автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.13, диссертация на тему:Координированное управление процессами информационного обмена в многоканальных телекоммуникационных системах

На правах рукописи

КУЗНЕЦОВ Игорь Васильевич

КООРДИНИРОВАННОЕ УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССАМИ ИНФОРМАЦИОННОГО ОБМЕНА В МНОГОКАНАЛЬНЫХ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ

Специальность: 05.12.13 - Системы, сети и устройства телекоммуникаций

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Уфа 2008

003453592

Работа выполнена на кафедрах телекоммуникационных систем и информатики Уфимского государственного авиационного технического университета

Научный консультант:

д-р техн. наух, проф.

Официальные оппоненты:

д-р техн. наук, проф.

д-р физ.-мат. наук, проф. д-р техн. наук, проф.

Султанов Альберт Ханович

Шорин Олег Александрович Надеев Ад ель Фирадович Ефанов Владимир Николаевич

Ведущая организация: Самарское отделение научно-

исследовательского института радио

Защита диссертации состоится .25 декабря 2008 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д-212.288.07 Уфимского государственного авиационного технического университета по адресу: 450000, г. Уфа, ул. К.Маркса, 12.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уфимского государственного авиационного технического университета.

Автореферат разослан " ^ " ноября 2008 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета , ,

д-р техн. наук, проф. С- С. Валеев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Современные тенденции развития многоканальных телекоммуникационных систем (ТС) связаны с повышением их пропускной способности, приданием им свойств надежности и экономичности, что достигается дальнейшим усложнением протекающих процессов информационного обмена. Усложнение процессов информационного обмена связано с постоянным увеличением числа параллельно функционирующих каналов, дополнительных подсистем (трактов) передачи сообщений, развитием новых информационных технологий поддержки передачи сообщений.

С целью достижения новых качественных показателей эффективности в действующих многоканальных системах необходимо обеспечить согласованную интеграцию всех процессов информационного обмена из-за постоянного изменения условий эксплуатации, вызванных локально-пространственным и временным изменением трафика, вида и характера шумовой обстановки в зоне обслуживания, случайными изменениями параметров каналов связи. Согласованная интеграция процессов информационного обмена требует учета множества (в том числе противоречивых) факторов и может осуществляться с помощью методов координированного управления. В силу того, что современные системы многоканальной связи имеют многоуровневую и распределенную архитектуру, координированное управление информационным обменом можно условно разбить на два уровня - внутрисистемную и общесистемную.

Внутрисистемное координированное управление заключается в выработке решений, обеспечивающих параллельную передачу сообщений в системе многоканальной связи, которая осуществляется на основе технологий многоканальной связи.

Фундаментальной основой технологий многоканальной связи являются основополагающие парадигмы ортогональных преобразований функциональных пространств Фурье, Гильберта, Хаара, Уолша, Котельникова и др., парадигма статистических оценок на основе байесовского подхода и связанная с ней парадигма оптимальной фильтрации Калмана-Бьюси, энтропийная парадигма К. Шеннона.

В основе практической реализации современных технологий многоканальной связи лежат методы канального уплотнения (частотного, временного, кодового и др.), обеспечивающих передачу многих сообщений по общей линии связи (направляющей струкгуре). Основной принцип канального уплотнения заключается в ортогональной редукции пространства первичных (абонентских) сообщений в более широкую область переносчиков сообщений, что позволяет упростить разделение канальных сигналов и увеличить пропускную способность систем связи.

Однако в ряде случаев пропускная способность отдельных каналов связи (например, каналов теле-, радиовещания) остаётся намного выше производительности источников сообщений, что говорит о недостаточно эффективном использовании возможности существующих (действующих) каналов связи и

дает дополнительный резерв по совершенствованию методов координированного управления процессами внутрюсанального информационного обмена.

Одним из альтернативных способов повышения информационной емкости отдельных каналов является координированное (вторичное) уплотнение сигналов. Основная идея вторичного уплотнения сигналов заключается в передаче множества сигналов по общему каналу ТС. Вторичное уплотнение сигналов предполагает объединение (агрегирование) в общем случае неортогональных в гильбертовом пространстве сигналов путём согласованного совмещения (инкапсуляции) их спектрально-временных характеристик и передачу в рамках одного или нескольких действующих каналов связи. Иначе говоря, систему, реализующую координированное уплотнение, можно рассматривать как многоканальную систему передачи сообщений по вложенным каналам.

Актуальность исследования методов координированного уплотнения сигналов также подтверждается теми фактами, что традиционные способы канального уплотнения в той или иной степени сталкиваются с пределом своего развития из-за ограниченности физических характеристик технических средств передачи сообщений, среды распространения сигналов, больших временных задержек в процессе передачи сообщений. С другой стороны, в связи с интеллектуализацией систем многоканальной связи, их функциональным усложнением, увеличивается количество сопутствующих служебных (вторичных) сообщений небольшой информационной ёмкости, для которых нет необходимости создавать дополнительные каналы связи. Вторичные сообщения могут передаваться совместно с базовыми сообщениями в скрытом, т.е. незаметном для абонента режиме. При этом вторичное уплотнение сигналов не предусматривает расширения (уширения) спектрально-временных характеристик сигналов и не требует вовлечения достаточно дорогого материального, частотного, временного и др. резерва многоканальной системы.

В связи с тем, что координированное уплотнение осуществляется для неортогональных сигналов, это приводит к взаимному искажению уплотняемых сигналов. Это, в свою очередь, требует разработки согласованных решений, связанных с синтезом спектральных характеристик уплотняемых сигналов вторичных сообщений и систем оценивания (фильтрации) (расположенных в трактах передачи уплотняемых сигналов) с учетом поиска, так называемых, лакунарных зон размещения вторичных сообщений в рамках нормированной полосы частот воспроизведения базовых сигналов и каналов.

В связи с недостаточностью научно-методического аппарата и полноты исследования методов вторичного уплотнения сигналов направлением дальнейших исследований являются:

1. Разработка комплексной концепции координированного (вторичного) уплотнения стохастических сигналов, позволяющей описать принципы формирования как вторичных дискретных, так и непрерывных сигналов на основе единых конструктивных позиций.

2. Разработка методов коррекции динамических и статических характеристик систем оценивания (фильтрации) групповых общеканальных

сигналов вторичного уплотнения, влияющих на качество воспроизведения базовых и выделения вторичных уплотняемых сигналов.

3. Развитие методов и алгоритмов приёма вторичных сообщений в условиях скрытости сигнала (малой величиной отношения сигнал шум) и априорной неопределённости (частичных) знаний о параметрах вторичных сигналов.

Общесистемное координированное управление заключается в согласованном планировании трафиковых ресурсов с учетом изменения целей управления и/или ситуаций в действующей распределенной многоканальной системе, затрагивающем общесистемную интеграцию протекающих процессов информационного обмена. В дальнейшем (в формате рассматриваемого контекста) вместо термина «координированное управление» будем пользоваться термином «координированное планирование».

В основе методологических аспектов координированного планирования лежит выработка решений по формализованному выбору конфигурации (топологии) сети многоканальной связи и её информационных параметров (количество каналов, их распределения между средствами радиодоступа, распределение частотного ресурса с учетом факторов электромагнитной совместимости), при котором учитывались и согласовывались бы особенности изменения нестационарности трафика (нагрузки) с особенностями территориальной распределённости средств доступа и пропускной способности терминального оборудования. Конечной целью координированного планирования является сбережение (экономия) общеплановых (физических, коммуникационных, информационных и иных) ресурсов многоканальной системы.

Большой вклад в развитие концепций координированного планирования в распределённых ТС многоканальной связи внесли зарубежные учёные: JL Клейнрок, Р. Спенсер, Дж. Мартин, Р. Галлагер, П. Мерлин, А.Сегал. Среди отечественных учёных можно выделить труды Б.В.Гнедепко, М.А. Шнепса, Б.С. Лившица, Г.П. Башарина, А.П.Пшеничникова, А.Д. Харкевича, Е.И. Рухмана, Б.Я. Советова, С.А.Яковлева, В.А. Кочегарова, Г.А. Фролова, O.A. Шорина.

Несмотря на заметное продвижение в создании и развитии теоретических положений координированного планирования здесь остаются не решёнными задачи, обусловленные следующими факторами:

1. Отсутствием достаточно адекватных географических моделей нестационарности телетрафика, позволяющих оценить текущее и спрогнозировать последующее изменение ситуаций (нагрузки) в многоканальных ТС радиосвязи в условиях неопределённости позиционирования мобильных средств радиодоступа .

2. Недостаточным развитием формализованных методов и алгоритмов частотно-территориального планирования в системах мобильной радиосвязи, функционирующих в реальном масштабе времени.

3. Недостаточным развитием алгоритмов конфигурирования транспортных сетей в условиях структурных ограничений.

Таким образом, разработка общеметодологических принципов координированного управления процессами информационного обмена в многоканальных ТС является достаточно актуальной как в научном, так и практическом плане и требует специального изучения.

Объект исследования. Объектом исследования являются телекоммуникационные системы и сети группового информационного обмена различного назначения.

Предмет исследования. Предметом исследования является разработка новых принципов построения и работы телекоммуникационных систем и сетей с целью исследования путей совершенствования управления потоками информационного обмена.

Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является разработка теоретических положений по повышению эффективности функционирования многоканальных телекоммуникационных систем на основе развития системной концепции координированного управления протекающих в них процессов информационного обмена.

Для достижения указанной цели в работе сформулированы и решены следующие основополагающие задачи:

1. Развитие методологических основ координированного уплотнения неортогональных сигналов в функциональном пространстве Гильберта, включающих:

- разработку модели координированного (вторичного) уплотнения сигналов как задачу обратного оценивания (фильтрации);

- разработку оптимизационных методов координированного уплотнения сигналов;

- разработку функционально-параметрических методов координированного уплотнения сигналов как коррелированных, так и некоррелированных сигналов;

2. Разработка методов коррекции динамических характеристик многосвязной системы оценивания (фильтрации) в общеканальных трактах вторичного уплотнения сигналов многоканальной ТС, включающая:

- обоснование способа коррекции динамических свойств многосвязной системы оценивания методами замкнутого управления;

- разработку декомпозиционных алгоритмов по входу и выходу на основе гомеоморфных (подобных) преобразований моделей многосвязных объектов, не приводящих к потере «связности»;

- разработку и решение линейных модальных и нелинейных (релейных) задач замкнутого управления.

3. Развитие методологических основ координированного (вторичного) уплотнения дискретных сигналов и последовательностей, базирующихся на принципах нелинейного функционального преобразования вероятностных и числовых характеристик случайных процессов, включающие:

- разработку общеметодологической задачи координированного уплотнения дискретных сигналов и последовательностей;

- разработку алгоритмов координированного уплотнения дискретных сигналов и последовательностей на основе нелинейного функционального преобразования их вероятностных характеристик.

4. Развитие концепции координированного (ситуационно-адаптивного) планирования сетей мобильной связи, базирующейся на описании тра-фиковых процессов с помощью нестационарных географических моделей изменения нагрузки, включающие:

- нестационарную географическую модель телетрафика;

- оптимизационные методы координированного управления канальным и частотным ресурсами в условиях неопределённости позиционирования мобильных станций;

- оптимизационные алгоритмы конфигурирования транспортных сетей в условиях структурных ограничений.

5. Разработка методического обеспечения и оценки эффективности применения методов и алгоритмов координирования процессов в многоканальных системах связи, включающей:

- разработку методического обеспечения и оценку эффективности вторичного уплотнения сигналов и дискретных последовательностей применительно к системам передачи изображений в РРТПЦ - филиала ОАО «Башин-формсвязь»;

- разработку методической поддержки и выработки технических рекомендаций по модернизации (оптимизации) мобильной системы (на примере региональной системы сотовой связи ОАО «ВымпелКом» г. Уфы).

Методы исследования. При решении поставленных задач в работе использовались методы системного анализа, теорий управления, исследования операций, массового обслуживания, математической статистики, а также методы вариационного исчисления, линейной алгебры, теории функций комплексной переменной, вероятностей, дискретной математики. Для оценки эффективности полученных результатов использовались методы математического и имитационного моделирования.

Основные научные результаты, выносимые на защиту:

1. Методологические основы координированного (вторичного) уплотнения непрерывных сигналов, базирующиеся на принципах решения обратных задач стационарной фильтрации (оценивания).

2. Методические основы управления динамическими характеристиками многосвязных систем оценивания (фильтрации) в трактах вторичного уплотнения на основе декомпозиционных методов, не приводящих к потере связности объектов.

3. Алгоритмы координированного (вторичного) уплотнения цифровых сигналов и последовательностей на основе нелинейных преобразований.

4. Концептуальные основы координированного (сшуационно-адаптнвного) планирования сетей мобильной связи, базирующиеся на описании трафиковых процессов с помощью нестационарных географических моделей нестационарности трафика.

5. Стохастическая модель нестационарности трафика систем мобильной связи на основе скрытых Марковских процессов (моделей) (СММ).

6. Алгоритмы ситуационно-адаптивного планирования сетей мобильной связи.

7. Рекомендации, математический полигон и результаты оценки эффективности по практическому применению разработанной методологии координации в многоканальных системах связи (вторичное уплотнение сигналов для РРТПЦ - филиала ОАО «Башинформсвязь», координированное планирование для региональной сети сотовой связи ОАО «ВымпелКом»).

Научная новизна (в методологическом и концептуальном аспектах).

1. Новизна методологических и теоретических основ координированного уплотнения сигналов, базирующихся на принципах решения обратных задач стационарной фильтрации (оценивания) непрерывных сигналов и нелинейного функционального преобразования дискретных сигналов и последовательностей заключается в том, что они позволяют с единых позиций получить описание «лакунарных» (неортогональных в гильбертовом пространстве) процессов вторичного уплотнения сигналов с учетом допустимой меры искажений в каналах уплотнения.

2. Новизна разработанного методического обеспечения коррекции свойств многоканальных многосвязных объектов систем оценивания уплотняемых сигналов (сепаратные каналы которых имеют одинаковые характеристические полиномы) с использованием декомпозиционных методов заключается в том, что предлагаемый аппарат позволяет существенно упростить процедуру синтеза как замкнутых линейных и релейных законов управления данными объектами при сохранении связности согласуемых объектов по входу (выходу), так и спектральных характеристик вторичных сигналов многоканальной ТС.

3. Новизна концепции координированного (ситуационно-адаптивного планирования), базирующейся на описании трафиковых процессов с помощью нестационарных географических моделей заключается в том, что она представляет универсальную совокупность моделей, методов и алгоритмов, позволяющих прогнозировать развитие ситуаций в системе, осуществлять частотно-территориальное планирование сети в масштабе реального времени с помощью формализованных (в т.ч. оптимизационных) методов.

Обоснованность и достоверность результатов диссертации.

Обоснованность результатов, полученных в диссертационной работе, базируется на использовании апробированных научных концепций и методов исследования, согласовании результатов с известными теоретическими положениями.

Достоверность полученных теоретических положений и выводов подтверждается результатами имитационного моделирования, апробации и внедрения предложенных методик и алгоритмов.

Практическая ценность и внедрение результатов.

Практическую ценность имеет методическое обеспечение и рекомендации по применению методов и алгоритмов координирования в системах управления и связи. В частности,

- на основе методологии координированного уплотнения разработан математический полигон по отработке вторичного уплотнения в системах передачи подвижных и неподвижных изображений. Путем имитационного моделирования показана возможность повышения информационной ёмкости распределённых систем телевизионного вещания в 1,3-1,5 раза (по сравнению с имеющимися) без существенного изменения или значительной модернизации систем обработки и передачи изображений. Разработано алгоритмическое и программное обеспечение по организации служебных каналов сигнализации в стволе передачи цифровых данных РРТПЦ - филиала ОАО «Башинформс-вязь»;

- на основе структурного инструментария ситуационно-адаптивного планирования выработаны рекомендации по модернизации конфигурации сети сотовой связи ОАО «ВымнелКом» в г. Уфе, позволяющие снизить общеплановые (материальные, частотные, финансовые) расходы на 12,7% на всех этапах жизненного цикла проектных решений, включающие проектирование, модернизацию и эксплуатацию указанной системы мобильной связи.

Результаты диссертационной работы внедрены в региональном отделении ОАО «ВымпелКом» г.Уфы, РРТПЦ - филиала ОАО «Башинформсвязь» г. Уфы и в учебном процессе кафедры телекоммуникационных систем УГАТУ.

Апробация работы и публикации. Основные научные и практические результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Международных и Российских научно-технических конференциях и семинарах:

• Всероссийской молодежной научно-технической конференции «Информационные и кибернетические системы управления и их элементы», Уфа, 1995,1997,2000 г.

• Десятой и двенадцатой международных конференциях «Системы автоматизированного проектирования и исследования» (SAER 96,98), Варна, Болгария, 1996,1998 г.

• VU Четаевской конференции «Аналитическая механика, устойчивость и управление движением», КГТУ им. А.Н. Туполева, Казань, 1997г.

• Второй международной научно-технической «Перспективные технологии в средствах передачи информации», Владимир, 1997 г.

• Научно-практической конференции "Проблемы прогнозирования, предотвращения и ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций", Уфа, 2001.

• Научно-техническом семинаре "Устройства синхронизации и формирования сигналов", Нижний Новгород, 2002г.

• Пятой и седьмой международном семинарах «Компьютерные науки и информационные технологии» (CSIT2003, CSIT2005), Уфа, 2003, 2005г.

• Второй научно-технической конференции с международным участием

• «Мехатроника, автоматизация, управление» МАУ'25, Уфа, 2005 г.

• 60-й научной сессии, посвященной Дню Радио, Москва, РНТО-РЭС, 2005г.

• С первой по восьмой международной научно-технической конференции «Проблемы техники и технологии телекоммуникаций», Уфа, Самара, 2000-2008 г.

По теме диссертации опубликовано 63 работы, среди них 1 монография, 18 статей (в том числе 12 в рецензируемых журналах из списка ВАК), 45 публикаций в трудах конференций, семинаров, депонированных рукописях.

Структура и содержание работы. Диссертация состоит из введения, шести глав и заключения, изложенных на 329 страницах машинописного текста. Диссертация также содержит библиографический список из 178 наименований источников и приложения, вынесенных в отдельную часть работы.

Благодарность. Автор выражает глубокую признательность заведующему кафедрой Информатики УГАТУ, д.т.н., профессору Ю.С. Кабальнову за полезное обсуждение материалов диссертации в период написания работы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обосновывается актуальность диссертационной работы, формулируются задачи и цели исследования, отмечается научная новизна и практическая ценность полученных результатов.

В первой главе проводится анализ процессов информационного обмена в многоканальных ТС. На основе анализа формулируются основные задачи исследования координированного управления этими процессами. Предлагается и обосновывается необходимость изучения новой методологии координированного (вторичного) уплотнения сигналов и концепции координированного (ситуационно-адаптивного) планирования сетей мобильной связи, базирующейся на описании трафиковых процессов с помощью нестационарных географических моделей.

Во второй главе приводится описание методологических основ координированного (вторичного) уплотнения для гладких непрерывных сигналов, базирующихся на решениях обратных задач фильтрации (оценивания) (на статических режимах). Основные аспекты главы включают: разработку модели координированного (вторичного) уплотнения сигналов, решение критериальных (оптимизационных) задач синтеза желаемых спектральных характеристик координированных (вторичных) каналов связи как для одномерных, так и для многомерных (многосвязных) объектов, а также параметрические задачи синтеза желаемых характеристик вторичных каналов.

Модель многоканальной телекоммуникационной системы (ТС) с использованием принципа координированного (вторичного) уплотнения сигналов

(система вторичного уплотнения) приведена на рис. 1. На схеме условными знаками обозначены: ИС, ПС - соответственно источники и получатели первичных и вторичных сообщений, МСП - типовая многоканальная система

передачи, х(0.у(0. *(/).*(')- соответственно векторы сигналов основного, вторичного каналов, векторы группового сигнала и сигналов воспроизведения основных каналов. Основные сигналы предназначены для передачи базовых сообщений большой информационной ёмкости (например, аудио-, видео сообщений), вторичные сигналы предназначены для передачи сопутствующих сообщений меньшей информационной ёмкости (команд сигнализации, верификации, аутентификации, управления и т.п.). От ИС

-,'СО_ ?(()

Л(0 .(!)= «м-ыо

Блок управления

СПМ вторичных сигналов

ПС ПС

вторичного вторичного

сигнала сигнала

Рисунок!. Система координированного (вторичного) уплотнения сигналов

Система вторичного уплотнения (рис. 1) функционирует таким образом, что базовые сигналы ИС поступают через линию задержки на вход линейной части уплотнения и преобразователь характеристик вторичных сигналов. Сумма сигналов х(1) и >■(/) - *(/), пройдя систему оценивания (взвешивающий фильтр) и типовой МСП, распространяется между соответствующими ПС первичных сообщений. Особенность рассматриваемой модели вторичного уплотнения заключается в том, что сигналы х(г) могут напрямую «доходить» до ПС первичных сигналов, тогда как вторичные сигналы должны быть предварительно выделены из сигналов воспроизведения х(0, прежде чем они будут получены ПС вторичных сообщений. Такая возможность приема связана с тем, что соответствующие спектры вторичных сигналов расположены в энергетических «лакунах» (ямах) основных сигналов (рис 2).

Ключевая идея вторичного уплотнения заключается в том, что групповой тракт многоканальной ТС формируется на основе согласованного совмещения (пересечения) спектрально-временных характеристик (рис. 2) сигналов основных и вторичных сообщений в рамках действующих каналов связи.

Иными словами, уплотняемые сигналы не являются строго ортогональными в гильбертовом пространстве, что обеспечивает скрытую передачу сигналов вторичных сообщений.

В качестве координирующей роли в согласовании характеристик уплотняемых сигналов выступает амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) системы оценивания, определяющая в спектральной полосе канала лакунар-ное окно вторичного уплотнения. Функциональное предназначение системы оценивания заключается в различении (взвешивании) более информативных (значимых) составляющих гармоник основного сигнала и менее информативных (менее значимых).

Формирователь вторичных сигналов содержит блок анализа спектральных и амплитудных характеристик основных сигналов, выходными «параметрами» которого являются амплитудно-фазовая характеристика

Рисунок 2. Спектры 1рупповых трактов в системах вторичного уплотнения

Х(5), либо спектральная плотность мощности Ф'^) (СПМ) основных сигналов. Полученные сведения о Х(У) ,Ф«<л) используются для вычисления желаемых параметров амплитудных и спектральных характеристик вторичных сигналов, при которых обеспечивается скрытость их передачи. На выходе блока вычисления желаемых параметров характеристик определяются параметры желаемых характеристик вторичных сигналов (/„- частота несущих колебаний, Л/ - ширина спектра сигнала, а - вектор параметров функциональных зависимостей , Ф^О) и т.п.). В блоке преобразования вторичных сигналов осуществляется формирование спектра вторичных сигналов в соответствии с желаемыми спектральными характеристиками. В прямой тракт системы вторичного уплотнения включена линия задержки с целью фазового согласования моментов сложения сигналов основного и вторичного каналов из-за запаздывания, обусловленного предварительным получением желаемых характеристик вторичных сигналов. Так как вторичные сигналы относятся к классу скрытых (энергетическая мощность этих сигналов много меньше мощности сигналов

основных каналов), то для повышения качества приёма вторичных сообщений в канал связи (сигнализации) дополнительно могут быть переданы сообщения о желаемых параметрах и характеристиках вторичных сигналов - /„, А/, а.

В работе изучаются критериальные задачи (в линейной постановке) синтеза желаемых спектральных характеристик вторичных сигналов одномерной и многомерной ТС, представляющие обратные задачи оптимальной фильтрации. В частности, постановка критериальной задачи синтеза спектральных характеристик вторичных каналов связи многомерной ТС системы имеет следующий вид. Задаются х<г) = (/),..., хл (г)]7' - вектор основных сигналов *,(/) (<' = 1 ,л) с известной СПМ >,(0 = [л(/).-.л(')]т -

вектор вторичных сигналов у, (О (/ = 1,и); =[%(■!)]„„- устойчивая и физически реализуемая матричная передаточная функция спектрального окна размерности их и (рис. 3).

I л«

,л(0

кии

а«)

4 (О

л»

Рисунок 3. Математическая модель критериальной задачи синтеза спектральных характеристик вторичных сигналов многомерной ТС

При

заданных с, ограничениях на величину дисперсии о~1 ошибок е*(/) в воспроизведении основного сигнала (1) требуется определить СПМ Ф"(5) (г,7 = 1 ,п) соответствующих вторичных сигналов, удовлетворяющих условию минимума функционала (2).

2т 4

(IX

J.=

2т

2я7

- \ Ф'^сЬ

(2)

где в (1), (2) Ф* (*) - СПМ £*(/) ошибки в воспроизведении основных сигналов; о>я - дисперсия ошибок (/ = 1,п) в воспроизведении вторич-

ных сигналов; Ф'О) - СПМ ошибок е*(/).

Решение задачи осуществляется вариационным методом. При этом искомые авто- и взаимные СПМ ищутся в форме произведения сомножителей, т.е. Ф2Г(*) = ФГМФГ(*). Ф2«=ФГ(*)ФГ(*)> = где ФГ(*),

О?* (я) - неизвестные функции вторичного канала, подлежащие определению,

нули и полюсы лежат соответственно в левой и правой части комплексной полуплоскости; 1 = 1,п. В результате решения задачи получена формула, по которой определяются желаемые сомножители вторичных сигналов, имеющие вид

0,(5, а)

н

где Л, - неизвестные коэффициенты, удовлетворяющие условию =1;

.н

Д{¡,а) - определитель матрицы т.е. Д(5,а)=|^(я,а)|; ©¡(.ч.сО.у/Дх.а) -

суммы произведений элементов матрицы Ш(з,а) и вектора

Один из недостатков критериального метода заключается в том, что он не позволяет осуществить синтез желаемых спектральных характеристик вторичных сигналов в заданном классе процессов. С целью его преодоления предлагается комплекс методов функционально-параметрического синтеза характеристик вторичных сигналов.

Общая постановка задачи функционально-параметрического синтеза характеристик вторичных сигналов включает модель на рис. 4, в которой

Рисунок 4. Математическая модель функционально-параметрического синтеза характеристик вторичных сигналов

х,(0~ сигналы основного канала с заданной корреляционной функцией ££ (г) = Лфг, (илиСПМ- Ф„С?)) (/,./ = 1,и)> где г,,г2 - некоторые произ-

вольные моменты времени наблюдения за процессами, г=г -г2, устойчивый фильтр предыскажений описывается весовыми функциями -»¡(О в кавдом канале (1 = 1, в) и В=[Ьу]- матрица коэффициентов (¡,7=1,и); у1 (г) - сигналы вторичного канала; М[>] - знак математического ожидания.

Требуется определить корреляционные к'^(т) (спектральные Ф'^я)) характеристики вторичных сигналов, при которых достигаются выполнение условий:

1) ортогональность (по Гильберту) сигналов е, (г), х, (/),

-'2) = = 0 (длявсех г' = Ья), (3)

где -¡2)— взаимная корреляционная функция между ошибкой в воспроизведении е,(0 и сигнала основного канала %(г);

2) не превышение заданного отношения сигнал-шум на выходе фильтра предыскажений

<7,г =А^,(гН(г)]<с,, (4)

где а] - дисперсия ошибки в г -том канале воспроизведения сигнала основного канала, с, - некоторая заданная константа.

В работе показано, что первое условие задачи (3) обеспечивает смещение спектральных характеристик вторичных сигналов к лакунарным границам системы вторичного уплотнения. Второе условие (4) определяет допустимое искажение сигналов в основных каналах, которое влияет также на качество выделения сигналов вторичных сообщений.

Путем представления вторичного сигнала в виде суммы коррелированной у, (/) и некоррелированной у, жтр(0 составляющей вторичного сигнала

(У/(0 = У| и,р(г)+ У, „»,(')) с каждым из сигналов х^) основных каналов {г,],к = 1,и) , искомые СПМ сигналов вторичных каналов Ф1 К »р (*): К (х) определяются из решения системы 2п урав-

нений (г,у'Д = 1,и)

*=1 1.Ш

(*) + К кор(^) + К «,«] =

1 +?г " ^

+Ф1оР(*)+Ф;* юрМ+К кор(5)]^ *=м.

В системе уравнений (5) Щз)=1,{\у,(1У}(Ц») - преобразование Фурье-Лапласа), неизвестные функции, нули и полюсы которых лежат в правой части комплексной полуплоскости.

Можно отметить, что первые п уравнений . в системе (5) являются, по сути, модифицированными уравнениями Винера-Хопфа, которые решаются относительно неизвестных СПМ вторичных сигналов (что определяет рассматриваемую задачу как задачу обратной фильтрации и отличает её от задачи «прямой» фильтрации).

Аналитическое решение (5) строится на допущении описания ^0) в классе дробно-рациональных функций. При этом с целью сокращения числа неизвестных в (5) искомые СПМ вторичных сигналов также представляются в классе дробно-рациональных функций в форме произведения двух факторов. Однако и при этих условиях общее аналитическое решение системы уравнений (5) напрямую затруднено. Поэтому предлагаются параметрические методы решения задачи синтеза спектральных характеристик вторичных сигналов. Они заключаются в выборе более узкого класса функций \РФ, которому при-

надлежат спектральные характеристики O^O.a,,...,^) (/ = 1,и) вторичных сигналов. При этом аналитическая форма записи функций (вид) <D^(i,a[,...,a|„) является известной (-ым), неизвестными остаются лишь параметры (коэффициенты) а|,...,а'я этих функций, которые требуются определить исходя из их удовлетворения условиям (3),(4).

Исследуется возможность синтеза СПМ не коррелированных широкополосных сигналов вторичных каналов, представляющих квазибелый шум вида

Ф' (*,)>'>0'0,е[0'а']; ^ [0,

в котором искомыми параметрами является интенсивность а' и ширина спектра Q' (о- циклическая частота). Величина интенсивности определяется из условия ортогональности (3), ширина спектра - из условия (4). Исследование осуществлялось путем подстановки Ф^,(ю) в (5).

Анализ решения показал, что интенсивности а' вторичных сигналов, образующих вектор A = [a1,...,a"]r, определяются по формуле:

где WUm^diaglWXja)}^, Ф (ja>) = [ci +

...,сп +[Фл(у®)],]7'; [Ф»(уи)]+- функция с полюсами в левой части комплексной полуплоскости, являющая результатом сепарации выражений вида

ФШ = - t Ь,АкФЦМ;

*=1 1

с, = lim[WXJ0)£by-[щм] Y.

Оценка границы Q, спектра вычисляется из неравенства:

1 ( п \ I я м

— | Ъ^'^щи^-м л»—Г^)^(-м^)^,,

1,1 ->>1 и-" ) ] 1я И ч

Однако при использовании широкополосных сигналов имеет место ограничение, заключающееся в обеспечении выполнения требования - линейной зависимости функций с,+[Ф((уо))]1_ и Щуш).

С целью преодоления ограничения разработаны эвристические методы синтеза параметров как некоррелированных, так и коррелированных узкополосных вторичных сигналов. В частности, идея формирования коррелированных сигналов (позволяющих уменьшить величину линейных искажений в тракте передачи ТС) вторичных каналов определяется схемой на рис. 5. На ней изображены вторичный сигнал Г((), представленный в виде суммы ортогональных элементарных некоррелированных узкополосных сигналов ¡1, который «пропускается» через два плеча схемы. Верхнее плеч о обеспечивает про-

л

хождение сигнала без изменения фазы с коэффициентом передачи а. «Нижнее» плечо сдвигает фазовые характеристики вторичных сигналов на -к!2 (с помощью преобразователя Гильберта) и далее пропускает сигнал с коэффициентом р.

Рисунок 5. Формирователь коррелированных вторичных сигналов

С формальной точки зрения синтез параметров вторичных сигналов сводится к определению частотно-зависимых коэффициентов передачи а(ш) и /?(й>) и мощности X1 каждого элементарного сигнала (для упрощения последующих исследований его выбирают одинаковым для всех узкополосных сигналов). В результате искомые коэффициенты а(о>) и/3(а>) могут быть вычислены согласно следующей системе уравнений (Re{'},Im{-} - соответственно действительная и мнимая часта уравнения):

Re

4- 1[а(сй) + ЖоШМЬ - -[a40j)! f

jm+a Jco+a

Im

ja+a

параметр Л > 0 определяется из уравнения вида

]<а+а

[ад(о)+/?'(<в)]Л' jco+a

= 0;

= 0,

2л ,

Ф (<в) + Л[а(&) - ;/3(й)))Ф Суа>J + Я[а(.в) + jí(co)]®

2 2 а + ш

dtaSc /2

В главе проанализированы методы приема сигналов вторичных каналов в условиях априорной неопределенности, позволяющих увеличить «полезную» информативную составляющую вторичных сигналов.

В третьей главе разрабатываются декомпозиционные методы коррекции динамических и статических характеристик многоканальной многосвязной системы оценивания в общеканальном тракте системы вторичного уплотнения (см. рис. 1). Коррекция амлитудно-фазовых характеристик системы оценивания связана с необходимостью «управления» степенью искажений в уплотняемых сигналах. Коррекция АЧХ системы оценивания позволяет найти компромисс между противоречивыми требованиями - уменьшением искажений основных сигналов и увеличением пропускной способности во вторичных каналах в рамках спектрально-«лакунарных» границах (окнах) координированного уплотнения.

В работе изучаются «инструментальные» методы коррекции системы

оценивания путем охвата её контурами обратной связи. Следует подчеркнуть, что управления свойствами системы оценивания методами замкнутого управления позволяет в общем случае обеспечить большую «гибкость» коррекции (особенно для класса многоканальных многосвязных систем), чем традиционные (компенсационные) методы использования корректоров в прямом тракте передачи сигналов.

В качестве модели системы оценивания лежит её описание в виде многоканального многосвязного объекта, представленного в виде группы и однотипных (в смысле свободного движения) объектов управления в линейном классе векторно-матричных уравнений вида

7(*) = Г(ф(*), (6)

где У (л) = [ ^ (л), ■.(.5)]7, ы(,у) = [н1(.у),...,и||(,у)]г- соответственно изображения по Лапласу выходных координат /,(')>' управляющих воздействий и,(г); матричная передаточная функция Ж (я), записываемая в виде

= (7)

¿оО)

Я!

где - характеристический полином каналов (объектов) (с/,- неко-

го

торые числа), = [/*($)]„„„- квадратная матрица полиномов //,Дл).

В работе показано, что описанию (6) и (7) многосвязного объекта в форме «вход-выход» можно поставить в соответствие модель в виде системы дифференциальных уравнений в форме Коши

х(0 = Лх(0 + Ви({), (8)

Особенностью описания (8) является то, что каждый элемент х/ блочного вектора переменных состояния *(/) = [л(/),...,х„(г)]г представлен через выходные координаты объекта и их производные, т.е.

(/-1) _

х' =[7,(0.^,(0 + Л("Х-> .У /+ /„(«)] (/й(и) указывает на линейную комбинацию и,(/)); матрица Л = tiшgl4>,■■■,■4>] размерности (пт)х(пт) является блочно-диагональной (при этом полагается, что подматрица 4, размерности /нхи имеет некратные собственные числа Л1,...,Ят); В и С - соответственно матрицы общего вида размерности (пт)хт и пх(тп).

В общем случае задача коррекции многоканальной системы оценивания сводится к задаче замкнутого регулирования многосвязным объектом, а именно: требуется выбрать такое управляющее воздействие на входы системы (8), которое представляется в виде функции состояния системы

и(0=и«,х(г)), (9)

которое приводило бы объект либо в начало координат пространства состояния, либо из некоторого начального положения (точки) х в некоторую её конечную точку х (tx). Этот переход должен обеспечивать заданное (требуемое) асимптотическое приближение в конечную точку пространства состояния при tK -> оо, либо переход должен осуществляться за конечное время tK~tH> 0.

В основе разработки методов коррекции многоканальной многосвязной системой оценивания лежит структурное преобразование модели (8) с помощью декомпозиции. Сущность декомпозиции заключается в переходе к новому «удобному» базису переменных состояния, в котором исходная модель многосвязного объекта (8) «виртуально» разбивается на п отдельных (сепаратных) каналов, развязанных либо по входным, либо по выходным воздействиям (переменным).

Декомпозиция по входу осуществляется, посредством невырожденного гомеоморфного преобразования модели (3) в виде х = Гх (матрица Г имеет размерность (rmi)x(mi) ), для которой новый (декомпозиционный) базис х переменных состояния характеризуется парой матриц (Л,В), где

Л-Л^ЯоДА,,...^] и В=[В,.....Д,]Г,

при этом В, =[0,...,0,bt,0,...,0]axn, Ь, =[0,...,1]т . (10)

Декомпозиция по выходу осуществляется посредством невырожденного преобразования модели (8) в виде х-Рх (матрица Р имеет размерность

л.

(nm)x(nm) ), для которой декомпозиционный базис х переменных состояния характеризуется парой матриц (А,С), где

A = A = diag[Av,...,J,] И C=diag[Cu...,C.]>

при этом с. = [ 1,...,0L„. (11)

Доказаны утверждения, позволяющие упростить процедуру вычисления матриц Г, Р.

Утверждение 1. Пусть (А,В) исходная, а (А,В) - декомпозиционная пара матриц; размерность матриц А и А одинакова - nmx-rtm; rankB = rankB = п. Тогда, если характеристические полиномы матриц А а А одинаковы, а сами матрицы А и А вид (8), то матрица преобразования подобия Г существует и определяется по формуле

Г = [Д АВ,..., JT-'ij] х \В, АВ,...,АЯ-ХВ~\1. (12)

Утверждение 2. Пусть (А, С) исходная, а (А, С) новая пары матриц, характеризующие два базиса векторов переменных состояния объекта управления, размерности матриц А и А одинаковы и равны nm х пт, rank С= rank С-п. Тогда, если характеристические полиномы матриц Л и А

одинаковы и представлены в блочяо-диагональном виде (8), то матрица преобразования подобия Р существует и вычисляется по формуле:

Р = [[С, СА,..., ]~'*[с, СЛ,..„ СЛ"-1 ]7. (13)

В работе решается коррекция динамических свойств системы оценивания в виде задачи модального управления. Модальный регулятор изменяет собственные значения (моды) матрицы А исходной системы оценивания (рис.

Рисунок 6. Модальный регулятор до (слева) и после (справа) декомпозиции

На первом этапе решения задачи синтеза модального регулятора X осуществляется декомпозиция многосвязного объекта. Для этого выбирается новый базис переменных состояния х, характеризуемый новой парой матриц

А А

{А,В), представляющий описание многосвязного объекта канонической форме управляемости. В итоге получают гомоморфную систему со скалярным входом вида

^ „А -

Х,~АЛХ,+Ъхи1, 7 = 1,и.

Дальнейшее решение задачи осуществляется относительно декомпозиционного базиса переменных состояния.

По условию описания модели объекта (8) полином многосвязного объекта имеет т различных корней кратности п, поэтому он может быть представлен в ввде

= = ('" +...+*„)■ =[<?«]", где #(£) - характеристический полином порядка ю 1-го объекта управления с одним входом (рис.6).

Поскольку изменения базиса с помощью преобразования (12) не приводит к изменению характеристического полинома объекта (системы), то для декомпозированной системы желаемый полином О, (5) можно представить в виде

о'«=Ш м+ ч',^"-1 + -+«г»).

м м

где д' (з) - желаемый характеристический порядка т полином ¿-ой замкнутой подсистемы (рис. 6).

А Т _

Матрица-строка и,1-\,п, коэффициентов в цепи обратной связи по переменным состояния, обеспечивающая желаемый характеристический поли-

ном в ¿-ой замкнутой подсистеме с одним управляющим воздействием (рис. 6), г = 1, п, определяется достаточно просто как разность соответствующих коэффициентов характеристических полипомов исходной и корректируемой

системы. Совокупность всех // образует клеточно-диатональную матрицу

£ = ] (г = \,п) коэффициентов в цепи обратной связи по переменным со-

стояния объекта в новом базисе, формирующую закон управления

и = -1х,

обеспечивающий равенство характеристического полинома замкнутой многосвязной системы желаемому, т.е. равенство

»г

ПсВДй-Н-А/, )] = №>•

1=1

Возвращаясь к исходному базису переменных состояния, получим

¿ = гг,

где Ь - искомая матрица постоянных коэффициентов в цепи обратной связи по переменным состояния исходного многосвязного объекта (рис. 6), являющаяся решением задачи модального управления.

На основе принципа максимума Л.С. Понтрягина и декомпозиции юю-госвязных объектов предложен метод синтеза релейных алгоритмов управления в условиях наличия ограничений на «интенсивность» воздействия контура обратной связи на прямой контур управления.

Задача релейного управления возникает, если на сигналы входных воздействий накладываются ограничения в виде не превышения некоторого динамического диапазона. Другим примером может служить немаловажный структурный фактор, а именно ограничения, накладываемые на амплитуду управляющих воздействий в контур «главной» обратной связи. Третьим фактором может служить повышение скорости отработки резких возмущающих воздействий как по входу так и по выходу хк в канале слежения исходной системы оценивания на переходных режимах.

Структурная схема релейного регулятора системы оценивания приведена на рис. 7. Релейный регулятор системы оценивания включает: релейные элементы, учитывающие ограничения вида (м,|<а( (где величина а, задается в зависимости от интенсивности воздействия на управляющие воздействия в прямом контуре), ф(х!) - функции переключения относительно декомпозиционного базиса переменных состояния, синтезированные по известным правилам, Г-матрица коэффициентов, вычисляемая по формуле (12).

Рисунок 7. Структурная схема многосвязной системы оценивания с использованием релейного регулятора

В работе исследуется свойства релейных систем координированного управления. В частности, доказана модифицированная теорема А.Фельдбаума о числе переключений для класса многосвязных объектов вида (6-8).

В рамках предложенных декомпозиционных процедур разработан алгоритм синтеза многосвязного наблюдателя Люинбергера, позволяющий оценивать вектор переменных состояний объекта (если вектор координат состояния объекта всё-таки не доступен измерению).

Постановка задачи синтеза многомерного асимптотического идентификатора состояния многосвязного объекта, описываемого системой дифференциальных уравнений вида

x = Ax + Bz+ L{y- С ■ х), где_у = [_>>,,вектор выходных (физических) координат многосвязкого объекта; = - блочный вектор переменных состояния (оценки) объ-

екта; xi (г = 1,я) - вектор (размерности rri) переменных состояния г'-го канала

наблюдателя; z = [z1,..,,z/lf - вектор входных воздействий; A = diag[A,...,AQ]-блочно-диагональная матрица размерности шхщ; ö = [ö,,...,5„]r-блочная матрица-столбец размерности (nm)xm; C = [Clv..,C„f- блочная матрица-столбец размерности mxmn, заключается в следующем: требуется определить матрицу L постоянных коэффициентов, обеспечивающую желаемое расположение корней характеристического полинома наблюдателя:

DH(s) = det [& -A + LC] = 0.

Рассматриваемая задача может быть дополнена определением матрицы коэффициентов К в контуре o.e. по переменным оценки наблюдения, обеспечивающая желаемой распределение корней замкнутой системы (рис. 8).

Решение задачи определяется первоначальной декомпозицией наблюдателя по выходу (13), т.е. рассматривается новый базис, характеризуемый парой матриц (А,С) в канонической форме наблюдаемости

А = сИа8[Д,... Д ], С = ^[¿„.--А] ■ Тогда уравнения наблюдателя в новом базисе будут иметь вид

х\ = + В^ + 11у1;

Хп = [ Д, -.I,пС„ J х„ + Вп г + £„уп, где А = ГАГ5 = ГВ; С = СГ'\

Характеристический полином наблюдателя в новом базисе переменных

П АЛЛ

состояния будет определяться в виде О,, (.г) = П - + Ь,С,]. После декомпозиции наблюдателя задача синтеза матрицы Ь наблюдателя сводится к решению и задач синтеза матриц Ъ (при заданных С,) либо к решению п задач синтеза матриц С, (при заданных 1,). Коэффициенты искомой

Рисунок 8. Многосвязный асимптотический идентификатор состояния Люинбергера

матрицы Ь определяются по формуле: I = Р~х1. Дальнейший расчёт матрицы К аналогичен случаю определения коэффициентов обратной связи модального регулятора.

Во второй главе приведён новый алгоритм вычисления вектора установившихся ошибок замкнутой многосвязной системы оценивания, позволяющий достаточно просто оценить влияние на его статическую точность как имеющихся связей между её каналами, так и вида задающих воздействий по его различным каналам.

В четвертой главе приводится развитие идеи координированного (вторичного) уплотнения для дискретных сигналов и последовательностей, базирующихся на принципах нелинейного функционального преобразования.

Сформулирована задача синтеза цифровой последовательности вторичного канала связи для дискретных ТС вторичного уплотнения, учитывающая особенности передачи информации, и в том числе позволяющая формировать последовательность вторичного канала как в служебной, так и в информаци-

онной частях цифровой последовательности основного канала. Разработан алгоритм синтеза вторичного канала связи для цифровой системы связи с использованием методологии детерминированного безынерционного функционального преобразования случайных процессов В.И.Тихонова. Преимуществом предлагаемого способа формирования сигнала вторичного канала является относительная простота его технической реализации.

Разработан алгоритм синтеза вторичного цифрового канала связи на основе бинарных логических преобразований (БЛП). Базовая идея предлагаемого алгоритма заключается в замещении (инкапсуляции) подпоследовательностей (подгрупп символов) основного канала подпоследовательностями вторичного канала, к которым применяется бинарная логическая функция инвертирования, позволяющая минимизировать искажения основного канала в результате этого замещения. На рис. 9 приведен пример работы различных вариантов алгоритма БЛП. Символами £,, Т], - обозначены соответственно основная, вторичная, результирующая (после инкапсуляции данных) цифровые последовательности; £> - метрика Хемминга. При этом основная последовательность состоит из 25 бит, вторичная -из 12 бит (на рис. 9 она разбита на четыре подгруппы с номерами от 0 до 3). Вторичная последовательность С, также включает результат применения функциональных преобразований, отмеченных курсивом цифр в предпоследнем столбце таблиц.

Пример работы алгоритма блп

6 Бе« примен Л ООО енияб 0 |llO 001 лнарно 1 100 010 го поп 2 Ы 011 ческог з |ооо 100101110 111 о преобразовав я

Сеезвш 110 100 010 000 100101110 111

С примен et Без п 2 шем ерестаь 2 шарно овки гр 0 го пот упп not 2 ческог ледова 0 о преобразован« тельности îi D =6 я

Т| 0 jno 1 |юо 2 010 3 |ооо

Сип 001 011 010 111 /¿£Ы01110 111

Я^.Сиг] 1 1 0 1 1 D =4

С nef Т) шстано з )ооо вксй гр 0 |ио упп по с 2 010 ледова 1 |юо гельностм г)

Сблпиперест. ООО 001 010 011 010100110 m

^[^■СВШИПЕРКТ ] 0 0 0 0 3 D =3

Рисунок 9. Пример вторичного уплотнения цифровых последовательностей на основе БЛП

Предложен алгоритм синтеза вторичного цифрового канала связи, в основе которого лежат подходы «избыточного» кодирования. Главная идея предлагаемого алгоритма заключается в замене одного символа (бита) последовательности вторичного канала группой из нескольких символов (бит) основного канала с целью обеспечения неявной (скрытой) передачи остальных бит кодовых последовательностей вторичного канала (пример приведен на

рис. 10). Преимуществом разработанного алгоритма является его большая помехоустойчивость.

Соответствие кодовых комбинаций основного и вторичного каналов

ч * с ЛГЬС]

0 00 оп 0

0 01 ООипи 11 1

0 10 00 или 11 1

0 11 11 0

1 00 01 или 10 1

1 01 01 0

1 10 10 0

1 И 01 И.ПИ 10 1

00 01 10 и 01 10 11

У

00

Пример работы алгоритма избыточного кодирования п ри А=3,л=4

Бе» применения и»б. кодирования 5 V 00; И 01; 00 00; 10 11; И 10;10 00; 01 01; 11 01

1 3 3 £> =7

С применением шб. кодирования ^гаязяодо* 0:0; 1 0:1; 1 1:1;0 0.0.1

С 00;01 01;01 10;11 00;01

ДЬС] 1 1 1 2 V =5

^лэтпмкое 001 011 110 001

Рисунок 10. Пример вторичного уплотнения цифровых последовательностей на основе «избыточного» кодирования

В пятой главе разработана концепция координированного (ситуационно-адаптивного) планирования сетей мобильной связи, базирующейся на описании трафиковых процессов с помощью нестационарных географических моделей нагрузки и позволяющей повысить информационную ёмкость систем мобильной связи, уменьшить общеплановые (частотные, временные и др.) затраты на её эксплуатацию.

На основе анализа особенностей функционирования систем мобильной связи разработана новая стохастическая географическая модель координированного планирования в форме скрытых марковских моделей (СММ), позволяющая достаточно наглядно описать пространственно-временное изменение абонентского трафика системы мобильной связи в условиях неопределённости позиционирования координат мобильных абонентов. В основе построения модели координированного планирования сетей мобильной связи лежат следующие положения и допущения:

1. Модель базируется на понятии узла спроса, который отражает область зоны обслуживания, показывая локальный телетрафик на этом пространстве.

2. Узлы спроса могут обслуживаться несколькими смежными базовыми станциями, при этом территориально соты и узлы спроса зоны обслуживания могут как совпадать, так и не совпадать.

3. Неопределённость позиционирования (координат местоположения) мобильных станций (МС).

4. Идентифицируемость запрашиваемой услуги (¿'М», ЕМБ или ММ$).

5. Наличие участков стационарности интенсивностей потоков заявок (звонков) на обслуживание на временных интервалах наблюдения (прогнозирования).

В качестве исходных данных стохастической модели выступают:

1. £ = ,}- множество состояний ^¡модели (Ы-число узлов спроса -состояний модели) и V = (у.....,уи} - множество предоставляемых услуг ;

2. А = {д„} - матрица (размерности NxN) переходных вероятностей

аи = Р(д, = | <7М = описьгеающих частоту перехода из состояния в со__N _

стояние Я, (аи >0, к,1 = 1^ и = 1, / = 1,М);

ы

3.5 = {ЬД/я)} - матрица (размерности ИхМ) условных вероятностей Ц(т) = Р(о, = = £,)> описывающих частоту звонков услуга в состоя____А/ _

нии системы (6,(т)£0, т = \,М, и =

«-1

4. Л = {Я|,...,ДГ} - множество моделей СММ, где триада А, = (А1,В„1г,) - модель передачи сообщений, учитывающая конкретную г - ую ситуацию в системе и л* — } - матрица вероятностей начальных состояний модели (т.е. я-, = /'(<?; = 5,) - вероятность того, что в начальный момент t ~ г, будет поступать звонок из узла 5,).

На рис. 11. приведены: пространственная модель сети мобильной связи, включающая соты обслуживания (пунктирная линия), две базовые станции (ВБ), узлы спроса; модель сети па основе СММ.

Приирвнсгаентяксдель Модель мерильной ссти

иобильвой сет* га ошаве СММ

Рисунок 11. Иллюстрация модели СММ координированного планирования

В качестве модели наблюдения выступает точечный поток заявок в дискретные моменты времени ^ (рис. 11), описываемый последовательностью 0~{о, .-«А)}* состоящей из пары текущей заявки известного вида г„ и узла спроса , откуда пришла эта заявка. В виду неопределённости (неточности)

позиционирования МС, номер узла спроса, откуда пришла заявка St, не всегда подлежит идентификации (на рис. 11 это состояние отмечено вопросительным знаком). Этим свойством (на качественном уровне) объясняется термин «скрытости» марковской модели.

В главе разрабатывается комплекс задач координированного управления канально-частотным ресурсом, базирующимся на моделях СММ, которые включают:

1. Прогнозирование развития ситуаций.

Задача прогнозирования состоит в том, что на основе последовательности наблюдений О = {о,,...,ог} и множества ситуационных моделей А =

выделяется модель X, с номером f, которая наиболее правдоподобно (адекватно) описывает текущий телетрафик и его изменение в мобильной системе.

Решение задачи основывается на байесовском подходе и определяется как максимум аргумента метрики Р(0\Л^, т.е.

/=argmax(P(0|^)),

где Р{0\Х^) — условная вероятность того, что для заданной модели (_/ = 1, v) имеет место наблюдаемая последовательность объектов О = {ор...,ог}. Определение Р{0\Х}) осуществляется с помощью модифицированных алгоритмов прямого и обратного хода (forward-backward procedure).

2.Определение потребной нагрузки для узлов спроса в условиях неопределенности позиционирования наблюдений.

Изучаемая задача представляет восстановление неизвестных состояний объектов St (узлов спроса), т.е. заключается в выборе такой последовательности состояний S = ><7г) Длины Т, которая с наибольшей вероятностью порождает наблюдаемую последовательность объектов 0 = {ох,о1г...,от) для заданной модели X. = Другими словами, требуется определение

«наилучшей» последовательности (?* ={q\,q\,...,qT), максимизирующей вероятность р(о, $ л.).

Решение задачи основывается на алгоритме Витерби (Viterbi Algorithm). На оконечном этапе определяются количество потребных каналов связи Nf для каждого к -го узла спроса. Величина Nf определяется на основе методов статистического анализа и формул Эрланга.

3. Распределение канального ресурса между стационарными средствами радиодоступа.

Здесь решается оптимизационная задача на основе методов линейного программирования, в которой требуется определить *а (х1к>0) число каналов, которые будут использоваться 1-я базовой станцией для обслуживания к-го

узла спроса, обеспечивающие минимум целевой функции /вида

V I

с/ = ]Г^Снхн (Сы - условная средняя стоимость канала, из к-го узла спроса в

I _

/-ю базовую станцию), удовлетворяющая ограничениям: к =

Ы

(потребное количество каналов для обслуживания ¿-го узла спроса); и _

хи < А'/', 1=\,Ь, (общее количество разрешимых каналов 1-й базовой

К ь

станции), (Х^/*' ). Решение задачи осуществляется симплекс-методом,

ы (-1

Следующим этапом координированного планирования является управление распределением радиочастотного ресурса между стационарными средствами радиодоступа (базовыми станциями). Для этого необходимо обеспечить назначение интермодуляционно совместимых частот. Сложность частотного планирования заключается в разработке алгоритмов, работающих в масштабе реального времени (являющиеся ИР - сложными). Для решения задачи в работе предлагается топологический способ частотного планирования на основе графо-аналитического метода.

На последнем этапе координированного планирования изучается комплекс задач выбора оптимальных конфигураций (топологий) транспортной сети сотовой связи, учитывающие затраты (в виде стоимости, качественных показателей связи и т.д.) на её построение, так и влияние ряда ограничений на тополопно транспортной сети. Необходимость решения задачи обусловлена реконфигурацией мобильной системы в процессе «расщепления» сот. Задачи формулируются и решаются в рамках графо-теоретической постановки.

В главе шестой приведены методическое обеспечение и рекомендации по применению методов и алгоритмов координации в многоканальных ТС, а также результаты по оценке их эффективности.

Путем имитационного моделирования обоснована возможность использования предложенной методологии координированного (вторичного) уплотнения сигналов и дискретных последовательностей для повышения пропускной способности многоканальных непрерывных и дискретных (цифровых) систем передачи видеоизображений. С помощью разработанного математического и программного полигонов исследования процессов координированного уплотнения сигналов показана возможность повышения пропускной способности систем передачи подвижных и неподвижных картинок видеоизображения в 1,3-1,4 раза (по сравнению с имеющимися - без использования вторичного уплотнения) без существенного изменения (или значительной модернизации) систем обработки и передачи изображений. Применение результатов моделирования позволило осуществить организацию каналов сигнализации в стволе передачи данных РРТПЦ - филиала ОАО «Башинформсвязь». Для этих целей разработано специализированное алгоритмическое и программное обеспечение.

С помощью структурного инструментария ситуационно-адаптивного планирования разработаны рекомендации по модернизации конфигурации сети сотовой связи ОАО «ВымпелКом» в г. Уфе, позволяющие снизить общеплановые (частотные, финансовые) расходы на 12,7% на всех этапах жизненного цикла системы.

В заключении формулируются основные научные и практические результаты диссертационной работы.

В приложении приводится поясняющий материал, содержащий математические преобразования и выкладки, возникающие в процессе решения формулируемых в работе задач, а также акты внедрения диссертационной работы.

Основпые результаты и выводы.

1. В целях повышения информационной ёмкости и пропускной способности многоканальных ТС разработаны методологические основы координированного управления процессами информационного обмена на основе методов вторичного уплотнения сигналов, позволяющие передавать множество сигналов по общему каналу многоканальной системы. В основе методологии координированного уплотнения сигналов лежат методы синтеза спектральных характеристик неортогональных в гильбертовом пространстве сигналов в виде решений обратных задач оценивания (фильтрации). Разработанная методология позволяет с единых конструктивных позиций учесть ограничения на степень искажения уплотняемых сигналов с возможностью выделения вторичных сигналов на приемной стороне, сохраняя при этом функциональную целостность каналов передачи базовых сообщений.

2. В целях повышения качества воспроизведения базовых и выделения вторичных уплотняемых сигналов разработаны методы (задачи) коррекции динамических и статических свойств многосвязных систем оценивания в общеканальных трактах сигнального уплотнения многоканальных ТС. Коррекция динамических и статических свойств многоканальных систем оценивания осуществляется с помощью методов замкнутого управления многосвязными объектами. В основе методов синтеза контуров обратной связи многосвязных объектов лежат декомпозиционные процедуры описания динамических моделей, при котором многосвязный объект разбивается на несвязанные по входным, либо выходным воздействиям подсистемы. На основе процедур декомпозиции разработаны методы модального (как с наблюдателем Люинберегера, так и без него) и нелинейного (релейного) управления системами оценивания, позволяющие упростить решение поставленных задач коррекции динамических и статических свойств многоканальных многосвязных систем оценивания.

3. В рамках развития методов координированного управления процессами информационного обмена в многоканальных ТС разработаны алгоритмы вторичного уплотнения на основе нелинейного функционального преобразования случайных дискретных процессов и последовательностей, позволяющие

учесть особенности передачи сообщений в цифровых системах многоканальной связи.

4. Предложена концепция координированного (ситуационно-адаптивного планирования), базирующаяся на описании трафиковых процессов с помощью нестационарных географических моделей, позволяющая с единых конструктивных позиций формализовать сложные процессы информационного обмена, протекающие в многоканальных ТС мобильной радиосвязи. Целью координированного планирования является сбережение (экономия) общеплановых ресурсов и повышения эффективности системы. Данная концепция представляет универсальную совокупность формализованных моделей, оптимизационных методов и алгоритмов, позволяющих прогнозировать развитие ситуаций в системе, осуществлять частотно-территориальное планирование сети в масштабе реального времени (до 15-20 минут).

5. Предложенные в работе теоретические положения реализованы в виде методического обеспечения и рекомендаций по применению разработанных методов и алгоритмов. К ним относятся:

- на основе методологии координированного уплотнения разработан математический полигон по отработке вторичного уплотнения в системах передачи подвижных и неподвижных изображений.

Путем имитационного моделирования показана возможность повышения пропускной способности систем телевизионного вещания в 1,3-1,4 раза (по сравнению с имеющимися) без существенного изменения (или значительной модернизации) систем обработки и передачи изображений.

- на основе структурного инструментария ситуационно-адаптивного планирования выработаны рекомендации по модернизации конфигурации сети сотовой связи ОАО «ВымпелКом» в г. Уфе, позволяющие снизить общеплановые (материальные, частотные, финансовые) расходы до 12,7% на всех этапах жизненного цикла системы.

Основные публикации по теме диссертации

Статьи в рецензируемых ясурнапах из списка ВАК

1. Анализ статической точности линейных многосвязных систем автоматического управления/ Кабальнов Ю. С., Кузнецов И. В.// Изв. Вузов. Приборостроение. 1995. Т38, №11-12, с.23-25. {автору принадлежит 1,5 журнальных стр.)

2. Синтез законов управления процессом синхрофазирования винтов ТВВД с помощью принципа максимума Л.С. Понтрягина /Кабальнов Ю. С., Кузнецов И. В. // Изв. Вузов. Авиационная техника. 1997. №3. с.64-70. (автору принадлежит 4 журнальные стр.)

3. Синтез модального управления многосвязным объектом /Кабальнов Ю. С., Кузнецов И. В. // Изв. Вузов. Приборостроение. 1999. Т. 42, № 3-4. с. 16-19. (автору принадлежит 3 журнальные стр.)

4. Синтез наблюдателя Льюинбергера для многосвязной системы управления /Кабальнов Ю. С., Кузнецов И. В. // Изв. Вузов. Приборостроение. 2001. Т. 44, № 5. с. 19-23. (автору принадлежит 3 журнальные стр.)

5. Повышение пропускной способности систем информационного обмена летательных аппаратов /Кабальнов Ю.С., Кузнецов И.В.// Авиакосмическое приборостроение. N7, 2003.- С.42-45. (автору принадлежит 3 журнальные стр. )

6. Определение характеристик вторичного канала связи в системах передачи изображений/Султанов А.Х., Кабальнов Ю.С., Кузнецов И.В., Городецкий И.И.// Известия высших учебных заведений. Приборостроение. 2003, №1 -С. 12 - 16 (автору принадлежит 4 журнальные стр.)

7. Синтез вторичного канала связи аналоговой телекоммуникационной системы в частотной области /Султанов А.Х., Кузнецов И.В., Городецкий И.И.// Радиотехника и электроника, 2004, Т. 49, №7, С.817-823. (автору принадлежит 5 журнальных стр.)

8. Модификация алгоритма адаптивной маршрутизации в корпоративных сетях передачи данных на основе вероятностного подхода/Комиссаров А.М., Кузнецов И.В., Султанов А.Х.// Инфокоммуникационные технологии, Том 1,№4, 2005., с. 35-38. (автору принадлежит 2 журнальные стр.)

9. Оптимизационный метод синтеза спектральных характеристик вторичных сигналов многоканальной многомерной телекоммуникационной системы/ Султанов А.Х., Кузнецов И.В., Жданов Р.Р.// Инфокоммуиикационные технологии, Том 4, №2, 2006, с. 48-54. (автору принадлежит 5 журнальных стр.)

10. Декомпозиционные алгоритмы решения задач управления и наблюдения объектами с векторным входом/ Кабальнов Ю.С., Кузнецов И.В., Мар-гамов A.B. // Системы управления и информационные технологии. Научно-технический журнал, Научная книга, Воронеж, 2006 № 4(26), с. 22-26. (автору принадлежит 3 журнальные стр.).

11. Оптимизация конфигурации транспортной сети мобильной связи структурными методами/ Кузнецов И.В.,, Блохин В.В., Султанов А.Х.// Инфокоммуникационные технологии, Том 5, №1, 2007, с. 25-33. (автору принадлежит б журнальных стр.)

12. Вторичное уплотнение дискретных последовательностей на основе бинарных функциональных преобразований/ Кузнецов И.В.// Инфокоммуникационные технологии, Том 4, №3,2008, с. 27-31.

Монография

1 З.Султанов A.A., Кузнецов И.В., Блохин В.В. Сигнальные и структурные методы повышения информационной емкости телекоммуникационных систем. М.: Радио и связь, 2006.- 325 с. (автору принадлежит 243 стр., стр. 44-211, 233-309)

В других изданиях

14. Об особенностях структурной организации и синтеза многосвязных систем управления фазой вращения (синхрофазирования) винтовентиляторов ТВВД /Кузнецов И.В. // Информационные и кибернетические системы управления и их элементы: материалы Всероссийской молодежной научно-технической конференции / УГАТУ. Уфа. 1995, с. 42-45.

15. Модальное управление многосвязным объектом/ Кабальнов Ю.С., Кузнецов И.В. //Автоматизированные системы в промышленности и исследованиях, X международная конференция, Варна. 1996, с. 57-61. (на англ. яз.)

16. Синтез законов управления процессом синхрофазирования винтов ТВВД с помощью принципа максимума Л.С. Понтрягина /Кабальнов Ю. С., Кузнецов И. В.// Аналитическая механика, устойчивость и управление движением, VII Четаевская конференция. Казань. 1997, с. 85-86.

17. К выбору оптимальной конфигурации сети управляющих вычислительных машин/Кузнецов И.В., Кабальнов Ю.С.,Гузаиров Р.М.// Перспективные технологии в средствах передачи информации: материалы 2-й Междунар. науч. техн. конф., Владимир. 1997, с.137-140.

18. Оптимальный выбор конфигурации сети управляющих вычислителей/ Кузнецов И.В., Кабальнов Ю.С., Верхоланцев С.В.// Автоматизированные системы в промышленности и исследованиях, ХП международная конференция, Варна. 1998, с. 73-77. (на англ. яз.)

19. Вторичное использование телевизионного канала для передачи информации о чрезвычайных ситуациях /Султанов А.Х., Кузнецов И.В., Городецкий И.И. //Проблемы прогнозирования, предотвращения и ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций: материалы II Всероссийской научно-практической конференции. - Уфа. 2001, с. 139-140.

20. Постановка задачи синтеза вторичного канала связи дискретной телекоммуникационной системы /Султанов А.Х., Кузнецов И.В., Городецкий И.И. II Проблемы техники и технологии телекоммуникаций: материалы третьей международной научно-технической конференции, Уфа. 2002,с. 67-68.

21. Коррекция линейных искажений сигналов в линиях связи на основе решения обратной задачи Винера во временной области /Султанов А.Х., Кузнецов И.В., Городецкий И.И., Жданов P.P.// Устройства синхронизации и формирования сигналов, Научно-технический семинар, Нижний Новгород, 3-6 июля. 2002, с. 6-8.

22. Алгоритм формирования дискретного вторичного канала связи на основе избыточного кодирования /Кузнецов И.В., Султанов А.Х.,Городецкий И.И.//Проблемы техники и технологии телекоммуникаций: материалы IV международной научно-технической конференции, Уфа.2003,с.63-66.

23. Линейное спектрально-композиционное уплотнение стохастически независимых сигналов /Кузнецов И.В., Жданов P.P. // Проблемы техники и технологии телекоммуникаций: материалы IV международной научно-технической конференции, Уфа. 2003, с.257-260

24. Инженерные методики формирования и выделения вторичного сигнала системы телевизионного вещания /Кузнецов И.В., Городецкий И.И. // Проблемы техники и технологии телекоммуникаций: материалы IV международной научно-техническая конференции, Уфа, 2003. - с.57-60.

25. Применение задач фильтрации Каламана-Бьюси в задачах синтеза характеристик сигналов скрытых каналов/ Кузнецов И.В.// Компьютерные науки и информационные технологии: материалы научно-технической конференции, Уфа, Т.2, с.189-194. (на англ. яз.)

26. Разработка стохастической модели ситуационно-адаптивного управления сетью мобильной радиосвязи на основе скрытых марковских последовательностей (моделей) /Кузнецов И.В., Султанов А.Х., Перепелкин А.С,//Проблемы техники и технологии телекоммуникаций: материалы: материалы V научно-технической конференции, Самара, ПГАТИ. 2004, с.187-190.

27. Параметрический синтез корреляционных характеристик вторичного канала связи многомерной телекоммуникационной системы /Султанов А.Х., Кузнецов И.В., Жданов P.P.// Проблемы техники и технологии телекоммуникаций: материалы V научно-технической конференции, Самара. 2004, с. 25-26.

28. Критериальный метод синтеза спектральных характеристик скрытых каналов в оптических телекоммуникационных системах/ Кузнецов И.В., Султанов А.Х.//Проблемы техники и технологии телекоммуникаций материалы V научно-технической конференции, Самара, ПГАТИ. 2004, с.281-288.

29. Экспериментальная проверка воможности приёма сигналов в условиях неопределённости частоты несущего колебания/ Кузнецов И.В., Городецкий И.И., Жданов P.P. // Проблемы техники и технологии телекоммуникаций: материалы VI международной научно-технической конференции, Уфа. 2005, с.66-68.

30. Инженерный метод параметрического синтеза спектральных характеристик коррелированных сигналов вторичных каналов/ Кузнецов И.В., Жданов P.P.// Проблемы техники и технологии телекоммуникаций: материалы VI международной научно-технической конференции, Уфа. 2005. с. 78-85.

31. Разработка модели и алгоритмов стохастической идентификации ситуации в системе мобильной связи /Кузнецов И.В., Блохин В.В., Султанов А.Х.//Проблемы техники и технологии телекоммуникаций: материалы VI международной научно-технической конференции, Уфа. 2005, с. 141-149.

32. Разработка алгоритмов вычисления текущей и её распределения между базовыми станциями в системе мобильной связи в условиях неопределённости состояний наблюдений/ Кузнецов И.В., Блохин В.В., Султанов А.Х.// Проблемы техники и технологии телекоммуникаций: материалы VI международной научно-технической конференции, Уфа. 2005, с. 149-156.

33. О геометрическом методе оптимального прогноза зон радиопокрытия сети мобильной связи/ Кузнецов И.В., Блохин В.В., Султанов А.Х.// Проблемы техники и технологии телекоммуникаций: материалы VI международной научно-технической конференции, Уфа. 2005, с. 156-164.

34. Уточнение (переоценка) параметров моделей ситуационно-адаптивного планирования/ Кузнецов И.В., Блохин В.В., Султанов А.Х.// Про-

блемы техники и технологии телекоммуникаций: материалы VI международной научно-технической конференции, Уфа. 2005, с. 165-167.

35. О постановке задачи параметрического синтеза спектральных характеристик вторичных каналов многоканальной многосвязной телекоммуникационной системы/ Султанов А.Х., Кузнецов И.В., Жданов P.P. // Сб. трудов 60-й Научной сессии, посвящённой Дню Радио, Москва, РНТО-РЭС, Т. 1, 2005.-С. 308-311.

36.Структурные методы оптимального частотного планирования в мобильных сетях/ Блохин В.В., Кузнецов И.В., Султанов А.Х.// Компьютерные науки и информационные технологии: материалы VII международной конференции, Уфа: УГАТУ. 2005, Т.З, с. 250-253.

37. Координированное управление многосвязными объектами/ Кабальное Ю.С., Кузнецов И.В., Маргамов A.B. // Проблемы техники и технологии телекоммуникаций: материалы VII международной научно-технической конференции, Самара, ПГАТИ. 2006, с. 204-206.

38. Сигнальные и структурные методы повышения информационной емкости телекоммуникационных систем/ Кузнецов И.В., Султанов А.Х.// Проблемы техники и технологии телекоммуникаций: материалы VII международной научно-технической конференции, Самара, ПГАТИ. 2006, с. 19-24.

39. О некоторых задачах координированного управления радиоресурсами систем мобильной связи/ Кузнецов И.В., Блохин В.В., Султанов А.Х.// Межвузовский научный сборник. Уфа. 2007, с. 227-234.

40. О развитии методов вторичного уплотнения сигналов для нестационарной телекоммуникационной системы/ Зевиг В.Г, Кузнецов И.В. // Проблемы техники и технологии телекоммуникаций: материалы VIII международной научно-технической конференции, Уфа. 2007, с. 67-70.

41. Методическое обеспечение этапов проектирования и модернизации транспортных сетей мобильной связи/ Кузнецов И.В., Блохин В.В.// Проблемы техники и технологии телекоммуникаций: материалы VIII международной научно-технической конференции, Уфа. 2007, с. 194-196.

Диссертант

И.В .Кузнецов

КУЗНЕЦОВ Игорь Васильевич

КООРДИНИРОВАННОЕ УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССАМИ ИНФОРМАЦИОННОГО ОБМЕНА В МНОГОКАНАЛЬНЫХ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ

Специальность: 05.12.13 - Системы, сети и устройства телекоммуникаций

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Подписано к печати 30.10.2008. Формат 60x84 1/16. Бумага офсетная. Печать плоская. Гарнитура Тайме. Усл. печ. л. 2,0. Усл. кр. -отт. 2,0. Уч. -изд. л. 1,9. Тираж 100 экз. Заказ № 483.

ГОУ ВПО Уфимский государственный авиационный технический университет Центр оперативной полиграфии 450000, Уфа-центр, ул. К. Маркса, 12

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ПРОБЛЕМЫ КООРДИНИРОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ИНФОРМАЦИОННОГО ОБМЕНА В

МНОГОКАНАЛЬНЫХ ТЕЛЕКОММУНКАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ.

1.1.Модель координированного управления процессами информационного обмена в многоканальных телекоммуникационных системах.

1.2. Координированное уплотнение сигналов на основе вторичного использования каналов.

1.3. Координированное планирование информационных ресурсов в распределённых многоканальных системах.

Актуальность темы. Современные тенденции развития многоканальных телекоммуникационных систем (ТС) связаны с повышением их пропускной способности, приданием им свойств надежности и экономичности, что достигается дальнейшим усложнением протекающих процессов информационного обмена. Усложнение процессов информационного обмена связано с постоянным увеличением числа параллельно функционирующих каналов, дополнительных подсистем (трактов) передачи сообщений, развитием новых информационных технологий поддержки передачи сообщений.

С целью достижения новых качественных показателей эффективности в действующих многоканальных системах необходимо обеспечить согласованную интеграцию всех процессов информационного обмена из-за постоянного изменения условий эксплуатации, вызванных локально-пространственным и временным изменением трафика, вида и характера шумовой обстановки в зоне обслуживания, случайными изменениями параметров каналов связи. Согласованная интеграция процессов информационного обмена требует учета множества (в том числе противоречивых) факторов и может осуществляться с помощью методов координированного управления. В силу того, что современные системы многоканальной связи имеют многоуровневую и распределенную архитектуру, координированное управление информационным обменом можно условно разбить на два уровня - внутрисистемную и общесистемную.

Внутрисистемное координированное управление заключается в выработке решений, обеспечивающих параллельную передачу сообщений в системе многоканальной связи, которая осуществляется на основе технологий многоканальной связи.

Фундаментальной основой технологий многоканальной связи являются основополагающие парадигмы ортогональных преобразований функциональных пространств Фурье, Гильберта, Хаара, Уолша,

Котельникова и др., парадигма статистических оценок на основе байесовского подхода и связанная с ней парадигма оптимальной фильтрации Калмана-Бьюси, энтропийная парадигма К. Шеннона.

В основе практической реализации современных технологий многоканальной связи лежат методы канального уплотнения (частотного, временного, кодового и др.), обеспечивающих передачу многих сообщений по общей линии связи (направляющей структуре). Основной принцип канального уплотнения заключается в ортогональной редукции пространства первичных (абонентских) сообщений в более широкую область переносчиков сообщений, что позволяет упростить разделение канальных сигналов и увеличить пропускную способность систем связи.

Однако в ряде случаев пропускная способность отдельных каналов связи (например, каналов теле-, радиовещания) остаётся намного выше производительности источников сообщений, что говорит о недостаточно эффективном использовании возможности существующих (действующих) каналов связи и дает дополнительный резерв по совершенствованию методов координированного управления процессами внутриканального информационного обмена.

Одним из альтернативных способов повышения информационной емкости отдельных каналов является координированное (вторичное) уплотнение сигналов. Основная идея вторичного уплотнения сигналов заключается в передаче множества сигналов по общему каналу ТС. Вторичное уплотнение сигналов предполагает объединение (агрегирование) в общем случае неортогональных в гильбертовом пространстве сигналов путём согласованного совмещения (инкапсуляции) их спектрально-временных характеристик и передачу в рамках одного или нескольких действующих каналов связи. Иначе говоря, систему, реализующую координированное уплотнение, можно рассматривать как многоканальную систему передачи сообщений по вложенным каналам.

Актуальность исследования методов координированного уплотнения сигналов также подтверждается теми фактами, что традиционные способы канального уплотнения в той или иной степени сталкиваются с пределом своего развития из-за ограниченности физических характеристик технических средств передачи сообщений, среды распространения сигналов, больших временных задержек в процессе передачи сообщений. С другой стороны, в связи с интеллектуализацией систем многоканальной связи, их функциональным усложнением, увеличивается количество сопутствующих служебных (вторичных) сообщений небольшой информационной ёмкости, для которых нет необходимости создавать дополнительные каналы связи. Вторичные сообщения могут передаваться совместно с базовыми сообщениями в скрытом, т.е. незаметном для абонента режиме. При этом вторичное уплотнение сигналов не предусматривает расширения (уширения) спектрально-временных характеристик сигналов и не требует вовлечения достаточно дорогого материального, частотного, временного и др. резерва многоканальной системы.

В связи с тем, что координированное уплотнение осуществляется для неортогональных сигналов, это приводит к взаимному искажению уплотняемых сигналов. Это, в свою очередь, требует разработки согласованных решений, связанных с синтезом спектральных характеристик уплотняемых сигналов вторичных сообщений и систем оценивания (фильтрации) (расположенных в трактах передачи уплотняемых сигналов) с учетом поиска, так называемых, лакунарных зон размещения вторичных сообщений в рамках нормированной полосы частот воспроизведения базовых сигналов и каналов.

В связи с недостаточностью научно-методического аппарата и полноты исследования методов вторичного уплотнения сигналов направлением дальнейших исследований являются:

1. Разработка комплексной концепции координированного (вторичного) уплотнения стохастических сигналов, позволяющей описать принципы формирования как вторичных дискретных, так и непрерывных сигналов на основе единых конструктивных позиций.

2. Разработка методов коррекции динамических и статических характеристик систем оценивания (фильтрации) групповых общеканальных сигналов вторичного уплотнения, влияющих на качество воспроизведения базовых и выделения вторичных уплотняемых сигналов.

3. Развитие методов и алгоритмов приёма вторичных сообщений в условиях скрытости сигнала (малой величиной отношения сигнал шум) и априорной неопределённости (частичных) знаний о параметрах вторичных сигналов.

Общесистемное координированное управление заключается в согласованном планировании трафиковых ресурсов с учетом изменения целей управления и/или ситуаций в действующей распределенной многоканальной системе, затрагивающем общесистемную интеграцию протекающих процессов информационного обмена. В дальнейшем (в формате рассматриваемого контекста) вместо термина «координированное управление» будем пользоваться термином «координированное планирование».

В основе методологических аспектов координированного планирования лежит выработка решений по формализованному выбору конфигурации (топологии) сети многоканальной связи и её информационных параметров (количество каналов, их распределения между средствами радиодоступа, распределение частотного ресурса с учетом факторов электромагнитной совместимости), при котором учитывались и согласовывались бы особенности изменения нестационарности трафика (нагрузки) с особенностями территориальной распределённости средств доступа и пропускной способности терминального оборудования. Конечной целью координированного планирования является сбережение (экономия) общеплановых (физических, коммуникационных, информационных и иных) ресурсов многоканальной системы.

Большой вклад в развитие концепций координированного планирования в распределённых ТС многоканальной связи внесли зарубежные учёные: Л. Клейнрок, Р. Спенсер, Дж. Мартин, Р. Галлагер, П.

Мерлин, А.Сегал. Среди отечественных учёных можно выделить труды Б.В.Гнеденко, М.А. Шнепса, B.C. Лившица, Г.П. Башарина, А.П.Пшеничникова, А.Д. Харкевича, Е.И. Рухмана, Б.Я. Советова, С.А.Яковлева, В.А. Кочегарова, Г.А. Фролова, O.A. Шорина.

Несмотря на заметное продвижение в создании и развитии теоретических положений координированного планирования здесь остаются не решёнными задачи, обусловленные следующими факторами:

1. Отсутствием достаточно адекватных географических моделей нестационарности телетрафика, позволяющих оценить текущее и спрогнозировать последующее изменение ситуаций (нагрузки) в многоканальных ТС радиосвязи в условиях неопределённости позиционирования мобильных средств радиодоступа .

2. Недостаточным развитием формализованных методов и алгоритмов частотно-территориального планирования в системах мобильной радиосвязи, функционирующих в реальном масштабе времени.

3. Недостаточным развитием алгоритмов конфигурирования транспортных сетей в условиях структурных ограничений.

Таким образом, разработка общеметодологических принципов координированного управления процессами информационного обмена в многоканальных ТС является достаточно актуальной как в научном, так и практическом плане и требует специального изучения.

Объект исследования. Объектом исследования являются телекоммуникационные системы и сети группового информационного обмена различного назначения.

Предмет исследования. Предметом исследования является разработка новых принципов построения и работы телекоммуникационных систем и сетей с целью исследования путей совершенствования управления потоками информационного обмена.

Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является разработка теоретических положений по повышению эффективности функционирования многоканальных телекоммуникационных систем на основе развития системной концепции координированного управления протекающих в них процессов информационного обмена.

Для достижения указанной цели в работе сформулированы и решены следующие основополагающие задачи:

1. Развитие методологических основ координированного уплотнения неортогональных сигналов в функциональном пространстве Гильберта, включающих:

- разработку модели координированного (вторичного) уплотнения сигналов как задачу обратного оценивания (фильтрации); разработку оптимизационных методов координированного уплотнения сигналов;

- разработку функционально-параметрических методов координированного уплотнения сигналов как коррелированных, так и некоррелированных сигналов;

2. Разработка методов коррекции динамических характеристик многосвязной системы оценивания (фильтрации) в общеканальных трактах вторичного уплотнения сигналов многоканальной ТС, включающая:

- обоснование способа коррекции динамических свойств многосвязной системы оценивания методами замкнутого управления;

- разработку декомпозиционных алгоритмов по входу и выходу на основе гомеоморфных (подобных) преобразований моделей многосвязных объектов, не приводящих к потере «связности»;

- разработку и решение линейных модальных и нелинейных (релейных) задач замкнутого управления.

3. Развитие методологических основ координированного (вторичного) уплотнения дискретных сигналов и последовательностей, базирующихся на принципах нелинейного функционального преобразования вероятностных и числовых характеристик случайных процессов, включающие:

- разработку общеметодологической задачи координированного уплотнения дискретных сигналов и последовательностей;

- разработку алгоритмов координированного уплотнения дискретных сигналов и последовательностей на основе нелинейного функционального преобразования их вероятностных характеристик.

4. Развитие концепции координированного (ситуационно-адаптивного) планирования сетей мобильной связи, базирующейся на описании трафиковых процессов с помощью нестационарных географических моделей изменения нагрузки, включающие:

- нестационарную географическую модель телетрафика; оптимизационные методы координированного управления канальным и частотным ресурсами в условиях неопределённости позиционирования мобильных станций;

- оптимизационные алгоритмы конфигурирования транспортных сетей в условиях структурных ограничений.

5. Разработка методического обеспечения и оценки эффективности применения методов и алгоритмов координирования процессов в многоканальных системах связи, включающей:

- разработку методического обеспечения и оценку эффективности вторичного уплотнения сигналов и дискретных последовательностей применительно к системам передачи изображений в РРТПЦ - филиала ОАО «Башинформсвязь»;

- разработку методической поддержки и выработки технических рекомендаций по модернизации (оптимизации) мобильной системы (на примере региональной системы сотовой связи ОАО «ВымпелКом» г. Уфы).

Методы исследования. При решении поставленных задач в работе использовались методы системного анализа, теорий управления, исследования операций, массового обслуживания, математической статистики, а также методы вариационного исчисления, линейной алгебры, теории функций комплексной переменной, вероятностей, дискретной математики. Для оценки эффективности полученных результатов использовались методы математического и имитационного моделирования.

Основные научные результаты, выносимые на защиту:

1. Методологические основы координированного (вторичного) уплотнения непрерывных сигналов, базирующиеся на принципах решения обратных задач стационарной фильтрации (оценивания).

2. Методические основы управления динамическими характеристиками многосвязных систем оценивания (фильтрации) в трактах вторичного уплотнения на основе декомпозиционных методов, не приводящих к потере связности объектов.

3. Алгоритмы координированного (вторичного) уплотнения цифровых сигналов и последовательностей на основе нелинейных преобразований.

4. Концептуальные основы координированного (ситуационно-адаптивного) планирования сетей мобильной связи, базирующиеся на описании трафиковых процессов с помощью нестационарных географических моделей нестационарности трафика.

5. Стохастическая модель нестационарности трафика систем мобильной связи на основе скрытых Марковских процессов (моделей) (СММ).

6. Алгоритмы ситуационно-адаптивного планирования сетей мобильной связи.

7. Рекомендации, математический полигон и результаты оценки эффективности по практическому применению разработанной методологии координации в многоканальных системах связи (вторичное уплотнение сигналов для РРТПЦ - филиала ОАО «Башинформсвязь», координированное планирование для региональной сети сотовой связи ОАО «ВымпелКом»).

Научная новизна (в методологическом и концептуальном аспектах).

1. Новизна методологических и теоретических основ координированного уплотнения сигналов, базирующихся на принципах решения обратных задач стационарной фильтрации (оценивания) непрерывных сигналов и нелинейного функционального преобразования дискретных сигналов и последовательностей заключается в том, что они позволяют с единых позиций получить описание «лакунарных» (неортогональных в гильбертовом пространстве) процессов вторичного уплотнения сигналов с учетом допустимой меры искажений в каналах уплотнения.

2. Новизна разработанного методического обеспечения коррекции свойств многоканальных многосвязных объектов систем оценивания уплотняемых сигналов (сепаратные каналы которых имеют одинаковые характеристические полиномы) с использованием декомпозиционных методов заключается в том, что предлагаемый аппарат позволяет существенно упростить процедуру синтеза как замкнутых линейных и релейных законов управления данными объектами при сохранении связности согласуемых объектов по входу (выходу), так и спектральных характеристик вторичных сигналов многоканальной ТС.

3. Новизна концепции координированного (ситуационно-адаптивного планирования), базирующейся на описании трафиковых процессов с помощью нестационарных географических моделей заключается в том, что она представляет универсальную совокупность моделей, методов и алгоритмов, позволяющих прогнозировать развитие ситуаций в системе, осуществлять частотно-территориальное планирование сети в масштабе реального времени с помощью формализованных (в т.ч. оптимизационных) методов.

Обоснованность и достоверность результатов диссертации.

Обоснованность результатов, полученных в диссертационной работе, базируется на использовании апробированных научных концепций и методов исследования, согласовании результатов с известными теоретическими положениями.

Достоверность полученных теоретических положений и выводов подтверждается результатами имитационного моделирования, апробации и внедрения предложенных методик и алгоритмов.

Практическая ценность и внедрение результатов.

Практическую ценность имеет методическое обеспечение и рекомендации по применению методов и алгоритмов координирования в системах управления и связи. В частности,

- на основе методологии координированного уплотнения разработан математический полигон по отработке вторичного уплотнения в системах передачи подвижных и неподвижных изображений. Путем имитационного моделирования показана возможность повышения информационной ёмкости распределённых систем телевизионного вещания в 1,3-1,5 раза (по сравнению с имеющимися) без существенного изменения или значительной модернизации систем обработки и передачи изображений. Разработано алгоритмическое и программное обеспечение по организации служебных каналов сигнализации в стволе передачи цифровых данных РРТПЦ -филиала ОАО «Башинформсвязь»;

- на основе структурного инструментария ситуационно-адаптивного планирования выработаны рекомендации по модернизации конфигурации сети сотовой связи ОАО «ВымпелКом» в г. Уфе, позволяющие снизить общеплановые (материальные, частотные, финансовые) расходы на 12,7% на всех этапах жизненного цикла проектных решений, включающие проектирование, модернизацию и эксплуатацию указанной системы мобильной связи.

Результаты диссертационной работы внедрены в региональном отделении ОАО «ВымпелКом» г.Уфы, РРТПЦ - филиала ОАО «Башинформсвязь» г. Уфы и в учебном процессе кафедры телекоммуникационных систем УГАТУ.

Апробация работы и публикации. Основные научные и практические результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Международных и Российских научно-технических конференциях и семинарах:

• Всероссийской молодежной научно-технической конференции «Информационные и кибернетические системы управления и их элементы», Уфа, 1995, 1997, 2000 г.

• Десятой и двенадцатой международных конференциях «Системы автоматизированного проектирования и исследования» (SAER 96,98), Варна, Болгария, 1996, 1998 г.

• VII Четаевской конференции «Аналитическая механика, устойчивость и управление движением», КГТУ им. А.Н. Туполева, Казань, 1997г.

• Второй международной научно-технической «Перспективные технологии в средствах передачи информации», Владимир, 1997 г.

• Научно-практической конференции "Проблемы прогнозирования, предотвращения и ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций", Уфа, 2001.

• Научно-техническом семинаре "Устройства синхронизации и формирования сигналов", Нижний Новгород, 2002г.

• Пятой и седьмой международном семинарах «Компьютерные науки и информационные технологии» (CSIT2003, CSIT2005), Уфа, 2003, 2005г.

• Второй научно-технической конференции с международным участием

• «Мехатроника, автоматизация, управление» МАУ'25, Уфа,2005 г.

• 60-й научной сессии, посвященной Дню Радио, Москва, РНТО-РЭС, 2005г.

• С первой по восьмой международной научно-технической конференции «Проблемы техники и технологии телекоммуникаций», Уфа, Самара, 2000-2008 г.

По теме диссертации опубликовано 63 работы, среди них 1 монография, 18 статей (в том числе 12 в рецензируемых журналах из списка ВАК), 45 публикаций в трудах конференций, семинаров, депонированных рукописях.

Структура и содержание работы. Диссертация состоит из введения, шести глав и заключения, изложенных на 329 страницах машинописного текста. Диссертация также содержит библиографический список из 177

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ПО ШЕСТОЙ ГЛАВЕ

1. Путем имитационного моделирования обоснована возможность использования предложенной методологии координированного (вторичного) уплотнения сигналов для повышения пропускной способности многоканальных непрерывных системах передачи изображений. На основе анализа методов имитационного моделирования показана возможность повышения информационной ёмкости в системах телевизионного вещания в 1,3 раза (по сравнению с имеющимися) без существенного изменения или значительной модернизации систем обработки и передачи изображений.

2. Разработан комплекс технических рекомендаций по использованию методов координированного уплотнения в цифровых системах передачи видеоизображений на основе нелинейных преобразований случайных дискретных последовательностей. Разработанные методы координированного уплотнения дискретных сообщений позволяет увеличить пропускную способность каналов передачи изображений цифрового формата в 1,5 раза.

3. На основе структурного инструментария ситуационно-адаптивного планирования выработаны рекомендации по модернизации конфигурации сети сотовой связи ОАО «ВымпелКом» в г. Уфе, позволяющие снизить общие эксплуатационные расходы до 12,7%.

327

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. В целях повышения пропускной способности в многоканальных ТС разработаны методологические основы координированного управления процессами информационного обмена на основе методов вторичного уплотнения сигналов, позволяющих передавать сигналов по общему действующему каналу (каналам) связи. В основе методологии координированного уплотнения сигналов лежит синтез спектральных характеристик неортогональных (в гильбертовом пространстве) сигналов на основе методов решений обратных задач оценивания (фильтрации). Разработанная методология позволяет с единых конструктивных позиций учесть ограничения на степень искажения уплотняемых сигналов с возможностью выделения вторичных сигналов на приемной стороне, сохраняя при этом функциональную целостность каналов передачи базовых сообщений.

2. В целях повышения качества воспроизведения базовых и выделения вторичных уплотняемых сигналов разработаны методы (задачи) коррекции искажений многосвязных систем оценивания в общеканальных трактах сигнального уплотнения многоканальных ТС.

Коррекция искажений динамических статических свойств многоканальных систем оценивания осуществляется с помощью методов замкнутого управления многосвязными объектами. В основе методов синтеза контуров обратной связи многосвязных объектов лежит декомпозиция динамических моделей, при котором многосвязный объект разбивается на несвязанные по входным, либо выходным воздействиям подсистемы. На основе декомпозиционного подхода разработаны методы модального (как с наблюдателем Люинберегера, так и без него) и нелинейного (релейного) управления системами оценивания, позволяющие упростить решение поставленных задач коррекции динамических и статических свойств многоканальных многосвязных систем оценивания.

3. В рамках развития методов координированного управления процессами информационного обмена в многоканальных ТС разработаны алгоритмы вторичного уплотнения на основе нелинейного функционального преобразования случайных дискретных процессов и последовательностей, позволяющие учесть особенности передачи сообщений в цифровых системах многоканальной связи.

4. Предложена концепция координированного (ситуационно-адаптивного планирования) базирующаяся на описании трафиковых процессов с помощью нестационарных географических моделей подвижности трафика нагрузки, позволяющая с единых конструктивных позиций формализовать управление трафиковыми ресурсами информационного обмена. Целью координированного планирования является сбережение (экономия) общеплановых ресурсов и повышения эффективности системы. Данная концепция представляет универсальную совокупность формализованных моделей, оптимизационных методов и алгоритмов, позволяющих прогнозировать развитие ситуаций в системе, осуществлять частотно-территориальное планирование сети в реальном масштабе времени.

5. Предложенные в работе теоретические положения реализованы в виде методического обеспечения и рекомендаций по применению разработанных методов и алгоритмов. К ним относятся:

- на основе методологии координированного уплотнения разработан математический полигон по отработке вторичного уплотнения в системах передачи подвижных и неподвижных изображений. Путем имитационного моделирования показана возможность повышения пропускной способности систем телевизионного вещания в 1,3-1,4 раза (по сравнению с имеющимися) без существенного изменения (или значительной модернизации) систем обработки и передачи изображений.

- на основе структурного инструментария ситуационно-адаптивного планирования выработаны рекомендации по модернизации конфигурации сети сотовой связи ОАО «ВымпелКом» в г. Уфе, позволяющие снизить общеплановые (материальные, частотные, финансовые) расходы до 12,7% на всех этапах жизненного цикла системы.

330

1. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. - М.: Наука, 1976. - 543 с.

2. Андреев Ю.Н. Управление конечномерными линейными объектами.- М.: Наука, 1976. -424с.

3. Антомонов Ю.Г. Синтез оптимальных систем. — Киев: Наукова Думка, 1972. 320 с.

4. Атанс М.Ф., Фалб П. Оптимальное управление. М.: Машиностроение, 1968. -764 с.

5. Бабков В.Ю., Вознюк М.А., Михайлов П.А. Сети мобильной связи. Частотно-территориальное планирование. СПб.: СПбГУТ, 2000. - 196 с.

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

7. Баева H.H., Гордиенко В.Н., Курицын С.А. и др. Многоканальные системы передачи: учебник для вузов: под ред. Баевой H.H., Гордиенко В.Н. -М.: Радио и связь, 1997. 560 е.: ил.

8. Баранчук Е.И. Взаимосвязанные и многоканальные регулируемые системы. Л./ Энергия. 1968г.

9. Басакер Р., Саати Т. Конечные графы и сети. М.: Наука, 1978. - 366 с.

10. Беллман Р. Введение в теорию матриц. -М.: Наука, 1979. -320 с.

11. Беллман Р. Прикладные задачи динамического проектирования. Перевод под ред. А.П. Первозванского. -М.: Наука, 1965.

12. Бесекерский В. А., Попов Е.П. Теория систем автоматического регулиования. -М.: 1975. -768 с.

13. Бесекерский В.А. Цифровые автоматические системы. М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1976.- 576с.

14. Бесекерский В.А., Изранцев В.В. Системы автоматического управления с микроЭВМ. — М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1987.- 320с.

15. Берж К. Теория графов и ее применения. М: ИЛ, 1962. - 319 с.

16. Болтянский В.Г. Математические методы оптимального управления. —М.: Наука, 1969. -408 с.

17. Ван Трис Г. Теория обнаружения, оценок и модуляции. -М.: Советское радио, Т. 1,2,3, 1975.

18. Варакин Л.Е. Системы связи с шумоподобными сигналами. М.: Радио и связь, 1985. -384с.

19. Васильев В.И., Гусев Ю.М., Ефанов В.Н., Крымский В.Г. Многоуровневое управление динамическими объектами. — М.: Наука, 1987. — 309 с.

20. Воронов A.A. Введение в динамику сложных управляемых систем. -М.: Наука, 1985. -352 с.

21. Вентцель Е.С. Теория вероятностей М.: Высшая школа, 2002 - 575 с.

22. Вопросы снижения шума винта-вентилятора. / Техническая информация ЦАГИ, №8, 1981.

23. Воронов A.A. Устойчивость, управляемость, наблюдаемость. -М.: Наука, 1979. -336 с.

24. Воронов A.A. Основы теории автоматического управления. Ч. III. -Л.: Энергия, 1970. -346 с.

25. Гантмахер Ф.Р. Теория матриц. -М.: Наука, 1967. -575 с.

26. Гатт У. Теория графов. -М.: Мир, 1988. 424с.

27. Гитлиц М.В., Лев А.Ю. Теоретические основы многоканальной связи. — М.: Радио и связь, 1985. 245с.

28. Гольденберг Л.М. Цифровая обработка сигналов. М.: радио и связь, 1990.

29. ГОСТ 7845-92. Система вещательного телевидения. Основные параметры. Методы измерений. Комитет стандартизации и метрологии СССР. М., 1992.-35 с.

30. ГОСТ 50822-95. Система «ТВ-ИНФОРМ». Основные параметры. Госстандарт России. М., 1996. 11 с.

31. Грибунин В.Г. Цифровая стеганография/ В.Г. Грибунин.-М.: СОЛОН-Пресс, 2002. 272 с.

32. Громаков Ю. А. Стандарты и системы подвижной связи. М.: Эко-трендз, 1997.- 238 с.

33. Гуревич О.С., Гольберг Ф.Д., Селиванов О.Д. Интегрированное управление силовой установкой многорежимного самолета. -М.: Машиностроение. 1994. -304 с.

34. Джон М. Смит Математическое и цифровое моделирование для инженеров и исследователей; пер. с англ. Н.П. Ильиной; под ред. O.A. Чембровского. -М.: Машиностроение, 1980.-271 с.

35. Дмитриев А.Я. Повышение информативности телевизионного радиоканала / А.Я. Дмитриев//Техника кино и телевидения, 1998, № 3. С. 41 -44.

36. Дмитриев А.Я. Об использовании в телевидении радиоволн разной поляризации / А.Я. Дмитриев//Материалы НТК ЛЭИС. Л.: ЛЭИС, 1968. Вып. 1,2. С. 129-133.

37. Деруссо П., Рой Р., Клоуз Н. Пространство состояний в теории управления. -М.: Наука, 1970.

38. Евтушенко Ю.Г. Методы решения экстремальных задач и их применение в системах оптимизации. М.: Наука, 1982. -457с.

39. Закиров З.Г., Надеев А.Ф., Файзуллин P.P. Сотовая связь стандарта GSM. М.: Эко-трендз, 2004. - 264 с.

40. Зингеренко A.M., Баева H.H., Тверецкий М.С. Системы многоканальной связи. М.:Связь,1980.- 439с.

41. Зубарев Ю.Б., Кривошеев М.И., Прокофьев Ю.А., Сарьян В.К., Боловинцев Ю.М. «ТВ-Информ»: оператор связи, разработчик и производитель оборудования в одном лице // Сети № 3-4, 1996. С. 62-66.

42. Зыков A.A. Основы теории графов. М.: Наука, 1987. -380с.

43. Зюко А.Г., Кловский Д.Д., Коржик М.В. Теория электрической связи: учебник для вузов. Радио и связь, 1998. - 432 с.

44. Иванов В.А., Фалдин Н.В. Теория оптимальных систем автоматического управления. -М.: Наука, 1981. -331 с

45. Иванов В.А., Медведев B.C., Чемоданов Б.К., Ющенко A.C. Математические основы теории автоматического регулирования. М.: Высшая школа, 1977 в 2-х томах.

46. Изерман Р. Цифровые системы управления. -М.: Мир, 1984. -541 с.

47. Ильин В.А., Позняк Э.Г. Аналитическая геометрия. М.: Наука, 1999.224 с.

48. Ильясов Б.Г., Миронов В.В., Юсупова Н.И. Иерархические модели процессов управления: описание, интерпретация и лингвистическое обеспечение. Уфа: изд. УГАТУ - 152 с.

49. Интегральные системы автоматического управления силовыми установками самолетов/ Под ред. A.A. Шевякова. М.: Машиностроение, 1983. -283 с.

50. Кабальнов Ю.С., Кузнецов И.В., Маргамов А.В. Координированное управление многосвязными объектами // VII Международная научно-техническая конференция, Самара, 2006, 204-206 с.

51. Кабальнов Ю. С., Кузнецов И. В. Синтез модального управления многосвязным объектом // Изв. Вузов. Приборостроение. 1999. Т. 42, № 3-4. с. 16-19.

52. Кабальнов Ю. С., Кузнецов И. В. Синтез наблюдателя Льюинбергера для многосвязной системы управления // Изв. Вузов. Приборостроение. 2001. Т. 44, №5. с. 19-23.

53. Кабальнов Ю. С., Кузнецов И. В. Синтез законов управления процессом синхрофазирования винтов ТВВД с помощью принципа максимума Л.С. Понтрягина // Изв. Вузов. Авиационная техника. 1997. №3. с.64-70.

54. Кабальнов Ю. С., Кузнецов И. В. Анализ статической точности линейных многосвязных систем автоматического управления// Изв. Вузов. Приборостроение. 1995. Т38, №11-12, с.23-25.

55. Кабальнов Ю. С., Кузнецов И. В. Модальное управление многосвязным объектом / Деп. научн. работа в ВИНИТИ 22.05.96, № 1649-В96,М.-13с.

56. Кабальнов Ю.С., Кузнецов И.В. Повышение пропускной способности систем информационного обмена летательных аппаратов// Авиакосмическое приборостроение. N7, 2003.- С.42-45.

57. Карманов В.Г. Математическое программирование. -М.: Наука,1986. — 286 с.

58. Карташевский В.Г., Семёнов С.Н., Фирстова Т.В. Сети подвижной связи. -М.: Эко-трендз, 2002.- 299 с.

59. Клюев A.C., Колесников A.A. Оптимизация автоматических систем управления по быстродействию. М.: Энергоиздат, 1982 -239 с.

60. Комиссаров A.M., Кузнецов И.В., Султанов А.Х. Модификация алгоритма адаптивной маршрутизации в корпоративных сетях передачи данных на основе вероятностного подхода// Инфокоммуникационные технологии, Том 1,№4, 2005., с. 35-38.

61. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. Определения, теоремы, формулы. -М.: Наука, 1984. -831 с.

62. Кривошеев М.И., Красносельский H.H. Об использовании цифрового канала на дополнительной несущей в системе вещательного телевидения// Электросвязь № 5, 1994. С. 14-16.

63. Кристофидес Н. Теория графов. Алгоритмический подход. М.: Мир, 1978.-432 с.

64. Красильников H.H. Теория передачи и восприятия изображений. -М.: Радио и связь, 1986. 248 с.

65. Красовский A.A., Поспелов Г.С. Основы автоматики и технической кибернетики. М.: Госэнергоиздат, 1963. -600 с.

66. Кузнецов И.В. Синтез релейных законов управления процессом синхрофазирования винтов ТВВД: Спец. 05.13.41 Системы управления и обработки информации: Диссерт. на соискание ученой степени к.т.н. - Уфа: УГАТУ, 1997.-150с.

67. Кузнецов И.В., Кабальнов Ю.С.,Гузаиров P.M. К выбору оптимальной конфигурации сети управляющих вычислительных машин// Перспективные технологии в средствах передачи информации: Тез. докл. 2-й Междунар. науч. техн. конф. -Владимир, 1997. -С. 137-140.

68. Кузнецов И.В., Блохин В.В., Султанов А.Х. О некоторых задачах координированного управления радиоресурсами систем мобильной связи// 7Сборник каф. ПЭ, посвященной 40-тию кафедры. 2007, (принята в печать).

69. Кузнецов И.В., , Блохин В.В., Султанов А.Х. Оптимизация конфигурации транспортной сети мобильной связи структурными методами// Инфокоммуникационные технологии, Том 5, №1, 2007, с. 25-33.

70. Кузовков Н.Т. Модальное управление и наблюдение устройства. М.: Машиностроение, 1976. -184 с.

71. Куликов Ю.П., Пушкин В.М., Скворцов Г.И. Основы передачи дискретных сообщений М.: Радио и связь, 1992.

72. Кусимов С.Т., Султанов А.Х., Багманов В.Х., Крымский В.Г. Моделирование и обработка изображений в оптических системах космического видения. — М.: Наука, 1999.- 208 с.

73. Ланкастер П. Теория матриц. Пер. с англ. -М.: Наука, 1982. -272 с.

74. Лейтман Дж. Введение в теорию оптимального управления. —М.: Наука, 1968. -190 с.

75. Ли У.К. Техника подвижных систем связи. М.: Радио и связь, 1985. -391 с.

76. Математические основы теории автоматического управления. Под ред. Проф. Б.К. Чемоданова. М.: Высшая школа, 1971. -808 с.

77. Мееров М.В. Системы многосвязного регулирования. -М.: Наука, 1965. -384 с.

78. Мееров М.В., Литвак Б.Л. Оптимизация систем многосвязного регулирования. -М.: Наука, 1972. -344 с

79. Мирошник И.В. Согласованное управление многоканальными системами. -Л.: Энергоатомиздат, 1990, 160 с.

80. Мирошник И.В., Никифоров В.О. Фрадков А.Л. Нелинейное и адаптивное управление сложными динамическими объектами. -СПб.: Наука, 2000, 549 с.

81. Морозовский В.Т. Многосвязные системы автоматического регулирования. -М.: Энергия, 1970. -288 с.

82. Нефедов В.Н., Осипова В.А. Курс дискретной математики. -М.: Издательство МАИ, 1992. 264 с.

83. Нефедов В.Н. Алгоритмический подход к решению задач теории графов и сетей. -М: Издательство МАИ, 1980.

84. Олейников В.А., Зотов Н.С., Пришвин A.M. Основы оптимального и экстремального управления. -М.: Высшая школа, 1969. -296 с.

85. Оптимизация многомерных систем управления газотурбинных двигателей летательных аппаратов / Под общей ред. A.A. Шевякова и Т.С. Мартьяновой. -М.: Машиностроение, 1989. -256 с.

86. Ope О. Теория графов. М.: Наука, 1980.- 336 с.

87. Отчет по разработке и испытаниям экспериментального образца системы синхрофазирования воздушных винтов на самолете Ан-10А. Организация п/я 4 1962.

88. Понтрягин Л.С., Болтянский В.Г., Гамкрелидзе Р.В., Мищенко Е.Ф. Математическая теория оптимальных процессов. -М.: Наука, 1983. -392 с.

89. Прокис Д. Цифровая связь; пер. с англ.; под ред. Кловского Д.Д. М.: Радио и связь, 2000. - 800 с.

90. Рабинер Л.Р. Скрытые марковские модели и их применение в избранных приложениях при распознавании речи//ТИИЭР, т. 77, №2, февраль 1989.

91. Рабинович Л.В. Методы фазовой плоскости в теории релейных следящих систем. М.: Энергия, 1965 -152 с.

92. РД 45.162-2001. Ведомственные нормы технологического проектирования. Комплексы сетей сотовой и спутниковой подвижной связи общего пользования. — М.: Институт сотовой связи, 2001.

93. Рекомендации МКРР. 1990. Т1, Рек. 328.

94. Рекомендации МКРР. 1990. ТУ, Рек. 310-7.

95. Рекомендации МКРР. 1990. ТУ, Рек. 453-2.

96. Ройтенберг Я.Н. Автоматическое управление. -М.: Наука, 1978. -552 с.

97. Самойлов В.Ф. Основы цветного телевидения. М.: Радио и связь, 1983.- 160 с.

98. Свами М.Н., Тхуласираман К. Графы, сети и алгоритмы. М.: Мир, 1984. - 454с.

99. Свешников А.Г., Тихонов А.Н. Теория функций комплексной переменной. -М.: Наука-Физматлит, 1999. 315с.

100. Седов С.А. Индивидуальные видеосредства: телеантенны, телевизоры, видеомагнитофоны, видеопроигрыватели, видеодиски: справоч. пособие . -К.: Наукова Думка, 1990.- 752 с.

101. Сергиенко А.Б. Цифровая обработка сигналов: учебник для вузов. -СПб.: Питер, 2003. 608 с.

102. Скляр Б. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение, 2-е изд. М.: изд. дом «Вильяме», 2003.- 1104 е.: ил.

103. Смирнов А.Д. Архитектура вычислительных систем. М.: Наука, 1990.- 320 с.

104. Смольников Л.П. Синтез квазиоптимальных систем автоматического управления. -Л.: Энергия, 1967. -168 с.

105. Соболев О.С. Однотипные связанные системы автоматического регулирования. -М.: Энергия, 1973, 135 с.

106. Сосулин Ю.Г. Теория обнаружения и оценки стохастических сигналов. -М.: Советское радио, 1978. 320 с.

107. Сосулин, Ю.Г., Фишман М.М. Теория последовательных решений и её применения. — М.: Радио и связь, 1985.- 272 с.

108. Софии В.А., Борзяк М.Д. Отчет №63-36 предпиятия п/я 12. Снижение шума методом синхрофазирования воздушных винтов на объекте 10 Б, 1963.

109. Султанов A.A., Кузнецов И.В., Блохин В.В. Сигнальные и структурные методы повышения информационной емкости телекоммуникационных систем. М.: Радио и связь, 2006.- 325 с.

110. Султанов А.Х., Кабальнов Ю.С., Кузнецов И.В., Городецкий И.И. Определение характеристик вторичного канала связи в системах передачи изображений // Известия высших учебных заведений. Приборостроение. 2003, №1-С. 12-16.

111. Султанов А.Х., Кузнецов И.В., Жданов P.P. Оптимизационный метод синтеза спектральных характеристик вторичных сигналов многоканальной многомерной телекоммуникационной системы// Инфокоммуникационные технологии, Том 4, №2, 2006, с. 48-54.

112. Султанов А.Х., Кузнецов И.В., Городецкий И.И. Синтез вторичного канала связи аналоговой телекоммуникационной системы в частотной области// Радиотехника и электроника, 2004, Т. 49, №7, С.817-823.

113. Султанов А.Х., Кузнецов И.В., Городецкий И.И. Обработка сигналов в системах связи. Лабораторный практикум по курсу «Теория электрической связи», Издательство УГАТУ. 2003, -104с.

114. Техническое задание № 15453 на разработку электронного регулятора ЭСУ-34. -П/я А-3009, 1988. ДСП.

115. Техническая кибернетика. Теория автоматического регулирования. Книга 1 — 770 е., книга 2 — 682 е., книга 3, ч. 1, ч. 2 964 с. Колл. авторов. Под ред. д-ра техн. наук, проф. В.В. Солодовникова. -М.: Машиностроение, 1967, 1969.

116. Тихонов В.И. Статистическая радиотехника. М.: Радио и связь, 1982. -624 с.

117. Тихонов В.И. Нелинейные преобразования случайных процессов. М.: Радио и связь, 1986. - 295 с.

118. Убайдулаев P.P. Волоконно-оптические сети. М.: «Эко-Трендз», 2000.268 с.

119. Уонем М. Линейные многомерные системы управления. Геометрический подход. -М.: Наука, 1980. -376 с.

120. Фельдбаум A.A. Основы теории оптимальных автоматических систем. — М.: Наука, 1966.-623 с.

121. Фельдбаум A.A. Электрические системы автоматического регулирования,- М.: Оборонгиз, 1954.

122. Финк Л.М. Теория передачи дискретных сообщений. М.: Советское радио, 1970. - 727 с.

123. Финки Д. Введение в теорию планирования экспериментов.- М.: Наука, 1970. 287 с.

124. Харари Ф. Перечисление графов. М.:Мир, 1977. - 324 с.

125. Цейтлин Я.М. Проектирование оптимальных линейных систем. Л.: Машиностроение, 1973. - 240с.

126. Цыпкин Я.З. Адаптация и обучение в автоматических системах. -М.: Наука, 1968, 400 с.

127. Цыпкин Я.З. Теория релейных систем. М.: Гозтехиздат, 1955.

128. Шелухин О.И., Тенякшев A.M., Осин А.В. Фрактальные процессы в телекоммуникациях. -М.: Радиотехника, 2003.- 480 с.

129. Ширяев А.Н. Вероятность. М.: Наука, 1989. - 640 с.

130. Шорин, О.А. Методы оптимального распределения частотно-временного ресурса в системах подвижной связи: автореф. дисс. на соискание учёной степени д-ра техн. наук, МТУ СИ, 2006.

131. Янушевский Р.Т. Теория линейных оптимальных многосвязных систем управления. -М.: Наука, 1973. -464 с.

132. Amtliches Topographisches Kartographisches Informations System (in German); Bavarian land survey office, Munich, FRG, 1991.

133. Blohin V.V., Kuznetsov I.V., Sultanov A.H. Structural method of optimal frequency programming of mobile network// Computer Science and Information Technologies: Proceedings of the 7- CSIT2005. Уфа: УГАТУ, 2005, т.З, - С. 250-253.

134. Box F. A heuristic Technique for Assigning Frequencies to Mobile Radio Networks// IEEE Transaction on Vehicular Technology, VT-27(2): 57-64, 1978.

135. Chlebus E. Analytical grade of service evaluation in cellular mobile systems with respect to subscriber' velocity distribution// In Proc. 8th Australian Teletraffic Research Seminar, pages 90-101, 1993.

136. ETSI EN 300 163. Television systems; NICAM-728: transmission of two-channel digital sound with terrestrial television systems B, G, H, I, K\ and L. 1998. -24 p.

137. El-Dolil A., Wong W.-C. and Steele R. Teletraffic performance of highway micro-cell with overlay macrocell. IEEE Journal on Selected Areas in Communications, 7(l):71-78, January 1989.

138. Foschini G.J., Gopinath В., Miljanic Z. Channel cost of mobility// IEEE Transactions on Vehicular Technology, 42(4):414-424, November, 1993.

139. Hong D. and Rappaport S.S. Traffic model and performance analysis for cellular mobile radio telephone systems with prioritized and nonprioritized handoff procedures. IEEE Transactions on Vehicular Technology, VT-35(3): 77-92, August 1986.

140. Huang, X.D., Ariki Y., M.A. Jack M.A. Hidden Markov Models for Speech Recognition. Edinburgh University Press, 1990, 275 p.

141. Kabalnov Y.S., Kuznetsov I.V. Modal control of multivariable object// 10 th International Conference Systems for automation of engineering and researh", Varna (Boulgaria), 1996. p - 57-61

142. Kabalnov Y.S., Kuznetsov I.V., Verholanstev S.V. Choice of an optimal configuration of the network managing computers// 12 th International Conference "Systems for automation of engineering and researh", Varna (Boulgaria), 1998. -p.-73-77.

143. Kuznetsov I.V.The Inverse Direct Optimal Method of Kalman-Bucy Filtration Application for Additive Hidden Channel Characteristics Synthesis // CSIT'2003 Computer Science and Information Technologies,T2 conference.- p. 189-194

144. Leung К.К., Massey W.A., Whitt W. Traffic models for wireless communication networks// IEEE Journal on Selected Areas in Communications, 12(8):1353-1364, October, 1994.

145. Tutschku К., Leskien Т. and Tran-Gia P. Traffic estimation and characterization for the design of mobile communication networks. In COST 257TD(97)47, 1997.

146. Rabiner L.R., Young B-H. Fundamentals of the speech recognition // Prentice Hall, Englewood Cliffs, NJ, 1993.

147. Www.leader.cs.msu/TukyHMMrus.html

148. Www.spirit.ru/articles/asr.html.

149. Многоуровневое управление динамическими объектами/ В.И. Васильев, Ю.М. Гусев, В.Н. Ефанов, В.Г. Крымский, В.Ю. Рутковский, В.А. Семеран. Под ред. В.Ю. Рутковского и С.Д. Землякова. М.:Наука, 1987. 309с.

150. Проектирование систем автоматического управления газотурбинных двигателей/ Ю.М. Гусев, Н.К. Зайнашев, А.И. Иванов, Б.Г. Ильясов, Б.Н. Петров, Б.А. Черкасов. Под ред. Б.Н. Петрова. М.: Машиностроение, 1981. 399с.

151. Кузнецов И.В. Вторичное уплотнение дискретных последовательностей на основе бинарных функциональных преобразований // Инфокоммуникационные технологии, Т.4, №3, 2008, с. 27-31.