Свойства электромагнитных полей, образованных паутинной сетью радиоизлучателей

• Автор: Фертиков, Вадим Валериевич
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 130 с. : ил.

Оглавление
Введение
1. Геометрическая теория триангулярной решетки в приложении к описанию системы радиоизлучателей
2. Система радиоизлучателей при отсутствии управляющих воз действий
2.1. Временная структура суммарного сигнала синхронной паутинной сети
2.2. Корреляционные свойства суммарного сигнала
2.3. Диаграмма направленности излучений внутри паутинной сети
3. Управление сетью излучателей с целью ослабления многолучевого распространения радиосигнала
3.1. Зона активного рассеяния
3.2. Зона подавления многолучевого распространения радиоволн
3.3. Выбор излучателей для формирования зон подавления. Алгоритм функционирования системы
4. Оптимизация распределения временного ресурса синхронной сети излучателей
4.1. Формулировка задачи в терминах дискретного линейного программирования
4.2. Метод целочисленных форм Гомори
4.3. Метод ветвей и границ
4.4. Геометрическая интерпретация результатов оптимизации систем различной конфигурации
Заключение
Библиографический список
Приложение
Введение
Термин “паутинная сеть” является общепринятым [5,6] и употребляется для обозначения геометрической структуры, которую создают точки расположения базовых станций на территории зоны обслуживания сотовой системы наземной связи с подвижными абонентами. Именно такое расположение излучателей в узлах планарной гексагональной, или триангулярной решетки [14] является наиболее энергетически выгодным. Впервые опубликованная в 1968 г. концепция построения сотовых систем связи [47], подразумевавшая использование регулярной гексагональной структуры первичных ячеек, претерпела к настоящему времени некоторые изменения, касающиеся в основном возможности использования сот с варьируемыми вдоль зоны обслуживания размерами [18]. Тем не менее, основной принцип равномерного размещения излучателей остался в силе, по крайней мере, для ограниченных участков обслуживаемой территории. Возрастает интерес к разработке и созданию радиотехнических систем различного назначения, также использующий данный принцип, в частности, системы обеспечения секретности и скрытности радиосвязи. Помимо этого, необходимым атрибутом современных многопозиционных радиотехнических систем является той или иной степени сложности подсистема управления, способная влиять на определенные параметры излучаемых сигналов. Актуальными, таким образом, представляются вопросы, связанные как с изучением параметров электромагнитного поля внутри такой решетки излучателей, так и с разработкой алгоритмов управления, оптимизирующих использование пространственно-частотно-временного ресурса. Приведем краткий обзор работ, посвященных вопросу совершенствования систем с гексагональной конфигурацией размещения радиосредств, а также методам их теоретического и машинного моделирования.
Одной из главных целей, успешно решаемых системами передачи информации, имеющими гексагональную структуру зоны обслуживания, является увеличение числа каналов без ухудшения эффективности использования радиоспектра. Именно в этом вопросе сотовые системы передачи информации доказали свое неоспоримое преимущество перед централизованными системами, имеющими одну базовую станцию. Например, в таком крупном городе, как Нью-Йорк, централизованная подвижная радиотелефонная сеть может обслужить всего около 700 абонентов [36]. Ограничение на число обслуживаемых абонентов снимается при увеличении числа каналов в сотовых системах. Большинство из действующих в настоящее время сотовых систем проектировались в расчете на увеличение числа каналов путем постепенного “размельчения” ячеек. При этом достаточно включать в сеть новые базовые станции и уменьшать мощность передатчиков [31, 34, 35, 36, 43]. Например, система связи, созданная фирмой Bell Labs (США) и введенная в коммерческую эксплуатацию в районе г. Чикаго, первоначально строилась на основе группы из 12 ячеек большого (до 25 км в диаметре) размера с размещением базовых станций в центре каждой ячейки. Для увеличения емкости системы был осуществлен переход на субъячейки малых размеров, диаметром около
3,2 км. Кроме того, антенны базовых станций были размещены не в центре, а в углах ячеек и субъячеек [43]. За счет этого удалось увеличить удельную емкость системы, представляющую собой количество рабочих каналов, приходящихся на единицу обслуживаемой площади, в 226 раз (с 0,129 до 92 каналов/км2). Причем, на тот момент число абонентов системы увеличивалось со скоростью около 100 абонентов в день [34].
Увеличения числа каналов системы можно достичь и несколько иным путем: применением направленных антенн на базовых станциях. По сути дела, это тоже дробление ячеек. Например, система радиотелефонной связи фирмы Motorola использует секториально направленные антенны базовых станций [31]. Такая антенна ведет прием из шести секторов зоны (расположена она в центре ячейки). Подобно тому, как система переключает абонен-

р1р], при у > * > 0 ;
Р1Р]Рк, при к >у > г > О ит. д. (10)
Из сказанного ясно, как должна выглядеть формула для номера уровня в зависимости от его радиуса:
и=£/|УЛ/а]+ X М4р1рА+ £ и,кУ/1Рк]+— (п)
/>0 7>/>0
к> 7>/>0
Суммы в (11) конечны, вследствие ограниченности используемого участка решетки. Например, из условия £>2/(6/+1) = 1, полученного из (9) (в знаменателе - верхняя оценка р, ), следует, что первая сумма не может иметь более / = (02+11)/6 слагаемых. Аналогично, вторая сумма содержит не более I2/.2 -1 членов и т.д.
Для практических применений формулу (11) удобно записать в упрощенном виде:
п=Щ + Е М4т] + К2тз] + у/Щ- (12)
;>/>о
Последние два слагаемых - есть члены тройной суммы (11): 273=3-7-13, 399=3-7-19. Следующий ее член равен [с// ;651| (651=3-7-31). Таким образом,
формула (12) может успешно применяться для с!2, не превосходящих 650.
Перейдем к вычислению другой важной величины - количества узлов г], лежащих на уровне с заданным радиусом «7. При этом снова рассматриваем питтть один сектор, вследствие симметрии решетки. Если принять во внимание также симметрию сектора относительно его центрального луча, то можно сказать, что уровни с г/ = 1 могут быть образованы узлами, принадлежащими лишь двум группам - с образующими (1,0) и (2,1) и периодами ]р0 -I и рх = 3 . Если же известно, что на данном уровне лежит узел, принадлежащий какой-либо другой группе, можно утверждать, что на этом уровне есть несколько узлов. Продолжив рассуждения, приходим к выводу, что количе-