Ұялы байланыстың радиосигналдарын тарату

Жұмыс түрі: Дипломдық жұмыс
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 81 бет
Таңдаулыға:

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

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 Мбит/с 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 Мбит/с 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

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.