Применение аппроксимации спектров для моделирования динамических свойств беспроводных каналов связи

D. I. Surzhik, G. S. Vasilyev, O. R. Kuzichkin, A. V. Koskin, V. I. Fedorov

Аннотация


Данная работа посвящена применению методов аппроксимации для моделирования беспроводных радиоканалов связи. Показана актуальность и перспективность применения беспилотных летательных аппаратов в составе летающих самоорганизующихся сетей для передачи высокоскоростной информации в условиях «умных городов». Отмечена также и проблема использования данных сетей, связанная с технической сложностью обеспечения приемлемой надежности и качества беспроводной связи, связанная с многолучевостью распространения сигналов и рядом других факторов. Показано, что в данном аспекте особую актуальность представляет развитие методов математического моделирования для анализа сигналов на входах радиоприемников БПЛА для оценки их амплитудно-фазовых преобразований каналом связи. Установлено, что связь между сигналами на передающей и приемной стороне произвольного беспроводного радиоканала связи в предположении о его линейности может однозначно определяться комплексной передаточной функцией в частотной области, которая на практике является весьма сложной и плохо поддается аналитическому описанию. В связи с этим предложен подход к ее аппроксимации эквивалентной моделью, описываемой дробно-рациональными функциями комплексного переменного, физически реализуемыми смешанными соединениями различных линейных инерционных и безынерционных звеньев, а для моделирования динамических характеристик — методика численно- аналитического моделирования на основе спектрального метода и кусочно-линейной аппроксимации. Показаны результаты применения предложенных решений.

 

Суржик Д. И., Васильев Г. С., Кузичкин О. Р., Коськин А. В., Федоров В. И. Применение аппроксимации спектров для моделирования динамических свойств беспроводных каналов связи. Ural Radio Engineering Journal. 2023;7(3):318–333. DOI: 10.15826/urej.2023.7.3.006


Ключевые слова


беспилотные летательные аппараты, «умные города», самоорганизующиеся сети, канал связи, аппроксимация, непрерывные кусочно-линейные функции, нечеткая логика, нейронная сеть

Полный текст:

PDF

Литература


Бондарев А.Н., Киричек Р. В. Обзор беспилотных летательных аппаратов общего пользования и регулирования воздушного движения БПЛА в разных странах. Информационные технологии и телекоммуникации. 2016;4(4):13–23.

Дроздов С.Н., Жиглатый А. А., Кравченко П. П., Скороход С. В., Хусаинов Н. Ш. Об опыте реализации системы видеотрансляции в формате JPEG2000 и перспективах применения стандарта JPEG2000 для передачи видео и мультиспектральных данных с борта БПЛА. Известия ЮФУ. Технические науки. Тематический выпуск «Интеллектуальные САПР». 2014;7(156):161–170.

Хальясмаа А.И., Близнюк Д. И., Романов А. М. Диагностический комплекс для оценки состояния воздушных линий электропередачи. Вестник ЮУрГУ. Серия «Энергетика». 2015;15(4):46–53.

Слюсар В. Передача данных с борта БПЛА: стандарты НАТО. Электроника: наука, технология, бизнес. 2010;(3):80–86.

Слюсар В. Радиолинии связи с БПЛА. Примеры реализации. Электроника: наука, технология, бизнес. 2010;(5):56–60.

Вотцель Д., Кузнецова Е. Технологии умных городов: что влияет на выбор горожан? McKinsey center for government. 2018. 66 с. URL: https://www.mckinsey.com/ru/our-insights/Smart-city-solutions-W hatdrives- citizen-adoption- around-the-globe (дата обращения: 22.09.2023).

D. McLaren, J. Agyeman. Sharing Cities. A case for truly smart and sustainable cities. The MIT Press. Cambridge, Massachusetts; 2015. 461 с.

Абламейко М., Абламейко С. «Умный город»: от теории к практике. Наука и инновации. 2018;6(184):28–34.

Княгинин В.Н., Кузьмина А. С., Липецкая М. С., Римских Е. А., Рожкова Е. С., Трунова Н. А., и др. Приоритетные направления внедрения технологий умного города в Российских городах. Экспертно- аналитический доклад. М: Центр стратегических разработок «Северо- Запад»; 2018. 178 с.

Kheir Al- Kodmany. Sentient City: Ubiquitous Computing, Architecture, and the Future of Urban Space. Journal of Urban Technology. 2012;19(3):137–144.

Курчеева Г.И., Клочков Г. А. Разработка процессной модели «умный город». Интернет-ж урнал «Науковедение». 2017;9(5):1–8. URL: https://naukovedenie.ru/PDF/40EVN517.pdf (дата обращения: 22.09.2023).

Леонов А.В., Чаплышкин В. А. Сети FANET. Омский научный вестник. 2015;3(143):297–301.

Bekmezci I., Sahingoz O. K., Temel S. Flying Ad- Hoc Networks (FANETs): A Survey. Ad Hoc Networks. 2013;11(3):1254–1270.

Ананьев А.В., Стафеев М. А., Макеев Е. В. Разработка способа организации связи с использованием беспилотных летательных аппаратов малой дальности. Труды МАИ. 2019;(105):1–18.

Чертова О.Г., Чиров Д. С. Построениe опорной сети связи на базе малоразмерных беспилотных летательных аппаратов с отсутствием наземной инфраструктуры. Наукоемкие технологии в космических исследованиях Земли. 2019;11(3):60–71.

Полынкин А.В., Ле Х. Т. Исследование характеристик радиоканала связи с беспилотными летательными аппаратами. Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2013. Вып. 7. Ч. 2. С. 98–107.

Фокин Г. А. Обзор моделей радиоканала связи с беспилотными летательными аппаратами. Труды учебных заведений связи. 2018;4(4):85– 101.

Куликов Г.В., Тамбовский С. С. Оценка качества связи с БПЛА в условиях городской застройки. Вестник МГТУ МИРЭА. 2015;1(6):205–217. URL: https://rtj.mirea.ru/eng/archive/2015-year/ no-1–6-march/ (дата обращения: 22.09.2023).

Голиков А. М. Модуляция, кодирование и моделирование в телекоммуникационных системах. Теория и практика. СПб.: Лань; 2018. 452 с.

Кириллов В. И. Многоканальные системы передачи данных. М.: Новое знание; 2002. 751 с.

Ирвин Дж., Харль Д. Передача данных в сетях: инженерный подход. Пер. с англ. СПб.: БХВ-Петербург; 2003. 448 с.

Бабков В.Ю., Вознюк М. А., Никитин А. Н., Сиверс М. А. Системы связи с кодовым разделением каналов. СПб: СПбГУТ; 1999. 120 с.

Шварцман В.О., Емельянов Г. А. Теория передачи дискретной информации. М.: Связь; 1979. 424 с.

Крухмалев В.В., Гордиенко В. Н., Моченов А. Д., Бурдин В. А., Крыжановский А. В., и др. Основы построения телекоммуникационных систем и сетей. Под ред. В. Н. Гордиенко и В. В. Крухмалева. М.: Горячая линия — Телеком; 2004. 510 с.

Ипатов В.П., Орлов В. К., Самойлов И. М., Смирнов В. Н. Системы мобильной связи. Под ред. В. П. Ипатова. М.: Горячая линия — Телеком; 2003. 272 с.

Скляр Б. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение. Изд. 2-е, испр. Пер. с англ. М.: Издательский дом «Вильямс»; 2003. 1104 с.

Васин В.А., Калмыков В. В., Себекин Ю. Н., Сенин А. И., Федотов И. Б. Радиосистемы передачи информации. Под ред. И. Б. Федотова и В. В. Калмыкова. М.: Горячая линия — Телеком; 2005. 472 с.

Курилов И.А., Ромашов В. В., Жиганова Е. А., Романов Д. Н., Васильев Г. С., Харчук С. М., и др. Методы анализа радиоустройств на основе функциональной аппроксимации. Радиотехнические и телекоммуникационные системы. 2014;(1):35–49.

Vasilyev G.S., Kurilov I. A., Kharchuk S. M., Surzhik D. I. Analysis of dynamic characteristics of the nonlinear amplitude- phase converter at complex input influence. Proceedings of the 2013 International Siberian Conference on Control and Communications (SIBCON). September 12–13, 2013. Krasnoyarsk, Russia. Pp. 1–4. DOI: 10.1109/SIBCON.2013.6693641

Kurilov I.A., Vasilyev G. S., Kharchuk S. M., Surzhik D. I. Research of static characteristics of converters of signals with a nonlinear control device. Proceedings of the 2011 International Siberian Conference on Control and Communications (SIBCON). September 15–16, 2011. Krasnoyarsk, Russia. Krasnoyarsk: Siberian Federal University; 2011. Pp. 93–96.

Курилов И.А., Васильев Г. С., Харчук С. М. Анализ динамических характеристик преобразователей сигналов на основе непрерывных кусочно-л инейных функций. Научно-т ехнический вестник Поволжья. 2010;(1):100–104.




DOI: https://doi.org/10.15826/urej.2023.7.3.006