақтылығын
арттыру әдістерін қолдануға мүмкіндік береді. Егер тасушы жиілігі жиіліктік
корреляция интервалынан үлкен болса, ал ақпараттық сигнал - тар жолақты
болатын болса, онда сигналдың әлсіреуі тынулар есебінен аса жоғары емес
болатын жиіліктің мәні таңдалып алынуы мүмкін. Егер ақпараттық сигнал
жолағы жиіліктік корреляция интервалынан ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
2
3
4
АҢДАТПА
Бұл дипломдық жұмыста
Мобильді байланыстағы радиоарнаның
имитаторын модельдеу мәселелері және мобильді ұялы байланыс жүйелерінің
сапасын арттыру жолдары қарастырылған.
Ұсынылатын модельдер қарастырылған және ұялы радиобайланыс
арнасының имитаторын құру үшін базалық моделдің негізгісі таңдалған.
Есептеу бөлімінде
мобильді байланыстың радиоарналарындағы
тынуларды Matlab бағдарламасын қолданумен компьютерлік модельдеу
қарастырылған.
Экономикалық бөлімінде экономикалық тиімділігі есептелген және
өтелім мерзімі анықталған.
Еңбекті қорғау бөлімінде
өміртіршілік
қауіпсіздігі мәселелері
қарастырылған.
АННОТАЦИЯ
В данной дипломной работе рассмотрены вопросы моделирование
имитатора радиоканала в мобильной связи а также методы повышения качества
системы мобильной связи.
Рассмотрены представленные модели а также выбран основной базовый
модель для построения имитатора канала мобильной радиосвязи.
В расчетной части рассмотрена компьютерное моделирование замирания
в радиоканалах мобильной связи с применением программы Matlab.
В экономической части рассчитана экономическая эффективность и
определен срок окупаемости.
В разделе охраны труда рассмотрены вопросы безопасности
жизнедеятельности.
ANNOTATION
In this thesis questions modeling of the simulator of a radio channel in mobile
communication and also methods of improvement of quality of system of mobile
communication are considered.
The presented models are considered and also the main is chosen basic model
for creation of the simulator of the channel of a mobile radio communication.
In settlement part it is considered computer modeling of a dying down in radio
channels of mobile communication with Matlab program application.
In economic part economic efficiency is calculated and the payback period is
defined.
In the section of labor protection activity safety issues are considered.
5
МАЗМҰНЫ
6 Кіріспе
7
1 НЕГІЗГІ БӨЛІМ
9
1.1 Мобильді ұялы байланыс жүйелерінің қазіргі заманғы жағдайы
9
1.2 Ұялы байланыс жүйелерінің базалық станциялары жанындағы тұрғын
үй құрылысына арналған рұқсат етілген аймақты анықтау
11
1.3 Мобильді ұялы байланыс жүйелерінің сапасын арттыру жолдары
17
1.4 Зерттеу тапсырмасының қойылымы
18
1.5 Ұялы байланыстың радиосигналдарын тарату
19
2. ЕСЕПТЕУ БӨЛІМІ
28
2.1 Ұялы байланыстың базалық станцияларының рұқсат етілген
сәулелену қуатын анықтау әдістемелерін даярлау
28
2.2 Ұялы байланыс арнасының базалық моделін таңдау
31
2.3 Іріктемелі-жиіліктік тынуларсыз радиоарнаның тез тыну имитаторы
34
2.4. Баяу тынулар имитаторы
38
2.5 Іріктемелі-жиіліктік тынулары бар радиоарналардың имитаторы
41
2.6 Мобильді байланыстың көпсәулелі радиоарналарындағы тынуларды
компьютерлік модельдеу
48
2.7 Байланыстың үзілу ықтималдығы
58
3. ЭКОНОМИКАЛЫҚ БӨЛІМ
61
3.1 Мобильді байланыс желісінің экономикалық негіздемесі
61
3.2 Жалпы шығындарды есептеу
63
3.3 Қаржылық жоспар
63
3.4 Экономикалық тиімділікті есептеу
67
4. ӨМІРТІРШІЛІК ҚАУІПСІЗДІГІ
69
4.1 Мобильді байланыс желісін эксплуатациялау және жөндеу кезіндегі
қауіпті өндірістік жағдайларға сипаттама
69
4.2 Электроқұралдардың жұмысы кезіндегі зиянды өндірістік
факторлардың сипаттамасы
73
4.3 Шуылдың негізгі сипаттамалары мен топтастырылу
76
4.4 Дыбыс жиілігі 8000 Гц болатын базалық станция орналасқан
ғимараттағы акустикалық өңдеу тиімділігін қолдануды есептеу
80
Қорытынды.
82
Әдебиеттер тізімі.
84
Негізгі қысқартулар тізімі.
85
А Қосымшасы
88
Ә Қосымшасы
89
КІРІСПЕ
Дециметрлік және сантиметрлік диапазондардағы мобильді
радиобайланыс жүйелерінің, әсіресе ұялы радиобайланыс жүйелерінің
қарқынды түрде дамуы екі қарама-қарсы факторлармен қатар жүреді. Бір
жағынан мобильді радиобайланыс жүйелерін өндірушілердің жүйелердің
энергия потенциалын арттыру және ұялы байланыс үшін базалық станциялар
санын азайтып, желінің кеңейту шығындарын төмендетуге мүмкіндік беретін
байланыстың айтарлықтай ұзақтығын қамтамасыз ету мақсаты түсінікті. Басқа
жағынан қарағанда, Радиоқұралдардың электромагниттік тербелістерін
сәулелендіргіштері мен олардың энергия потенциалдары санының артуы
биологиялық нысандарға, оның ішінде адамға да кері әсер етеді.
Бұл қарама-қарсылық мобильді байланыс жүйесін құру кезеңінде
пайдаланылатын радиотаратқыш құрылғылардың қуатын арттырусыз энергия
потенциалын ұлғайту әдістерін құруға және тұрғын үй және өндірістік
ғимараттардағы электромагниттік сәулелену (ЭМС) нормаларын бұзбай ұяшық
өлшемін анықтауға мүмкіндік беретін бағдарламалық-аппараттық құралдар
жасап шығаруға аса маңызды ғылыми және тәжірибелік міндет қояды.
Мұндай құралдарға зертхана жағдайында схемотехникалық шешімдерді
жасап шығаруға және дайындалатын аппаратураның сипаттамаларын
оңтайландыруға мүмкіндік беретін, сондай-ақ өндіріс кезіндегі
радиоқұрылғылардың сапасына бақылау жүргізуге де мүмкіндік беретін
радиоарналардың имитаторларын жатқызуға болады.
Мобильді байланыс сигналдарын таратудың шынайы жағдайларына
сәйкес келетін сигналға әсер ететін радиоарнаның имитаторын құру ғылыми
зерттеулердің нәтижелерін эксперименттік түрде бекітуге және бірнеше
тәжірибелік міндеттерді шешуге мүмкіндік береді:
ақпарат таратудың жоғары сапасын қамтамасыз ететін
радиосигналдардың ең жақсы түрлерін анықтау;
-
зертхана жағдайында жүйе құрудың әр түрлі нұсқаларын
эксперименттік түрде зерттеу;
-
-
-
ақпараттық сигналдарды құру мен өңдеу түйіндерін жақсарту;
"баға-сапа" өлшемі бойынша байланыс жүйелерін оңтайландыру;
мобильді байланыс аппаратурасын даярлау кезінде техникалық
бақылауды жүзеге асыру.
7
Радиоарналарды математикалық суреттеу және олардың имитаторларын
құру мәселелеріне бүкіл әлем ғалымдарының жұмыстарында әрқашан көп көңіл
бөлінген, олар: Б.А. Введенский, Д.Д. Кловский, В.В. Марков, А.Г. Самойлов,
Ю. С. Шинаков, P. Bello, R. Steele, L. Hanzo, В. Sklar және т.б. Бірақ аппараттық
жүзеге асыруларға дейін қысқа толқынды, ұзақ тропосфералық байланыс,
жерсеріктік байланыс сияқты кейбір нақты радиоарналардың имитаторлары
ғана жеткен болатын. Байланыс арналарының белгілі имитаторы әмбебап емес
болып табылады және жиіліктің доплерлік өзгерістері немесе арнадағы
уақыттық кеңейтілу сияқты сигналға мүмкін болатын барлық әсерлерді
қамтиды.
Мобильді байланыс жүйелерінің тез дамуы мен олардың құралдарын
жалпылай пайдалануды ескере отырып, шынайы радиоарналарға максималды
түрде ұқсас болатын мобильді байланыс радиоарналарының имитаторын құру
өзекті мәселеге айналды.
Диплом жұмысының мақсаты ұялы байланыс радиоарналарына талдау
жүргізу және дециметрлік пен сантиметрлік диапазондардағы мобильді ұялы
радиобайланыс радиоарналарының имитаторын құру негіздерін даярлау болып
табылады.
Алға қойылған мақсатқа жету үшін диплом жұмысында келесі мәселелер
шешіледі:
1. Мобильді
байланыстың радиоарналары арқылы таралатын
радиосигналдарға әсер ететін түрлі факторлардың алгоритмдері зерттеледі;
2. Әр
түрлі тынуларды модельдейтін сигнал генераторларының
құрылымы ұсынылады;
3. Елді мекендерге арналған ұялы байланыстың базалық
станцияларының рұқсат етілген сәулелену қуатын
анықтау әдістемесі
даярланады;
4. Шынайы әсерлерге ұқсас болатын мобильді байланыс жүйелерінің
радиосигналдарына әсерін модельдейтін имитатордың құрылысы ұсынылады.
Зерттеу мәні мобильді ұялы байланыс радиоарналарының сипаттамалары
мен олардың аппараттық модельдеу әдістері болып табылады.
Зерттеу әдістері радиотолқындарды тарату теориясы, математикалық
статистика әдістері, кездейсоқ үрдістер теориясы мен эксперимент
теориясының болжамдарына негізделген.
8
1 НЕГІЗГІ БӨЛІМ
1.1 Мобильді ұялы байланыс жүйелерінің қазіргі заманғы жағдайы
Өткен ғасырдың соңында бүкіл әлемде мобильді байланыстың дамуында
қарқынды даму байқалды. 2001 жылғы зерттеулер әрбір 2,5 секунд сайын
сымсыз желіге жаңа абонент қосылып отырғандығын көрсетті. 2006 жылы 950
миллион ұялы телефон сатылған болса, 2007 жылы бұл көрсеткіш 1 миллиардқа
жеткен. 2006 жылдың соңында бүкіл әлемдегі мобильді телефон абоненттерінің
саны 2,7 миллиардқа жеткен, ал 2007 жылдың соңына қарай 3 миллиардтан
астам болды, бұл әлем халқының жартысын жеке телефон байланысымен
қамтамасыз етеді. Цифрлық мобильді байланыстың жоғары сапасы, оның
ұйымдастырылуныа кететін шығындардың төмендігі, сол себепті барлық
елдердің тұрғындарының көпшілігіне қол жетімділігі осындай жетістіктерге
жетуді қамтамасыз етті. Мобильді байланыс тұтынушыларының саны үзіліссіз
түрде артып отыратын болады, сондықтан осы байланыс жүйелерінің сапасын
арттырып, мобильді байланысты қамтамасыз етуші қорларға талаптарды
төмендету арқылы дамыту қажет.
Бізге керекті нөмірді тергеннен кейін біздің телефон жақын арадағы
Базалық Станциямен (БС) байланысып дыбыстық арна бөлуін сұрайды.Базалық
Станция контроллерге (BSC) сұраныс жібереді,ал ол оны коммутаторға (МSC)
бағыттайды.Егер абонент бір ұялы байланыстың абонетті болып қалса онда
коммутатор Home Location Register (HLR) бірге шақырылушы абоненттің қай
жерде енендігін анықтайды (үйде немесе шет елде) содан қоңырауды лайықты
коммутаторға береді де оны контроллерге жіберіп Базалық Станцияға қосады.
Базалық Станция ұялы телефонмен байланысып басқа телефонға қосады. Егер
біздің абонент басқа байланыстікі немесе қалалық телефонға хабарласып
жатсақ онда біздің коммутатор басқа байланыстың лайықты коммутаторына
жүгінеді.
9
1.1 Сурет - Екі ұялы телефон арасындағы байланыс
Қазіргі заманғы мобильді радиобайланыс жүйелері әр түрлі жиіліктер
диапазонын, модуляцияның әр түрлерін және сигналдарды өңдеудің әр түрлі
тәсілдерін пайдаланады. Қазіргі кезде әр түрлі мақсаттарда жүйе жиілігі
бойынша тар жолақты және кең жолақты мобильді байланыс жүйелері, оның
ішінде спектрді кеңейту әдістерін пайдаланатын жүйелер де іс жүзінде кеңінен
қолданылады.Қазақстан Республикасында екі түрлі ұялы байланыс жүйелері
белсенді түрде пайдаланылады:
1. GSM (Global System for Mobil Communication) - сигналдары тар
жолақты, минималды жылжуы бар гаусстық модуляциясы және абоненттер
сигналдарын жиіліктік-уақыттық бөлу арқылы базалық станциядан абонентке
дейін 935-960 МГц диапазонында және абоненттен базалық станцияға дейін
890-915 МГц диапазонында жұмыс істейді;
2. CDMA (Code Division Multiple Access) - тура реттілік жолымен спектрді
кеңейту әдістеріне іс жүзінде қосымша болып табылатын сигналдары кең
жолақты (direct sequence - DS) және жиілікті тербеліс түрлес кездейсоқ қайта
баптау (frequency hopping - FH).
Қазақстан мен Еуропада GSM стандартының бір түрі де кеңінен
қолданылады - бұл базалық станциядан абонентке дейін 1805-1880 МГц
жиілікте және абоненттен базалық станцияға дейін 1690-1785 МГц жиілікте
байланысты қамтамасыз ететін DCS (Digital Cellular System) стандарты.
Мобильді байланыс жүйелері үзіліссіз түрде дамып жатыр және тек қана
сөздік ақпаратты ғана емес, сондай-ақ мультимедиалық ақпараттарды таратуға
арналған болашықтағы дамушы сымсыз жүйелер қазіргі кездегі жүйелермен
салыстырғанда деректерді тарату жылдамдығы анағұрлым жоғары болуы керек.
Қазіргі кездің өзінде үшінші ұрпақтың (3G) қазіргі заманғы коммуникациялық
жүйесі ақпараттық қызметтердің кең диапазонын қамтамасыз етеді. Бұл
қызметтерге ақпараттық алмасу жылдамдығы 2 Мбитс болған кездегі сөзді,
деректерді, бейнелер мен мультимедиалық ақпаратты тарату кіреді. Бірақ
мобильді байланыс жүйелерінен ақпаратты таратудың аса жоғары жылдамдығы
мен көрсетілетін қызметтердің кең спектрі талап етіледі.
Төртінші ұрпақтың (4G) мобильді жүйелері 100 Мбитс және одан да
жоғары тарату жылдамдығында жұмыс істейді деп күтілуде. Бұл мобильді
байланыс жүйелерінің көмегімен тек қана сөз бен мультимедиалық ақпаратты
таратуды ұйымдастырып қоймай, сонымен қатар тұрғын үйлер мен өндірістік
орындарындағы жылу, электр энергиясы, газ, су шығындары туралы деректерді
таратуды да ұйымдастыруға да мүмкіндік береді. Ақпаратты тарату
жылдамдығын айтарлықтай арттыру туралы мәселелердің шешімі мобильді
жүйелердің дамуының мүмкін болатын жолдарына талдау жүргізуді талап етеді,
өйткені мобильді байланысты ұйымдастыруға жұмсалатын аса жоғары сапалы
қорлар аяқталмайтын емес және шектеулі болады.
10
1.2 Ұялы байланыс жүйелерінің базалық станциялары жанындағы тұрғын
үй құрылысына арналған рұқсат етілген аймақты анықтау
Техникалық алға жылжу үрдісінің дамуы радиожиіліктік эфирдің игерілуі
мен оның интенсивті түрде пайдаланылуына алып келді. Адамдардың іс
жүзінде пайдаланатын радиоэлектронды жүйелер (РЭЖ) мен өндірісте
қолданылатын жоғары жиілікті орнатқыштардың (ЖЖО) саны жыл сайын
артып жатыр. Мысалы, Қазақстанның тек қана орталық аймағында 2007 жылы
400 мыңнан астам РЭЖ, оның ішінде 66,7 мыңы стацонар РЭЖ тіркелген
олардың құрамына ұялы мобильді байланыс жүйелерінің базалық станциялары
да кіреді. Эфир қорын игеруден қомақты пайда табумен қатар, қуатты
электромагниттік сәулеленудің (ҚЭС) биологиялық нысандарға да, адамға да
кері әсерінен пайда болатын жағымсыз әсерлер де пайда болды.
Ірі қалаларда ұялы байланыс жүйелерінің базалық станциясы
антенналарының тек қана арнайы орнатқыш құрылғыларда ғана емес, сонымен
қатар биік ғимараттардың шатырларына да орнатылатындығына байланысты
адамдардың мүмкін болатын сәулелену ықтималдығы айтарлықтай жоғары
болады. 1.1 суретте мысал ретінде ұялы байланыс желісі антеннасының
өндірістік ғимараттың шатырында, бірақ Алматы қаласындағы Жетісу ықшам
ауданындағы тұрғын үйлерге жақын жерде орналасуы көрсетілген.
Электромагниттік сәулеленудің адамға әсері дене жасушалары өте
кішкентай антенналар бола тұрып, электромагниттік өрістердің ішкі
сәулелендіргіштерінен электромагниттік энергияны қабылдайды да, оны
айнымалы электр тогына түрленетіндігінен жиі байқалады.
11
1.2 Сурет - Ықшам аудан орталығында ұялы байланыс желісінің базалық
станциясын орналастыру
Жүргізілген ЭМС токтары адамның бүкіл жүйке жүйесінің қалыпты
жұмыс жасауына кедергілер тудырады және адам денесінің жасушаларын
қыздырып жібереді. Ұзақ уақыт бойы үзіліссіз сәулелену организм
жасушаларының қыза кетуі мен өліп қалуына алып келуі мүмкін. Әсіресе қан
айналымы арқылы салқындатылмайтын ұлпа жасушалары үшін қызып кету аса
қауіпті болады. Адамда бірінші кезекте ЭМС әсерінен көз жанары, шаш
түптерінің түйіндері, бас миы мен кейбір темірлердің жасушалары зардап
шегеді. Адамның аз қуатты ЭМС ұзақ уақыт бойы сәулеленуі әзірше көп
зерттелмеген, бұл ғылым әлемінде ұялы телефондардың зияны туралы талас
тудырады.
Көп қуатты ЭМС арқылы аз уақыт бойы сәулелену әлсіздік, бас ауруын,
естудің, көрудің нашарлауын тудырады және адамның әсерін баяулатуы мүмкін.
Аз уақыт бойы сәулелену тоқтағаннан кейін және ұзық уақыт бойы дем алған
соң организм қасиеттері қайта қалпына келеді, ал ЭМС әсерінен болған зиянды
әсерлер жоғалады.
Адамның қуатты электромагниттік өрістері (ЭМӨ) арқылы мүмкін
болатын сәулеленуін есептеу үшін қауіпсіз тұрғын үй құрылыстарын бағалауға
және ЭМС әсері бар адамның өмір сүру нормативтерін анықтауға мүмкіндік
беретін белгілі бір ережелер жасап шығарылған.
Әр елдегі электромагниттік сәулеленудің адамға қауіпсіздік деңгейіне
қабылданған стандарттар бір-бірінен ерекшеленеді. Ресейде олар орнатылған
нормалармен анықталады және [1-3] қарастырылған әдістемелер бойынша
есептеледі.
Қазақстан Республикасында қабылданған нормаларға сәйкес адамға
электромагниттік сәулелену әсерінің интенсивтілігі сәулелену уақыты мен
режиміне тәуелсіз шектік рұқсат етілген деңгейден (ШРД) аспауы керек. 300
МГц төмен болатын жиіліктер диапазонында электрлік және магниттік
өрістердің кернеуліктері анықталады, ал 300 МГц жоғары болатын жиіліктер
диапазоны үшін бірлік аумаққа арналған энергия ағынының тығыздығы (ЭАТ)
регламенттеледі.
30...300 МГц жиіліктер диапазонындағы ШРД [3] нормаларына сәйкес 300
ГГц кезінде тұрғын үй және әкімшілік ғимараттар үшін
құ р айды , [3] нормаларына сәйкес сәулелендіргіштерден ЭАТ жүйелердің
электромагниттік өрісі мына шамадан аспауы керек:
12
(1.1)
30...300 МГц жиіліктеріндегі қауіпті аймақтың шекаралары
теңдігімен анықталады, көптеген ұялы байланыс жүйелерінде пайдаланылатын
300 МГц жоғары жиілікте энергия ағынының тығыздығы мына өрнекке сәйкес
есептелінеді.
(1.2)
және қауіпті аймақ шекарасы
теңдігі арқылы анықталады.
Тұрғын үй кешеніне арналған радиоэлектронды құралдардан сәулеленудің
рұқсат етілген деңгейін бағалау технологиясы S қауіпсіздік өлшемінің шамасын
аналитикалық түрде анықтауға негізделген. Қауіпсіздік өлшемі ретінде РЭС i, j,
к сәулелендірушлері электромагниттік өрістің биологиялық нысандарға
әсерінің қатысты қосынды интенсивтілігі қабылданған
(1.3)
мұндағы:
- адам үшін ЭМӨ кернеулігінің шектік рұқсат етілген
деңгейі (ШРД);
- адам үшін шектік рұқсат етілген ЭМӨ энергия ағынының
тығыздығы.
13
30 бастап 300 МГц жиіліктер диапазоны үшін i және j сәулелену көздері
ғана ескеріледі, ал 300 МГц асатын жиіліктер диапазоны үшін тек қана к
сәулелену көздері ескеріледі. S шамасы ЭМӨ биологиялық нысандарға әсер ету
дәрежесін сипаттайды және [3] нормаларына сәйкес
кезінде ЭМӨ ұзақ
уақыт бойы әсері адам үшін қауіпті болады.
РЭС құратын ЭМӨ деңгейлерін бағалау [1-5] көрсетілген ұсыныстар
бойынша жүргізіледі. ЭМӨ электрлік құраушысының кернеулігі мына формула
арқылы анықталады:
(1.4)
мұндағы: R - антенна орталығынан есептеу нүктесіне дейінгі ара
қашықтық, м;
Р - антенна-фидерлі тракт (АФТ) кірісіндегі қуат, Вт;
G
-
максималды сәулелену бағытында анықталатын изотропты
сәулелендіргішке қатысты антеннаны күшейту коэффициенті;
- антенна-фидерлі трактідегі жоғалтулар коэффициенті;
К - антенналар қиылысында орналасқан қоршаған беттер әсерін ескеретін
әлсіреу көбейткіші;
-- есептеу нүктесіне бағытталған тік және көлденең бағыттағы
нормаланған диаграмма.
ЭМӨ рұқсат етілген деңгейін бағалау технологиясы РЭС көптеген
параметрлерін ескеруда талап етеді (антенналар
сәулелендіргіштерінің
электрлік және механикалық иілулері, күшейту коэффициенті және антенна
бағыттылығының диаграммасының ені, таратқыштың шығысындағы арнаға
қуат, РЭС таратқышынан антеннаға дейінгі фидердегі шығындар және т.б.).
14
1.3 Сурет - Тік орналасуына қатысты сәулелендіргіштердің анық иілу
бұрыштары көрсетілген ұялы байланыс желісінің базалық станциясының
антеннасы
Тұрғын үй құрылысының қауіпсіз аймағын есептеу есептеу нүктесіне
бағытталған РЭС антенналарының бағыттылық диаграммасының максимумына
сәйкес келетін жер бетінен биік жерде орналасқан тұрғын үй құрылыс
аумағының шекарасында таңдалып алынатын есептеу нүктелеріне қатысты
антенна жүйесінің барлық сәулелендіргіштері үшін жүргізіледі. Есептеу кезінде
нақты антеннада орнатылған сәулелендіргіштердің иілу бұрыштарын ескеру
қажет, бұл 1.3 суретте мобильді ұялы байланыс желісінің базалық
станциясының антеннасының мысалында көрсетілген.
Қазақстанда сәулелену деңгейін бақылау ауданның нақты бір нүктесіндегі
РЭС орналастыруды жобалаудың кезеңдерінде санитарлық эпидемиялық
станциялары, бірақ аппараттық өлшеулер арқылы тексерусіз жүзеге асырылады.
Сонымен қатар ЭМС шамаларын бағалау кезінде айтарлықтай қателіктер болуы
мүмкін.
Қателіктердің себептері төмендегідей:
15
антенна құрылғыларының шынайы параметрлерінің паспорттық
деректерден ауытқуы;
жүйе антеннасының бағыттылық диаграммасының бүйір жақтарынан
мүмкін болатын қуатты сәулелену;
пайдаланылу шамасы бойынша антенна-фидерлі құрылғылардың
жаңартылуы;
қауіпсіздік белгілерінің шамаларын бағалау кезіндегі ескерілмеген
қосымша мобильді ЭМС көздерінің болуы.
ЭМС аппараттық өлшеулерін санитарлық эпидемиялық станциялары
құрылудың бірінші қабаты деңгейінде жүргізеді, бұл ЭМС әсеріне ең көп
ұшырайтын тұрғын үй құрылыстарының жоғарғы қабаттарына арналған ЭМС
деңгейін ескермейді.
ЭМС бағалау кезінде пайда болған қателіктер рұқсат етілген тұрғын үй
құрылыс аймақтарын анықтау кезінде қиындықтар және тұрғындардың
шағымдарын тудырады. Бұл жағдайларға түзету енгізу қажет, ал түзету үшін
қарапайым іс-шараларды жүзеге асыруды ұсынуға болады, нақтырақ айтсақ:
тұрғын үй аудандарында график бойынша жүйелі түрде ЭМС
деңгейлеріне аппараттық өлшеулер жүргізу;
ЭМС деңгейлеріне аппараттық өлшеулерді РЭС маңайындағы
ғимараттардың барлық қабаттарының биіктігінде жүргізу;
рұқсат етілген тұрғын үй құрылыс аймақтарын анықтау кезінде ары
қарайғы пайда болуы мүмкін өрісті мобильді сәулелендіргіштердің 20% артық
қорын пайдаланбау және басқа жиіліктерде сәулеленуді болдырмау.
Келтірілген тұрғын үй құрылысының рұқсат етілген аймақтарын бағалау
әдістемесінде антенна бағыттылығының диаграммасының кеңістіктік орнын
ескеретін және сигналдың таратылуы кезінде көптеген сигнал
бейнелегіштерінің кесірінен сигналдардың көп сәулелі түрде таралуын
ескермейтін ұялы байланыс радиоарнасының қарапайым моделі
пайдаланылады.
Тәжірибелік есептеулер қуаты 20 Вт дейінгі болатын таратушы
құрылғыларды пайдаланатын ұялы байланыс жүйелері үшін рұқсат етілген
құрылыс аймағының ұзындығы 100 м аспайтындығын көрсетеді, сондықтан
мұндай модель тұрғын үй құрылысының рұқсат етілген аймақтарын анықтауға
әбден жарайды. Алайда радиоарналарды модельдеу үшін базалық станциядан
абонентке дейін ақпаратты тарату үшін қарапайым модель жарамсыз болып
табылады. Бұл модель таралу кезінде, абоненттерді орналастыру кезінде
жиіліктің доплерлік өзгерістері және басқа да факторлар кезінде сигналдың
әлсіреуі мен тынуын ескермейді.
Күрделі қала бедері кезінде базалық станцияларды тікелей құрылысы
аяқталып қойған тұрғын үй кешендеріне орналастыру жиі талап етіледі.
Сондықтан базалық станциядан жақын жерде орналасқан өндірістік және
тұрғын үй құрылыстары мен ғимараттарына дейінгі ара қашықтыққа
байланысты базалық станциялардың (сәйкесінше ұяшық көлемі де)
16
сәулеленуінің рұқсат етілген максималды қуатын анықтау бойынша мәселелерді
шешу маңызды болып табылады.
Мобильді байланыс жүйелерінің қондырғыларының сапасын арттыру
мәселелерін шешу үшін базалық станциядан абонентке дейінгі
радиоарналардың аналитикалық моделін құру және оның негізінде мобильді
байланыс арналарыны және оның негізінде мобильді байланыс арналарына
ұқсас болып табылатын және байланыс құралдарын өндіру сатысында
аппараттық жолмен жаңа жүйелердің сапасын бақылау маңызды мәселе болып
табылады.
1.3 Мобильді ұялы байланыс жүйелерінің сапасын арттыру жолдары
Радиобайланыс жүйелерінің негізгі сапалық көрсеткіштері олардың
жиіліктік және энергетикалық көрсеткіштерімен байланысты. Мобильді
байланыс жүйесінің энергетикасы оның энергия потенциалы арқылы
анықталады, ол өз кезегінде таратқыштардың қуатына, қабылдағыштардың
сезімталдығына, антенналардың күшеюіне және пайдаланылатын сигналдарды
өңдеу әдістеріне тәуелді болады. Сондықтан ұялы мобильді радиобайланыстың
сапасын арттыру пайдаланылатын радиобайланыс жүйелерінің энергия
потенциалын арттыру мүмкіндігімен анықталады.
Нақты тапсырмаларға байланысты сапа критерийі ретінде әр түрлі
көрсеткіштерді пайдалануға болады, мысалы, цифрлық ақпаратты тарату
кезінде қателіктердің ықтималдығын төмендету, берілген рұқсат етілген
қателіктер ықтималдығы кезінде байланыс қашықтығын арттыру, байланысқа
кіру уақытын төмендету, байланыстың үзілу ұзақтығын шектеу және т.б. Нақты
сапа критерийін таңдау жүйені бағалауға және ары қарай осы көрсеткіш
бойынша оңтайландыруды жүргізуге мүмкіндік береді.
Қазіргі уақытта мобильді байланыс таратқыштарының қуаты іс жүзінде
потенциалдық шамаға жетті. Мысалы, елді мекендерде орналасқан ұялы
байланыстың базалық станцияларында қуат бойынша ұстанымдық шектеулер
болады, өйткені адамдардың сәулеленуі кезінде ЭМС деңгейлеріне шектеулер
болады. Ұялы байланыстың мобильді станцияларында осы себеп бойынша
және ұзақ уақыт бойғы автономды электр қорегін қамтамасыз ету мәселелеріне
байланысты ЭМС деңгейіне шектеулер қойылған.
Тұрғын үй құрылысының қауіпсіз аймағын есептеу есептеу нүктесіне
бағытталған РЭС антенналарының бағыттылық диаграммасының максимумына
сәйкес келетін жер бетінен биік жерде орналасқан тұрғын үй құрылыс
аумағының шекарасында таңдалып алынатын есептеу нүктелеріне қатысты
антенна жүйесінің барлық сәулелендіргіштері үшін жүргізіледі. 2006-2007
жылдары Қазақстан аумағы бойынша орташа аймақ орталығының (Алматы
қаласы) негізінде орындалған тәжірибелік зерттеулер қалалық жерлердегі
базалық станция таратқыштарының қуаты жиырма ваттан аспауы керек
екендігін көрсетті.
17
Қазіргі
уақыттағы қабылдау құрылғыларының сезімталдығы
потенциалдық шамаға жуық, себебі оның ары қарайғы шуыл деңгейіне дейін
артуы радиобайланыс сапасын төмендетуі мүмкін. Мұның себептері ұялы
байланыс жүйелерінің басқа да радио құралдарымен электромагниттік
сәйкестігін күрделендіретін РЭС санының үзіліссіз артуы және ұялы
байланыста пайдаланылатын қабылдағыш құрылғылардың микросұлбаларының
төменгі шуыл параметрлері болып табылады.
Пайдаланылып жүрген ұялы байланыс жүйелерінің антенналарын
күшейту де айтарлықтай арта бермейді, өйткені бұл байланысқа мобильді
абоненттердің қосылуын күрделендіреді, олардың жақын арадағы базалық
станцияларға қатысты бағытталуын талап етеді және модильді ұялы байланыс
жүйелері құрылғыларының көпгабаритті сипаттамаларын арттырады.
Айтылғандардың негізінде таратқыштар қуатының артуы немесе
қабылдағыштар сезімталдығының артуы мен антенналардың күшеюі есебінен
энергия потенциалының артуы жақын арада мобильді байланыстың сапасын
айтарлықтай арттыруды қамтамасыз ете алмайды деп қорытындылауға болады
және бұл мәселені шешу үшін басқа мүмкіндіктерді қарастыру қажет.
Мобильді байланыс жүйелерінің сапасын басқандай жолмен арттыру
мобильді байланыс сигналдарын құру құрылғылары мен олардың қабылдап-
тарату құрылғыларында өңделу әдістерін жетілдіру болуы мүмкін. Бұл
мүмкіндікті әр елдің ғалымдары зерттеген болатын, бұл іс жүзінде
пайдаланылатын ұялы байланыс стандарттарының көп түрлілігін білдіреді,
алайда ұялы байланыстың сигналдарын өңдеудің ең жақсы әдістерін іздеу
бойынша ұстанымдық шектеулер әзірше жоқ және осы бағытта жағымды
нәтижелер болуы мүмкін.
Ұялы радиобайланыстың сигналдарын құру мен өңдеу мәселелерінің
аналитикалық шешімдері ұяла байланыс радиоарналарының қасиеттерінің
тұрақсыздығына байланысты айтарлықтай қиындықтарға ұшырайды,
сондықтан жаңа құрылғының сапасын құрал-жабдық түрінде бағалауға
көмектесетін аспап болып табылатын арна имитаторын жасап шығару осы
мәселені шешуге мүмкіндік береді.
1.4 Зерттеу тапсырмасының қойылымы
Мобильді байланыс сигналдарын құру құрылғылары мен олардың
қабылдап-тарату құрылғыларында өңделуін жетілдіру мәселелерін шешу үшін
радиоарналардың ақпаратты тарату сапасына әсерін анықтап, арналардың
қасиеттері мен олардың таратылатын радиосигналдарға әсерін аналитикалық
түрде сипаттау керек.
Мобильді байланыс сигналдарының таралуының шынайы шарттарына
сәйкес келетін мұндай радиоарна модельдерін құру көптеген міндеттерді
шешуге мүмкіндік береді:
18
ақпарат таратудың жоғарғы сапасын қамтамасыз ететін
радиосигналдардың ең жақсы түрлерін анықтау;
зертхана жағдайында жүйелер құрудың түрлі нұсқаларын
эксперименттік түрде зерттеу;
ақпараттық сигналдарды өңдеу мен құру түйіндерін жасау;"баға-сапа"
белгілері бойынша байланыс жүйелерін оңтайландыру;
мобильді байланыс аппаратурасының даярлануы кезінде техникалық
бақылау жүргізу.
Жоғарыда аталған тапсырмаларды жүзеге асыруды қамтамасыз ету үшін
мобильді байланыс радиоарналарының имитаторларын құру үшін мыналар
талап етіледі:
ұялы байланыс радиоарналарына талдау жүргізіп, сигналдардың
осындай радиоарналар арқылы таралуының математикалық моделін жасап
шығару;
алгоритмдер және мобильді байланыс арналарымен таралатын
радиосигналдардарға түрлі факторлардың әсер етуін жүзеге асырушы
бағдарламалар жасап шығару;
мобильді байланыс жүйелерінің радиосигналдарына әсер етуді
ұқсастыратын кешенді синтездеу.
Мобильді ұялы байланыс радиоарналарының имитаторларын құру
бойынша мәселені шешу дипломдық зерттеудің негізгі мақсаты болып
табылады.
1.5 Ұялы байланыс радиосигналдарының таралуы
Радиоарналар ұялы байланыстың және басқа байланыс желілерінің негізгі
құраушыларының бірі болып табылады және олардың сипаттамалары көп
жағдайда байланыс жүйелерінің параметрлерін анықтайды. Өз кезегінде
радиоарналардың сипаттамалары маңызды факторлар қатарымен анықталады.
Олардың ішіндегі негізгілерінің бірі байланысты ұйымдастыру үшін
пайдаланылатын жиіліктік диапазонды таңдау болып табылады. Байланыс
жүйелерінің дамуында неғұрлым жоғары жиілікті диапазондарға өту қарқыны
қарастырылады. Жиіліктер спектрінің неғұрлым жоғары жиілікті аймағына өту
мүмкіндігі технологиялардың дамуына негізделген және байланыс
қызметтеріне сұраныстың артуымен анықталады. Алайда мұндай өту
мүмкіндіктері шектеулі болып келеді. Әр түрлі деректерге сәйкес толқын
ұзындығы 10 см аз болған кезде атмосферада байланыс тиімділігін айтарлықтай
төмендететін радиотолқындардың аса қатты өшуі байқалады.
Қазіргі кезде ұялы байланыс жүйелерінің көпшілігі толқындардың
дециметрлік және сантиметрлік диапазондарын пайдаланады. Бұл
диапазондарда олардың жұмыстарына табиғи және жасанды бөгеуілдер әсер
етеді. Бөгеуілдерді өзінің тарату арнасы мен таралу ортасының қасиеттеріне
негізделген мультипликативті және пайдалы сигналмен бірге салынатын және
19
электромагниттік сәулеленудің әр түрлі көздеріне негізделген аддитивті деп
бөлуге болады.
Мобильді радиобайланыста қабылдағыштың кірісіндегі электромагниттік
толқындар таратқыш антеннасынан ең қысқа жол бойынша келген және
шағылудан, дифракция, шашыраудан, ғимараттар, ағаштар және басқа да
бөгеттерден туындаған, сондай-ақ атмосфералық тербелістерге ұшыраған
көптеген толқындардың суперпозициясын білдіреді. Бұл әсер сигналдың көп
сәулелі таралуы ретінде белгілі.
Көп сәулелі таралу салдарынан қабылданатын сигнал амплитудасы
бойынша кішірейген, бөгелген және фазасы бойынша өзгерген таратылған
сигналдар көшірмесінің қосындысынан тұрады. Әрбір өтетін толқынның
фазасына байланысты салу құрастырмалы немесе қирағыш болуы мүмкін.
Цифрлық сигналдар үшін таратылған импульстің түрі таралу бойы бұрмалануы
мүмкін және қабылдағыштың кірісінде жеке-жеке ерекшеленетін бірнеше
импульстер пайда болуы да мүмкін. Бұл көп сәулелі таралу әсерін импульс
дисперсиясы деп атайды.
2.1 суретте базалық станциядан (БС) мобильді станцияға (МС) дейінгі
таралатын сигналдардың мүмкін болатын сәулелері көрсетілген.
1.4 Сурет - Мобильді байланыс сигналдарының көп сәулелі таралуы
Көп сәулелі таралудан басқа мобильді радиоарна сигналдарының таралу
сипаттамаларына доплерлік әсер кері әсер етеді. МС қозғалысы салдарынан
доплерлік әсер қосындыланатын толқындардың әрқайсысының жиілігінің
өзгерісін тудыртады. n-ші келетін толқынның келу бағытымен және мобильді
станцияның қоғалыс бағытымен анықталатын
келу бұрышы 2.2 суретте
көрсетілгендей n-ші келетін толқынның доплерлік жиілігін (жиіліктің
жылжуын) анықтайды, бұл төмендегі қатынасты береді
20
(1.5)
Максималды доплерлік жиілік
мобильді станцияның
жылдамдығы,
жарық жылдамдығы
және тасушы жиілікке
байланысты болады және
төмендегі теңдеу арқылы анықталады
(1.6)
Максималды (немесе кері бағыттағы қозғалыс кезінде минималды)
доплерлік жиілік, яғни
,
кезінде қол
жетімді болады. Доплерлік әсердің салдарынан таратылған сигналдың спектрі
тарату барысында жиіліктің кеңеюіне ұшырайды. Бұл әсерді мамандар жиілік
дисперсиясы деп атайды. Жиілік дисперсиясының әсері қабылданатын
толқындардың амплитудасы мен максималды доплерлік жиіліктер шамасына
тәуелді болады.
1.5 Сурет - n-ші келетін толқынның аn келу бұрышы
Ұялы
мобильді байланыстың радиоарналарын қарастырған кезде
келесілерді ескеру керек:
көп жағдайда желі абоненттерінің географиялық орналасқан орны
қала және қала сыртының аймақтары, сондай-ақ темір жолдары мен көлік
магистральдарының бойында орналасқан болып табылады;қабылдау аймағы ір
түрлі тығыздықпен және құрылыстың сипаты мен әр түрлі (және климаттық
жағдайларға тәуелді болатын) төсеу бетінің сипатымен сипатталады;
мобильді станция көп жағдайда базалық станциядан тура емес
радиокөріністе орналасқан болады;
мобильді станция абоненті шағылу қасиеттері әр түрлі және орналасу
орны әр түрлі болатын көптеген шағылатын заттармен қоршалған, нәтижесінде
қабылдау нүктесіндегі қосынды сигнал әр түрлі жолмен жүріп өткен көп
сәулелер арқылы пайда болады (бұл базалық станцияға да тән);
21
мобильді станцияның абонентін орналастыру жиіліктің доплерлік
жылжуын тудырады.
Осы себептердің жиынтық әрекеті бос кеңістікте таралумен
салыстырғанда сигналдардың тынуының (қабылданатын сигналдың фазасы мен
амплитудасының тербелістері) пайда болуын және таралу кезінде сигналдың
айтарлықтай өшулігін тудырады. Осы екі себептің әрекетін жеке-жеке
қарастырайық.
Сигналдың өшуі таратқыш пен қабылдағыш арасындағы ара
қашықтықтан кері пропорционал түрде тәуелділікпен сипатталады
(1.7)
мұндағы:
және
сәйкесінше сәулеленетін (таратылған) және
қабылданатын сигналдардың қуаты;
- пропорционалдық коэффициенті;
- қабылдағыш пен таратқыш арасындағы қашықтық;
- таралу шартымен анықталатын өшулік көрсеткіші (қабылдағыш пен
таратқыш арасындағы арна сипаттамалары).
Бос кеңістік үшін
, ал
коэффициенті мынаған тең:
(1.8)
мұндағы:
,
-
сәйкесінше қабылдаушы және таратушы
антенналарды күшейту коэффициенттері;
- толқын ұзындығы.
Мұндай таралу сипаты ешқандай кедергілері болмайтын өте қысқа
қашықтықтарда ғана кездесуі мүмкін.
Эксперименттік зерттеулер көрсеткендей, көптеген жағдайларда
радиотолқындардың таралуына сигналдың өшуінің артуына алып келетін көп
сәулелі таралу мен шашырау қатты әсер етеді. Мобильді байланыста
пайдаланылатын жиіліктер диапазонының нәтижесінде тегістеу беті мен
жергілікті жердің сипатына байланысты
коэффициентінің мәні 3 пен 5
аралығында жатуы мүмкін.
Ұялы байланыс сигналдары таралатын тас жолдардың бөліктерін әдетте
бірнеше санатқа бөледі:
қабылдағышқа жақын жерде орналасқан аздаған кедергілері (үйлер,
ағаштар) бар қала сыртындағы аймақтар;
аздаған кедергілері бар ашық аудандар;
жоғары (мысалығ көп қабатты ғимараттар) болуы мүмкін қабылдағыш
кедергілермен тығыз қоршалған қалалық аудандар.
22
Сигналдың тынуын тудыратын себептерді тереңірек қарастырайық.
Қабылдау нүктесіндегі сигнал әр түрлі таралу жолдарынан келіп түсетін
радиотолқындар интерференциясының нәтижесінде пайда болады, сонымен
бірге олардың әрқайсысы өзінің амплитудасы, таралу уақыты, шағылу кезіндегі
фазалық жылжуы, жиіліктің доплерлік жылжуы арқылы сипатталады. Таралу
шарттарының, шағылушылар қасиеттерінің, шағылдырғыш пен
қабылдағыштың орналасуы өзгерген кезде қосынды сигналдың амплитудасы
мен фазасы да өзгереді.
Арна параметрлерінің өзгеруі кездейсоқ және көптеген себептерге тәуелді
болады, нәтижесінде мобильді станция абоненті қозғалмайтын болса немесе өте
баяу қозғалатын болса интерференциялық сурет тұрақты емес түрге айналады,
ал егер ол тез қозғалатын болса, онда тынулар қатты шағылған болады.
Радиорелелі байланыс теориясында белгілі бір уақыттық интервалдар
үшін сигналдардың тыну үрдістерін локальдық тұрақты деп есептеуге болады.
Бұл үрдістердің математикалық трактіленуін айтарлықтай жеңілдетеді.
Қабылданатын сигнал деңгейінің өзгеру жылдамдығына байланысты
тынуларды екі түрге бөлуге болады - тез тынулар және баяу тынулар.
Тез тынулар негізінен әр түрлі сәулелерден келетін сигналдардың өзара
фазалық қатынасның өзгеруі салдарынан пайда болады және оларды кей
кездері интерференциялық тынулар деп атайды.
Баяу тынулар таралу арналарының қасиеттерінің жалпы өзгерістері
арқылы анықталады, мысалы, абонентті үлкен қашықтықтарға орналастыру
кезінде немесе таралу ортасының қасиеттерін толықтай өзгерткен кезде
(мысалы, гидрометеорлардың пайда болу есебінен). Сонымен қатар сәуленің
өту жолдарының ұзындықтары да өзгереді. Сондықтан баяу тынуларды
кездейсоқ үрдістің орташа деңгейінің (медина) - тез тынулардың өзгерісі
ретінде қарастыруға болады.
Баяу тынулардың кездейсоқ үрдістер ретінде жалпылай қабылданған
моделі осы орташа деңгейді
таратудың логарифмдық-қалыпты тығыздық
заңымен сипатталатын модель болып табылады:
(1.9)
мұндағы:
,
- тарату параметрлері.
Ұялы байланыста сигналдың баяу тынулары ондаған децибелге және одан
да жоғары мәндерге жетуі мүмкін, бірақ шынайы түрде ұзақтығы жағынан
үлкен байланыс сеанстарында ғана байқалады, алайда байланыс тас жолын
есептеу кезінде осы тынуларға қосымша желінің энергия потенциалын есептеу
кезінде де орналастырады.
Тез тынулар сигналдың таралуының көп сәулелі сипаты арқылы
анықталады. Себебі интерференциялайтын құраушылардың өзара фазалық
жылжулары кездейсоқ болғандықтан, тез тынулардың есебінен болатын
23
қабылданатын сигнал (байланыс арнасының тарату функциясы да) деңгейінің
тербелістері де кездейсоқ үрдіс болады.
Оны суреттеу үшін әр түрлі кездейсоқ үрдістер пайдаланылады, олардың
ішінен ықтималдықтар тығыздығын таратудың төрт параметрлі моделі
неғұрлым әмбебаптыққа ие болады. Байланыс арнасының тарату
функциясының төрт параметрлі моделінің құрамына радиобайланыстың әр
түрлі жағдайларында байқалатын таратудың жиі жағдайлары кіреді, олар:
релеевтік, жалпылама релеевтік, бимодалы, қиылысқан-қалыпты және т.б.
Осы модельдің аясында қабылданатын сигналдың фазасы мен деңгейінің
тербелістері оның кездейсоқ өзгерістері төрт параметрлі тарату заңымен
анықталатын кешенді тарату коэффициенті бар төрт полюс арқылы өтуі
нәтижесі ретінде қабылданады. Мұндай кешенді коэффициенттің ортогональды
құраушылары әр түрлі және орташа дисперсиялары бар гаусстық тарату
арқылы сипатталатын кездейсоқ үрдістерді білдіреді
. Осы төрт
параметрдің мәндеріне байланысты таратудың әр түрлі түрлері алынады.
Мобильді байланыс желісіндегі базалық станциядан мобильді станцияға
дейінгі сигналдардың таралуының математикалық моделін құрудың кейбір
сұрақтарын қарастырайық. БС бастап МС дейін сигналдарды тарату кезінде
келесі нұсқалар мүмкін болады:
МС БС тура радиокөріністе орналасқан және жергілікті заттардан
шағылған БС қосымша сигналдары жоқ. Сол кезде сигналдың өшуін (2.3) және
(2.4) өрнектер арқылы анықтауға болады.
МС БС тура радиокөріністе орналасқан және жергілікті заттардан
шағылу салдарынан сигналдың таралуының қосымша жолдары бар.
Тура көріністегі бір қуатты сәулесі бар және көптеген кездейсоқ әлсіз
сәулелері бар арнаны модельдеу үшін көбінесе Накагами-n (Райс) таралуын
пайдаланады
(1.10)
мұндағы: А - пайдалы сигнал деңгейіндегі жүйелі құрамасының
қуатының тербелмелі құрамаға қатынасы;
- түрленген нөлдік ретті біріншілік Бессель функциясы.
МС БС тура емес радиокөріністе орналасқан және ақпаратты жіберу
жергілікті заттардан шағылған сигналдар арқылы ғана мүмкін болады.
Тура радиокөріністегі сәулесі жоқ көп сәулелі таралуды модельде үшін
әдетте Релей таралуын пайдаланады. Оның ықтималдылықтарды тарату
тығыздығы мына формуламен суреттеледі:
(1.11)
24
Неғұрлым күрделі, бірақ шынайы жағдайға балама болатын арнаның
тарату функциясының ықтималдылықтарының тығыздықтарын төрт параметрлі
тарату арнаның сипатталуын күрделендіреді, бірақ төрт параметрлі модель
аясында ықтималдықтарды таратудың қиылысқан-қалыпты заңымен
суреттелетін сигналдың неғұрлым терең тынуларын алуға болады.
Әдетте
тез тынулардың квазипериодын есептеу үшін иілгіштің
корреляция коэффициенті пайдаланылады, ол әр түрлі жиілікте әр түрлі уақыт
сәтінде сигнал деңгейінің өзара өзгерісін сипаттайды
p( t, f )
2 2 2 2
1 1 2 2
(s1s2 ) s1s2
(1.12)
мұндағы:
- бір-бірінен
шамасына қалып отыратын және уақыты
бойынша
қалып отаратын жиіліктердегі сигналдардың амплитудасы.
Көптеген жұмыстарда мобильді станцияның орналасатын абонентіне
корреляция коэффициенті үшін келесі жуықтаулар ұсынылады:
p( t, f )
j0 ( )
2 V t
2 2
m
(1.13)
мұндағы:
- нөлдік ретті біріншілік Бессель функциясы;
- абонентті орналастыру жылдамдығы;
- қабылданатын сигналдың шашырау уақытының орташа квадраттық
мәні (келудің орташа уақытына қатысты әр түрлі сәулелермен сигналдың келу
уақытынан орташа квадраттық ауытқуы).
Тез тынулардың квазипериоды корреляция коэффициенті функциясының
бірінші нөлі ауданында есептелінеді.
Цифрлық байланыста терең тынулардың болуы ұзақтығы салдарынан
қалпына келуі қиын болатын қателіктердің ұзын пакеттерінің пайда болуын
туындатады. Қандай да бір деңгейден төмен тынулардың орташа ұзақтығы Тз
төмендегі өрнек арқылы жуықтатылады:
(1.14)
Жергілікті жерлерде орналастырудың максималды жылдамдығы 60
кмсағ болатын кезде тынулардың орташа жиілігі герц бірлігін құрайды, бұл
ақпарат таратудың сенімділігіне айтарлықтай әсер етеді, бірақ мұндай
жылдамдықпен орналастыру кезінде пакеттік қателіктер туындамайды.
25
(s ) (s ) (s ) (s )
1 (2 f ) T
2
Көп сәулеліктің болуы сондай-ақ іріктемелі-жиіліктік тынуларға да әкелуі
мүмкін, егер айтарлықтай кең жолақты ақпараттық сигналдар пайдаланылса,
мысалы, ұялы байланыстың CDMA стандарттарында.
Корреляция коэффициентіне арналған өрнек сонымен қатар тынулардың
жиіліктік корреляциясының
интервалын да анықтайды, яғни қабылданатын
сигналдар деңгейінің тербелісі корреляцияланбаған деп есептелінуі мүмкін
жиіліктерді тарату. Егер спектрдің жиіліктер жолағы
үлкен болатын болса,
онда ақпараттық сигнал спектрінің барлық жиіліктік құраушылары бір уақытта
тынатын кездегі тынулар қалыпты болады, ал сигналдың әр түрлі жиіліктік
құраушылары бір уақытта тынбайтын болса, онда олар іріктемелі-жиіліктік
тынуларға айналады. Бұл сигналдың біртекті емес жиіліктік сипаттамалары бар
желілік тізбек арқылы өтуіне эквивалентті болады, сол кезде жиіліктік
сипаттаманың түрі кездейсоқ түрде үзіліссіз өзгереді.
ІЖТ негізгі себебі көп сәулелі таралу салдарынан уақытша шашырау
болып табылады. Әр түрлі жолдармен таралатын бір жиіліктің құраушылары
арасындағы фазалар айырмашылығы әр түрлі спектр жиіліктері үшін
корреляцияланбаған болуы мүмкін, сонымен бірге жиіліктік құраушылар
күшейеді, қалғандары әлсірейді.
кезінде (2.8) өрнектен шығады:
(1.15)
Егер әр түрлі жиіліктік құраушылар арасындағы корреляция деңгейін 0,5
тең деп алсақ, онда жиіліктік корреляция интервалы
тең
болады. Шынайы тас жолдарында
мәні микросекундтың ондаған үлесінен
ондаған микросекундқа дейінгі кең көлемде өзгеруі мүмкін. Сондықтан
жиіліктік корреляция интервалының мәнін ондаған килогерцтен бірнеше
мегагерцке дейінгі аралықта қабылдауға болады.
Таратылатын сигнал спектрінің бұрмалануынан басқа ІЖТ таңбааралық
интерференцияны тудыратын таралатын сигналдардың уақыт бойынша
созылуымен қатар жүруі мүмкін. Ұялы байланыс жүйесіндегі тура және кері
арналар арасындағы жиіліктік осі бойынша ара қашықтық жиіліктік
корреляциясының интервалынан асып кетеді, сонымен қатар дуплексті
байланыс арнасы толығымен асимметриялы болады, бұл кері арна бойынша
базалық станциялар мен мобильді станциялардың байланыс жүйелерін
бейімдеп басқаруды күрделендіреді.
Сол уақытта ІЖТ қасиеттері ақпарат таратудың бөгеуілге тұрақтылығын
арттыру әдістерін қолдануға мүмкіндік береді. Егер тасушы жиілігі жиіліктік
корреляция интервалынан үлкен болса, ал ақпараттық сигнал - тар жолақты
болатын болса, онда сигналдың әлсіреуі тынулар есебінен аса жоғары емес
болатын жиіліктің мәні таңдалып алынуы мүмкін. Егер ақпараттық сигнал
жолағы жиіліктік корреляция интервалынан ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz