автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.02, диссертация на тему:Алгоритмы оптимального проектирования РРЛ прямой видимости

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИЗ ПРОБЛЕМ ОПТИМАЛЬНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ РРЛ.

1.1. Введение.

1.2. Современное состояние в области оптимального проектирования РРЛ

1.3. Анализ главных характеристик РРЛ.

1.4. Анализ основных технических характеристик РРЛ.

1.4.1. Устойчивость связи.

1.4.2. Надежность работы РРЛ.

1.5. Основные этапы проектирования РРЛ.

1.5.1. Выбор параметров аппаратуры.

1.5.2. Выбор трассы.

1.5.3. Инженерный расчет трассы.

2. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ОПТИМАЛЬНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ РРЛ

И АНАЛИЗ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ.

2.1. Постановка задачи.

2.2. Модели математического программирования

2.2.1. Некоторые общие положения

2.2.2. Проблемы применения моделей математического программирования.

2.3. Модель, построенная на математических структурах Бурбаки.6f

2.3.1. Введение

2.3.2. Математическая модель и схема решения.

2.4. Модели и методы теории принятия решений.

4.1. Введение.

2.4.2. Элементы из теории.

3. РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА РЕШЕНИЙ ЗАДАЧИ ОПТИМАЛЬНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЙ РРЛ.

3.1. Оптимальный выбор аппаратуры.

3.1 Л. Постановка задачи.

3.1.2. Метод расчета оптимальной длины интервала аналоговой РРЛ.

3.1.3. Метод расчета оптимальной длины.интервала цифровой РРЛ.

3.1.4. Определение числа промежуточных станций и средней высоты подвеса антенн.

3.1.5. Уточнение критериев и построение функций ценности

3.2. Оптимальный выбор трассы РРЛ .1.

3.2.1. Постановка задачи.

3.2.2. Анализ задачи и ее решение.

3.3. Шор оптимальных высот антенных опор.

3.3.1. Постановка задачи и ее анализ.

3.3.2. Алгоритм решения.

3.4. Общий алгоритм решения задачи оптимального проектирования РРЛ.

4. ПРОВЕРКА И ИССЛЕДОВАНИЕ РАЗРАБОТАННЫХ АЛГОРИТМОВ.

4.Х. Пример решения задачи оптимального выбора аппаратуры.

4.2. Некоторые вычислительные эксперименты.

4.2.1. Введение.

4.2.2. Зависимость между протяженностью проектируемой линии и оптимальной длиной интервала.

4.2.3. Зависимости между энергетическими параметрами аппаратуры и оптимальной длиной интервала.

4.2.4. Зависимость между оптимальной длиной интервала и рабочей частотй системы.

4.2.5. Зависимость между оптимальной длиной интервала и объемом передаваемой информации.

4.3. Пример решения задачи выбора оптимальных мест расположения станций.

4.4. Пример решения задачи выбора оптимальных высот антенных опор.

Актуальность темы. С целью более полного удовлетворения растущих потребностей населения и обеспечения четкого ритма экономического, социального и 1сультурного строительства, сеть связи любой страны должна постоянно развиваться /I/. Среди современных средств связи особое место, благодаря их технико-экономическим преимуществам /2/, занимают радиорелейные линии прямой видимости (РРЛ). Поэтому развитие сетей в значительной степени обусловлено развитием радиорелейной связи.

Во многих странах радиорелейные линии составляют большие половины междугородной телефонной сети /3/ и целиком сеть передачи телевизионных программ /4/* Успешно используются они для передачи и других видов информации - телеграфной, фототелеграфной, цифровых потоков и т.п. /5,6/. Мездународным консультативным комитетом по радио (МККР) установлено, что радиорелейные линии по ряду причин пользуются большим спросом у развивающихся стран /3/. Народная республика Бангладеш не составляет в этом отношении исключения. Сильная пересеченность территории Бангладеш из-за наличия многочисленных водных преград диктует необходимость широкого применения РРЛ для успешного развития ее национальной сети связи.

В условиях широкомавштабного строительства РРЛ особое значение приобретают вопросы повышения их экономической эффективности и улучшения качества их работы. Приходится констатировать, что принципы проектирования РРЛ, применяемые в настоящее время на. практике, лишены реальной основы, необходимой для решения этих вопросов.

Задача повышения эффективности РРЛ и улучшения качества их работы весьма актуальна и магистральным путем ее решения является совершенствование методов их проектирования. Необходимо заложить в этих методах такие принципы и такую организацию, которые должны способствовать максимальному приближению реальных характеристик к потенциальным. Реализация этой идеи предполагает построение такой системы проектирования РРЛ, которая позволяла бы определить оптимальные (или близкие к ним) решения основных вопросов, которыми в конечном счете определяются характеристики их эффективности и качества. Однако, в этом направлении до сих пор не проведены обстоятельные научные изыскания. Встречаются работы /7 - 13/, в которых освещаются лишь частные вопросы оптимального проектирования РРЛ. Методы и подходы, изложенные в них,несомненно, имеют большой практический интерес, но не позволяют существенно улучшить качество проектирования РРЛ.

Поэтому всестороннее исследование проблем оптимального проектирования РРЛ представляет собой актуальную научно-техническую задачу.

Цель и задачи работы. Целью настоящей диссертационной работы является разработка алгоритма оптимального проектирования РРЛ и его исследование. В работе рассматриваются две основные задачи.

Первая - задача анализа проблем оптимального проектирования РРЛ. Целью анализа является постановка задачи оптимального проектирования РРЛ. Для достижения этой цели необходимо было провести:

- анализ главных (экономических) характеристик РРЛ с выявлением ядра стоимостной характеристики ;

- анализ основных технических характеристик РРЛ ;

- анализ основных этапов проектирования РРЛ.

На основе анализа сформулированы цели оптимального проектирования РРЛ, выдвинуты критерии, описывающие эти цели, предложена постановка задачи оптимального проектирования РРЛ, осуществлено разделение этой общей задачи на три частные задачи более низкого уровня.

Далее проведен анализ математических моделей с целью выявления возможности их применения к решению выше указанных трех оптимизационных задач. Помимо классических моделей математического программирования и теории принятия решений, рассмотрена модель, построенная с использованием элементов теории упорядоченных множеств.

Вторая - задача синтеза оптимальных РРЛ. Решение этой задачи потребовало:

- разработку алгоритмов оптимального выбора аппаратуры, мест расположения станций и высот антенных опор для проектируемой РРЛ;

- разработку общего алгоритма оптимального проектирования РРЛ на основе агрегирования алгоритмов решения ранее указанных трех частных задач.

Кроме того, ставилась задачахроведения вычислительных экспериментов над разработанными алгоритмами с целью выявления некоторых зависимостей между характеристиками используемой аппаратуры и трассы.

Новые научные результаты и основные положения! выносимые на защиту в настоящей диссертационной работе, состоят в следующем:

1. Выполнено построение математической подели задачи оптимизации и предложен метод ее решения на основе использования элементов теории упорядоченных множеств. Разработанный метод предназначен для решения оптимизационных задач, к которым методы математического программирования оказываются неприменимыми.

2. Разработан метод расчета оптимальной длины интервала аналоговых РРЛ при заданных параметрах используемой аппаратуры. Выведены формулы для определения оптимальной длины интервала аналоговых РРЛ для случаев передачи по ним сигналов многоканальной телефонии и телевидения.

3. Разработан метод расчета оптимальной длины интервала цифровых РРЛ при заданных параметрах используемой аппаратуры, выведена формула для определения оптимальной длины интервала цифровых РРЛ, работающих в диапазоне частот ниже 10 ГГц.

4. Разработаны алгоритмы и составлены программы оптимального выбора аппаратуры, мест расположения станций и высот антенных опор при проектировании РРЛ. Проверена работоспособность разработанных алгоритмов путем решения конкретных задач на ЭВМ. На основе агрегирования указанных алгоритмов разработан общий алгоритм оптимального проектирования РРЛ.

5. Выявлен характер зависимости между основными характеристиками используемой аппаратуры и трассы РРЛ путем проведения вычислительных экспериментов.

Практическая ценность

I. Математическая модель оптимизационной задачи и метод ее решения, построенные с использованием элементов теории упорядоченных множеств предложены, прежде всего, исходя из необходимости решения задач, возникающих в рамках настоящей диссертационной работы. Однако, они могут быть успешно применены для задач дис!фетной оптимизации, возникающих в других областях практики, для которых классические методы математического программирования оказываются неприменимыми. На практике часто возникает задача, когда при заданной аппаратуре требуется определить оптимальную длину интервала РРЛ.

Разработанные методы позволяют решить задачу и определить длину интервала, которая при наименьших затратах на строительство линии обеспечивает требуемое качество передачи сигналов.

3. Решение задачи оптимального выбора аппаратуры для проектируемой РРЛ имеет большое практическое значение, особенно для таких

ОаЧН стран как Бангладеш, которые не производят аппарутру и вынуждены приобрести ее на международном рынке. Разработанный алгоритм позволяет решить указанную выше задачу математически обоснованно.

4. Разработанные алгоритмы решения частных задач оптимального проектирования РРЛ и общий алгоритм, полученный на основе их агрегирования охватывают все основные этапы проектирования РРЛ и позволяют найти с технико-экономической точки зрения оптимальные решения тех вопросов, которые в конечном счете определяют характеристики эффективности и качества работы РРЛ.

5. Полученные в результате вычислительных экспериментов зависимости оптимальной длины интервала РРЛ от протяженности линии, энергетических параметров аппаратуры, рабочей частоты системы и объема передаваемой информации предельно облегчают решение задачи оптимального выбора аппаратуры освобождая от необходимости проведения подробных расчетов в каждом отдельном случае проектирования.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и были одобрены на семинарах кафедры РТС и научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ЛЭИС. Часть результатов работы включена в отчет проводимой на кафедре РТС хоздоговорной НИР по теме "Исследование и разработка принципов системного проектирования радиотехнических систем связи".

Публикации. По теме диссертации автором лично написаны две статьи, которые представлены ЛЭИС на депонирование в ЦНТИ "Информ-связь".

Вклад автора в разработку проблемы. Основные научные положения, теоретические выводы и рекомендации, содержащиеся в диссертационной работе, получены автором самостоятельно.

Объем и структура диссертации. Работа содержит введение, четыре раздела, заключение, список литературы и приложения. Основной текст диссертации изложен на 165 страницах машинописного текста.

1. Современное состояние в области оптимального проектирования РРЛ Обзор советской и зарубежной литературы, освещающей вопросы проектирования РРЛ показывает, что в данной сфере методы оптимального построения технических систем не получили применения. Сущест