автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Оптимизация высот подвеса и характеристик направленности антенн на многоинтервальных цифровых РРЛ с двухчастотными планами

На правах рукописи

САРТБАЕВ

ДжаныкулАнаурбекович

ОПТИМИЗАЦИЯ ВЫСОТ ПОДВЕСА И ХАРАКТЕРИСТИК НАПРАВЛЕННОСТИ АНТЕНН НА МНОГОИНТЕРВАЛЬНЫХ ЦИФРОВЫХ РРЛ С ДВУХЧАСТОТНЫМИ ПЛАНАМИ

Специальность 05.13.01 Системный анализ, управление и обработка информации

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт - Петербург 2004

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном университете телекоммуникаций им. проф. МА Бонч-Бруевича на кафедре радиотехнических систем

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор О.С. Данилович

Официальные оппоненты: доктор технических наук В.М. Минкин

кандидат технических наук А.В. Тюкаев

Ведущая организация - Военный университет связи (ВУС)

Защита диссертации состоится

« #

2004 г. в

на заседании

диссертационного совета К.219.004.01 при Санкт-Петербургском государственном университете телекоммуникаций им. проф. МА. Бонч-Бруевича по адресу: 191186, Санкт-Петербург, наб. р. Мойки, 61, аудитория 413.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан

УЖ» М

г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, доцент

В.Х. Харитонов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ'

Актуальность проблемы. Цифровые радиорелейные линии (ЦРРЛ) являются важной составной частью современных сетей связи. При этом они имеют ряд достоинств в сравнении с кабельными, в том числе, волоконно-оптическими линиями связи. Основными из этих достоинств являются: высокая надежность линейного тракта, экономическая эффективность, особенно в тех условиях, когда не требуется очень большая пропускная способность линии (до 155 Мб/с), слабая зависимость от топографических и климатических условий, возможность использования антенных опор ЦРРЛ для организации подвижной связи и телевизионного вещания вдоль линии и др.. Что касается качественных показателей ЦРРЛ, то в соответствии с новыми рекомендациями Международного союза электросвязи они должны быть такими же, как на любых кабельных линиях.

Показатели качества передачи информации на ЦРРЛ, а также затраты на строительство новых и реконструкцию существующих линий в значительной степени определяются качеством их расчета на этапе проектирования. В условиях нормирования качественных показателей целью оптимизации проектных решений является минимизация ожидаемых затрат на строительство (реконструкцию) и техническую эксплуатацию проектируемых ЦРРЛ при непременном выполнении существующих требований к показателям качества. При этом наибольшие трудности при оптимизации проектных решений в процессе проектирования ЦРРЛ связаны с необходимостью учета влияния внутрисистемных мешающих сигналов различного происхождения.

Учитывая, что наибольшая эффективность использования частотного ресурса на радиорелейных сетях достигается в случае двухчастотных планов распределения частот радиоканалов, наиболее важными являются задачи оптимизации построения цифровых РРЛ с двухчастотными планами. В наибольшей степени это относится к традиционным наиболее перегруженным диапазонам частот (примерно до 15 ГГц). Для многоинтервальных ЦРРЛ с линейными трассами, работающих по двухчастотным планам, основным видом внутрисистемных мешающих сигналов являются мешающие сигналы обратного направления (МСОН). Влияние МСОН, как и большинства других мешающих сигналов, приводит к деградации порогового уровня принимаемых сигналов (порога приемника) и соответствующей деградации запасов на замирания на интервалах ЦРРЛ.

При решении задач оптимального построения многоинтервальных ЦРРЛ с учетом влияния МСОН такие характеристики, как мощности передатчиков, высоты подвеса антенн и характеристики направленности антенн, относящиеся к разным интервалам, оказываются взаимно зависимыми. Это обуславливает необходимость совместного анализа характеристик всех интервалов, входящих в состав рассматриваемой многоинтервальной ЦРРЛ.

До последнего времени в литературе не рассматривались задачи оптимизации многоинтервальных ЦРРЛ с

тике проектирования ЦРРЛ указанные задачи решались эвристически на основе опыта проектировщиков. И лишь в последнее время были получены решения некоторых частных задач оптимизации построения многоинтервальных ЦРРЛ с учетом влияния МСОН : задач оптимизации выбора уровней мощности передатчиков и антенн, а также задачи совместной оптимизации указанных характеристик. Следует отметить, что все эти задачи решены в предположении наличия ограничений на качественные показатели отдельных интервалов.

В то же время еще не решены такие важные задачи оптимизации построения многоинтервальных ЦРРЛ с учетом МСОН, как задача оптимизации выбора высот подвеса антенн и задача совместной оптимизации высот подвеса и характеристик направленности антенн. От эффективности решения этих задач зависят не только показатели качества ЦРРЛ, но и необходимые высоты антенных опор и соответствующие затраты на их сооружение, а также суммарная стоимость антенн на линии. Не решены также задачи оптимизации выбора энергетических характеристик радиорелейного оборудования при наличии ограничений на качественные показатели многоинтервальных участков ЦРРЛ или всей линии.

В практике проектирования строящихся и особенно реконструируемых многоинтервальных ЦРРЛ часто встречаются ситуации, когда имеют место дополнительные неформальные или трудно формализуемые условия. Причинами подобных ограничений могут быть, например, электромагнитная обстановка в регионе или конструктивные особенности используемых антенных опор. В этих условиях наряду с оптимальным решением рассматриваемой задачи желательно иметь еще несколько ранжированных лучших ее решений, чтобы у проектировщика была возможность реального выбора. Задачи оптимизации построения ЦРРЛ в условиях влияния МСОН и наличия дополнительных неформальных (или трудно формализуемых) ограничений также пока не имеют решения.

Предмет исследования. Предметом исследования является оптимизация выбора высот подвеса и характеристик направленности антенн на многоинтервальных цифровых РРЛ с учетом влияния внутрисистемных помех от сигналов обратного направления.

Цель и задачи исследований. Целью диссертационной работы является разработка эффективных методов оптимизации выбора высот подвеса и характеристик направленности антенн на многоинтервальных цифровых РРЛ на основе системного подхода с учетом влияния МСОН и возможного наличия дополнительных неформальных ограничений.

Поставленная цель предусматривает решение следующих основных задач:

- оптимизация высот подвеса антенн на многоинтервальных ЦРРЛ с учетом влияния МСОН;

- совместная оптимизация высот подвеса и характеристик направленности антенн на многоинтервальных ЦРРЛ с двухчастотными планами;

- оптимизация характеристик направленности антенн при наличии ограничений на качественные показатели всей линии или многоинтервальных участков;

- нахождение нескольких ранжированных лучших решений при оптимизации характеристик направленности антенн;

- применение полученных теоретических результатов для оптимизации построения реальных многоинтервальных цифровых РРЛ, входящих в сеть связи Республики Казахстан.

Методы исследований. При проведении исследований использовались методы теории вероятностей и математической статистики, а также методы дискретной оптимизации, основанные на принципах системного подхода и идеологии динамического программирования.

Прикладное программное обеспечение, необходимое для моделирования многоинтервальных участков ЦРРЛ и проведения вычислительных экспериментов, разработано на языке программирования Visual Basic.

Научная новизна работы в целом состоит в решении задач оптимизации высот подвеса и характеристик направленности антенн на многоинтервальных цифровых РРЛ с учетом влияния МСОН и возможного наличия дополнительных неформальных ограничений. При этом были получены следующие новые научные результаты.

1. Решена задача оптимизации высот подвеса антенн на многоинтервальных ЦРРЛ с двухчастотными планами.

2. Решена задача совместной оптимизации высот подвеса и характеристик направленности антенн на многоинтервальных ЦРРЛ с двухчастотными планами.

3. Решены задачи оптимизации характеристик направленности антенн на многоинтервальных ЦРРЛ разных диапазонов частот с учетом влияния МСОН и наличия несепарабельных ограничений на суммарные качественные показатели, относящиеся ко всей рассматриваемой линии.

4. Решена задача нахождения нескольких ранжированных лучших решений при оптимизации характеристик направленности антенн на многоинтервальных ЦРРЛ с учетом МСОН.

Практическая ценность. Фактически все полученные в диссертационной работе результаты имеют явно выраженную практическую направленность.

При этом разработанные алгоритмы оптимизации высот подвеса антенн, характеристик направленности антенн и совместной оптимизации высот подвеса и характеристик направленности антенн, а также разработанные на их основе прикладные программы могут быть использованы как в существующих, так и в разрабатываемых системах автоматизированного проектирования ЦРРЛ.

Полученные в диссертации результаты оптимизации построения реальных многоинтервальных участков цифровых РРЛ, входящих в сеть связи Республики Казахстан, могут быть непосредственно использованы при их проектировании.

Реализация и внедрение результатов исследований. Результаты работы используются в Региональном предприятии № 1 Радиотехнического объединения Казактелеком, в ОАО Типросвязь СПб" (С-Петербург) и в ЗАО "Радиан" (С-Петербург) при выполнении расчетов цифровых РРЛ различного назначения, а также в учебном процессе в СПбТУТ им. проф. М.А Бонч-Бруевича, что подтверждается соответствующими актами внедрения.

Апробация результатов работы. Результаты диссертации обсуждались и были одобрены: на Восьмой Международной конференции по информационным сетям, системам и технологиям. МКИССиТ, С-Петербург, 16-19 сентября 2002 г., на Международной конференции "Телекоммуникационные и информационные технологии. Состояние и проблемы развития", Бишкек, 2001 г., на научно-технических конференциях профессорско - преподавательского состава, научных работников и аспирантов СПбГУТ им. проф. М.А. Бонч-Бруевича в 2003 и 2004 гг., а также на 56-й научно-технической конференции студентов и аспирантов СПбГУТ в 2002 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ, в том числе 4 статьи в научных журналах, 2 доклада на Международных конференциях, остальные 4 - тезисы докладов на научно-технических конференциях.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, заключения, списка использованных литературных источников и приложения. Работа содержит 136 страницы текста, 13 рисунков, 5 таблиц и список литературы из 81 наименования.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Математическое обеспечение для решения частично сепарабельной задачи оптимизации высот подвеса антенн на многоинтервальных ЦРРЛ с двухчас-тотными планами.

2. Математическое обеспечение для решения частично сепарабельной задачи совместной оптимизации высот подвеса и характеристик направленности антенн на многоинтервальных ЦРРЛ с двухчастотными планами.

3. Математическое обеспечение для решения задачи оптимизации характеристик направленности антенн на многоинтервальных ЦРРЛ с двухчастотными планами при наличии несепарабельных ограничений на суммарные качественные показатели, относящиеся ко всей рассматриваемой линии.

4. Математическое обеспечение для нахождения заданного числа ранжированных лучших решений задачи оптимизации характеристик направленности антенн.

5. Результаты оптимизации построения реальных многоинтервальных участков цифровых РРЛ, входящих в сеть связи Республики Казахстан.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цель и основные задачи работы, перечислены ее основные научные

результаты, приведены сведения об апробации этих результатов и представлены основные положения, выносимые на защиту.

В первом разделе рассматривается решение задачи оптимального выбора высот подвеса антенн и соответствующих высот антенных опор на многоинтервальной ЦРРЛ с учетом влияния МСОН.

Для того, чтобы записать математическую модель рассматриваемой задачи, введем следующие обозначения:

N - число интервалов на рассматриваемой многоинтервальной ЦРРЛ;

п - номер интервала, п = \,Ы ;

ц'Ц' - пара высот антенн (ПВА) на л-ом интервале;

<»{,"'' - дискретное множество априорно возможных (ПВА) на «-ом интервале; /¿"Ч^/Г'1!?«') > " = 2,^ , - затраты, относящиеся к п-ой опоре (левой опоре на п-ом интервале) и зависящие от типа этой опоры и высот подвеса правой антенны на (и- 1)-ом интервале и левой антенны на и-ом интервале; /н'(Чи') и /н"ч(ч'н') ' соответственно затраты, относящиеся к крайним опорам: 1-ой и (ЛГ+1);

С» = ^я*'} " возможная упорядоченная последовательность ПВА

(УП-ПВА) на 1,2,..., .ТУ-оминтервалах;

-дискретное множество возможных УП-ПВА на всей Р Р

- относительный просвет на интервале в условиях средней

рефракции радиоволн, соответствующий ПВА ( g -среднее значение градиента диэлектрической проницаемости тропосферы ¿"для худшего сезона);

- максимально допустимая величина дифракционных потерь без учета влияния МСОН, равная запасу на замирания на интервале ¿сЧЯо"';9«"') - дифракционные потери при субрефракции (g = gj¡'}:) для q^■¡¡> \

, - деградация запаса на замирания на интервале, зависящая от пары высот антенн на и-ом интервале и пар высот антенн на обоих соседних интервалах: (и-1)-ом (и+-1)-ом, Б;

- соответственно деградация запасов на замирания на 1-ом и интервалах.

С учетом введенных обозначений математическая модель рассматриваемой задачи может быть записана следующим образом :

требуется найти такую (УП-ПВА) ()'н , Для которой суммар-

ные затраты на все опоры и фидерные тракты

, «-2.ЛГ-1) ; (5)

Частично сепарабельная задача (1)... (6) решается в три этапа.

На первом этапе для каждого интервала отбираются условно допустимые

ПВА, удовлетворяющие условиям : (2). (3) и _

Д£Й)(£О0;?Я,)>О , и- 1.лг, (7)

в результате чего формируются множества ПВА п = 1,Л^.

На втором этапе формируется массив исходных данных, характеризующих дополнительные потери распространения для МСОН. С этой целью для всех пар интервалов вычисляются матрицы дополнительных потерь на интервалах распространения МСОН для правых и левых антенн: ,

На третьем этапе решается собственно задача оптимизации, математическая модель которой определяется целевой функцией (1), условием д},"' е а>%г, л = и функциями - ограничениями (4)... (6), в которых используются найденные на первом этапе значения

Учитывая сепарабельный характер рассматриваемой задачи и возможность большой размерности, для ее решения целесообразно использовать метод динамического программирования.

Функциональное уравнение динамического программирования в рассматриваемом случае имеет вид:

=/Г^ГЧеГ);?гг(ег)]+' (8)

В (8) использованы следующие обозначения:

={Ян};чТ"} - УП-ПВА д'н"> и на л-ом и(и*-4}гомр валах;

- условно минимальные суммарные затраты на опоры : 0^2,0„„......Ом,| при фиксированном С?™', д'"'1 (&»'"') - ПВА, входящая в состав - ПВА, образующая совместно с допустимую УП-ПВА 0$"'', Ян*1г(0%'">)- условно оптимальная ПВА на (л+2)-ом интервале при фиксированном - суммарные затраты на опоры: при ф и к с и р и ; /н*г'[чТХ>(£>'н");Чн*1Г(&н*')] - затраты на опору От1 , соответствующие ПВА я^Ж1") и чГгг«£")\

Р<н*УГ[ч'н*Х)(0.'н*')'>с1<н*2Г(О.'^*')] - условно минимальное значение суммарной стоимости антенных опор , соответствующее ПВА д'^^Он"') и

я'н*2г( 0.н*') и вычисленное на предшествующем шаге условной оптимизации.

Безусловно оптимальная УП-ПВА на всей РРЛ (2« = 19/Гг} оп-

ределяется на последнем шаге процесса оптимизации из условия:

^ «э;)=)]+л1' [.Ji;' •>); сеьзл>)]+cei,1"))

(9)

В соответствии с описанным алгоритмом на языке Visual Basic разработана программа " МСОН-В " для автоматического выбора оптимальной УП-ПВА с использованием персонального компьютера и операционной системы Windows.

Применение метода динамического программирования позволяет резко сократить объем вычислений в сравнении с методом простого перебора вариантов решения. При этом отношение верхних границ суммы общего числа проверок допустимости УП-ПВА и общего числа вычислений значений целевых функций для указанных методов определяется выражением

jn-i

- (10)

IN+D-JZ-*

где - максимальное число допустимых ПВА на интервале.

Как видно из (10), применение метода динамического программирования позволяет решать рассматриваемые задачи оптимизации выбора УП-ПВА для весьма протяженных многоинтервальных РРЛ даже при достаточно большой вариантности ПВА на отдельных интервалах.

Второй раздел посвящен решению задачи совместной оптимизации высот подвеса и характеристик направленности антенн на многоинтервальных ЦРРЛ с учетом влияния МСОН.

Хотя с точки зрения практики проектирования многоинтервальных ЦРРЛ интерес представляют как задача оптимизации высот подвеса антенн, так и задача оптимизации их характеристик направленности, очевидно, что наибольшая экономичность при строительстве (реконструкции) ЦРРЛ может быть достигнута в результате одновременной (совместной) оптимизации выбора антенн (т.е. параметров антенн) и высот их подвеса.

Введем следующие обозначения:

д'Л' - возможная пара антенн (ПА) на и-ом интервале;

ч'м - возможный вектор характеристик антенн (ВХА) на п-ом ин-

тервале;

»14

-множество возможных ВХА на и-ом и н т е р в ;

Qha = :—:Янл'} - упорядоченная последовательность возможных ВХА

(УП-ВХА) на 1-ом, 2-ом . N-ом интервалах; Он

множество возможных УП-ВХА на всей ЦРРЛ, ()Ну1 е Яил. С учетом введенных обозначений математическую модель рассматриваемой задачи совместной оптимизации можно записать следующим образом:

найти такую УП-ВХА Она-^ш-Яш"•■■■•'9'н/Г} > для которой суммарная стоимость всех антенн и антенных опор на рассматриваемой ЦРРЛ

F(Q'M)=^f^f^jHfMh/r'^')^ Т./МяЯ'.-Ж)] ,,и «-1 «-2

при условиях:

n = l,N

(П)

(12)

р[">(ч<н"П* 1 , п = 1,ы ;

(13)

(14) 05) (16)

В выражениях (11) ... (16) :

- суммарная стоимость обеих антенн, входящих в ; ДМа"'(Чнл) - резерв запаса на замирания на п-ом интервале относительно его минимального значения

где находящиеся в квадратных скобках члены означают минимальные значения запаса на замирания, учитывающие соответственно условие допустимости высот антенн при субрефракции, требование к показателю качества по ошибкам для сильно пораженных секунд (SESR) и требование к показателю неготовности, связанной с ослаблением в дождях. Остальные обозначения в (11) ... (17) аналогичны соответствующим обозначениям раздела 1.

Решение частичной сепарабельной задачи (11) ... (16) производится на основе динамического программирования и выполняется в три этапа.

На первом этапе выполняются все вычисления, относящиеся к отдельным интервалам и не зависящие от других интервалов. При этом для каждого интервала последовательно производятся следующие вычисления.

Вначале для всех проверяется условие допустимости по про-

свету (13). Из числа ПВА , удовлетворяющих (13) , формируется множество . После этого формируется множество Далее для каждого последовательно производятся следующие

вычисления:

- вычисляется запас на замирания без учета МСОН ;

- определяется значение градиента для условий субрефракции;

- находится минимальный запас на замирания с точки зрения допустимости

в условиях субрефракции ;

- вычисляется минимальный запас на замирания, исходя из требований к показателю SESR М(5)'тУ с учетом вида приема сигналов (одинарный прием или разнесенный прием с частотным или пространственным разнесением);

- вычисляется минимальный запас на замирания с учетом требований к показателю неготовности, обусловленному ослаблением в дождях ;

- с использованием (18) вычисляется минимальный запас на замирания

- вычисляется резерв запаса на замирания

- проверяется условие

(18)

(17)

;

0 ; 0 9 )

- из числа q(£* удовлетворяющих (19), формируется множество а'^ ;

- для каждого qffi € to'tf определяется стоимость П/^Аш), а также формируются таблицы затрат для используемых типов антенных опор.

На втором этапе формируется массив исходных данных, характеризующих дополнительные потери распространения для МСОН. Эта процедура выполняется аналогично тому, как это делается при оптимизации высот антенн.

На третьем этапе решается собственно задача оптимизации, математическая модель которой определяется выражениями (11) ... (16) при условии замены в (12) множеств offi на подмножества a/jf, n = l,N. Функциональное уравнение динамического программирования в данном случае имеет вид:

в (20) f'"2'(Q'm')] - затраты на опору С^ , соответствующие ВХА q<H";4(QZ") И WfQ'X'K Ыя'мг(0%лм')] - стоимость ПА, соответствующая ВХА (О-нл')• Остальные обозначения аналогичны соответствующим обозначениям в (8) с той лишь разницей, что затраты включают суммарную стоимость антенн и антенных опор.

Безусловно оптимальная УП-ВХА на всей рассматриваемой РРЛ Q'Hll определяется на последнем шаге процесса оптимизации из условия:

FhJQHJ- ^Л'Чч'Ж:1)}*/^^^')^^')]* ^

В соответствии с описанным алгоритмом на языке Visual Basic разработана прикладная программа " МСОН-ВА " для автоматического выбора оптимальной УП-ПВА.

Как и в случае оптимизации высот антенн, применение метода динамического программирования при совместной оптимизации позволяет резко сократить объем вычислений в сравнении с методом простого перебора вариантов решения.

Помимо описанного выше алгоритма в разделе 2 рассмотрен модифицированный . алгоритм оптимизации, предусматривающий предварительное вычисление запасов на замирания и проверку допустимости групп ВХА на всех интервалах с учетом влияния МСОН. При этом этап собственно оптимизации выполняется в "облегченном" режиме.

В третьем разделе рассматриваются задачи оптимизации выбора характеристик направленности антенн на многоинтервальных ЦРРЛ в условиях, когда имеют место ограничения на качественные показатели не отдельных интервалов, а всей линии или ее многоинтервальных участков. В таких случаях появляется возможность перераспределения требований к качественным показателям на интервалах, что позволяет находить более эффективные

проектные решения.

При оптимизации выбора антенн на ЦРРЛ в диапазонах частот до 10 ГГц основное влияние на качественные показатели оказывают гладкие и частотно-селективные многолучевые замирания сигналов. При этом влиянию указанных замираний подвержен, прежде всего, показатель 8Е8К

Обозначим : д^' - возможная пара антенн (ПА) на п-ом интервале;

- множество возможных ПА на л-ом и н т - суммарная стоимость обеих антенн, входящих в пару антенн б, = {]а>:я<а>'—!Яа'')}

- упорядоченная последовательность возможных ПА (УП-ПА) на 1-ом, 2-ом, ..., ТУ-ом интервалах; - суммарная стоимость всех антенн на рассматриваемой многоинтервальной ЦРРЛ; ) , й^^д^^-д^^яТ" ) и ^"'(Я^'^'а') - соответственно показатели 8Е8Я для 1-го, п-го, n'=2,(N-\) и интервалов; - нормируемое максимально допустимое значение показателя 8Е8Я для рассматриваемой N интервальной ЦРРЛ.

С учетом этих обозначений математическая модель рассматриваемой задачи оптимизации может быть записана следующим образом:

найти такую УП-ПА Qл = Уа} м'/' , для которой суммарная стои-

мость всех антенн

при условиях:

я<;>еш';>, и=й? ; (24)

»2

где - нормируемое максимально допустимое значение показателя 8Е8Я

для рассматриваемой N - интервальной ЦРРЛ.

Из-за несепарабельности условия-ограничения (25) задача оптимизации (23) ... (25) не является сепарабельной и потому для ее решения неприменим классический метод динамического программирования. В этих условиях целесообразно использовать метод динамического программирования с квантованием текущих ограничений (ДП-КТО).

Решение рассматриваемой задачи выполняется в три этапа. На первом этапе для каждого интервала вначале вычисляется показатель 8Е8Я, учитывающий влияние частотно-селективных замираний . После этого для каждой рассматриваемой ПА выполняются следующие вычисления:

- вычисляется запас на замирания без учета МСОН, Мо"'(я'/') , дБ;

- с учетом используемого метода приема сигналов определяется показатель 8Е8Я , учитывающий влияние гладких многолучевых замираний, без учета

мсон, яЯсч';'):

- вычисляется суммарный показатель 8Е8Я без учета МСОН Б'^^я'а') и проверяется условие:

Пары антенн, удовлетворяющие (26), образуют множество На втором этапе для каждого интервала вычисляются дополнительные потери распространения для МСОН между правыми антеннами на интервалах (л-1) и п, = между левыми антеннами

на интервалах п и (л+1), И^Ын.чТ') = ): )7 - а также ве-

личины уменьшения средних мощностей МСОН 1-го вида из-за корреляции замираний полезных и мешающих сигналов АР',,"') и ЛР["'(ч'Ц';^^1)

На третьем этапе на основе метода ДП-КТО решается собственно задача оптимизации (23)... (25) с заменой в (24) со'/' на о)'А"г

Если при использовании метода ДП-КТО на некотором шаге процесса условной оптимизации число элементов рассматриваемого множества УП-ВЭП при фиксированном условии превышает заранее заданное число I , то осуществляется искусственное уменьшение числа этих элементов путем разбиения указанного множества на непересекающихся подмножеств и использования от каждого из них в дальнейшем не более, чем одной УП-ВЭП.

При этом из каждого непустого множества выбирается условно оптимальная УП-ВЭП, которой соответствует минимальный суммарный показатель стоимости рассматриваемых на данном шаге антенн.

На последнем шаге оптимизации независимо от числа элементов рассматриваемых множеств их разбиение не производится и при нахождении безусловного минимума целевой функции учитываются все сохранившиеся к данному моменту УП-ВЭП.

Помимо задачи оптимизации выбора антенн в диапазонах до 10 ГГц в разделе 3 решены аналогичные задачи оптимизации для диапазонов частот выше примерно 24 ГГц и для диапазонов частот примерно от 10 ГГц до 24 ГГц. В первом случае (диапазоны 26, 29, 38, 55 ГГц) решение задачи оптимизации производится аналогично тому, как это делается для диапазонов частот до 10 ГГц, с заменой условия (25) аналогичным ограничением на показатель неготовности, обусловленный ослаблением в дождях. Для диапазонов, лежащих в пределах 10 ГГц ... 24 ГГц (диапазоны 11, 13, 15,18 и 23 ГГц) получены два варианта решения задачи. Первый - на основе замены ограничения на суммарный показатель неготовности соответствующими ограничениями на показатели неготовности на отдельных интервалов и использования несепарабельного ограничения на показатель 8Е8Я. Второй - на основе замены ограничения на суммарный показатель 8Е8Я соответствующими ограничениями на показатели 8Е8Я на отдельных интервалов и использования несепарабельного ограничения на показатель неготовности.

Произведена также оценка объема вычислений при использовании метода ДП-КТО для решения рассматриваемых задач оптимизации выбора антенн и показано, что что в большинстве случаев при реальных значениях параметров задач оптимального выбора антенн их решение на основе метода ДП-КТО вполне осуществимо с использованием персональных компьютеров.

В четвертом разделе рассматривается задача нахождения заданного числа лучших ранжированных УП-ПА, для которых суммарные затраты на все антенны минимальны при условии, что выполнены существующие требования к показателям качества передачи.

Введем следующие обозначения: М- заранее заданное число отыскиваемых лучших решений задачи; QAm={qAi',:q(Ai } - /я-ая лучшая УП-ПА, т = 1,Л/; qAm - ПА на л-ом ин-

тервале, входящая в состав УП-ПА Q\m , n = l,iV ; i2A„ - множество, элементами которого являются т лучших УП-ПА QA,,QA1,....QAm ; F(Q\„) - суммарная стоимость всех антенн на рассматриваемой ЦРРЛ, соответствующая т-му лучшему решению. Будем считать, что при т < р , р = \,М , Q\m не хуже Q\f , т. е. F(Q\J<.F(Q\P).

С учетом введенных обозначений математическую модель рассматриваемой задачи оптимизации выбора антенн можно записать в виде:

Найти такие Q'Am , т = \,М , для которых

при условиях : _

№*<»<;> , Л=1 ,N ; (28)

;__(29)

ш<:>ы;:)^ш<->(яг:г;ч';:;чг:г), n^N-D; (зо)

; (31)

; __(32)

£2Аш=Ял\П'Аш., , т = 2,М (33)

Основная особенность задачи (27) ... (33) состоит в наличии дополнительного несепарабельного ограничения (33). С учетом этого для решения рассматриваемой задачи оптимизации целесообразно использовать многовариантный метод динамического программирования (МВДП).

На основе метода МВДП разработан алгоритм нахождения заданного числа ранжированных лучших УП-ПА на многоинтервальных ЦРРЛ с учетом МСОН, для которого разработана программа МСОН-А-М, обеспечивающая возможность автоматического решения рассматриваемой задачи с использованием персонального компьютера и операционной системы Windows.

Проведенный анализ требований к объему вычислений при использовании метода МВДП дает основание сделать два основных вывода: во-первых, зависимость увеличения этого объема от М не слишком резкая, во-вторых, это увеличение слабо зависит от вариантности ПА на интервалах, причем эта зависимость тем слабее, чем меньше число отыскиваемых лучших решений.

С целью оценки зависимости суммарной стоимости антенн на многоинтервальной ЦРРЛ от номера ранжированного лучшего решения были проведены вычислительные эксперименты с использованием программы МСОН-А-М.

Указанные эксперименты проводились на имитационных моделях 8-интервальных участков РРЛ с псевдослучайным чередованием интервалов разной длины. При этом использовались типовые параметры радиорелейного оборудования и антенн. Анализ полученных зависимостей суммарной стоимости антенн от номера ранжированного лучшего решения (в пределах первой сотни этих номеров) позволяет сделать следующие основные выводы.

1. На много интервальных цифровых РРЛ зависимость суммарных затрат на антенны от номера ранжированного лучшего решения задачи оптимизации выбора антенн сильнее проявляется в случае использования 2-частотных планов распределения частот, когда имеет место влияние МСОН.

2. При неизменной средней длине интервала на многоинтервальной ЦРРЛ указанная зависимость суммарных затрат сильнее проявляется в условиях большего относительного разброса длин интервалов.

3. Наибольшая эффективность оптимизации выбора антенн на многоинтервальных цифровых РРЛ достигается при использовании 2-частотных планов и в условиях большого разброса длин интервалов, что обусловлено недопустимостью многих решений с точки зрения требований к показателям качества в условиях влияния МСОН.

Пятый раздел посвящен применению полученных в диссертации теоретических результатов для оптимизации построения реальных многоинтервальных участков ЦРРЛ, входящих в сеть связи Республики Казахстан : 7-интервального участка Павлодар - Железинка и 5-интервального участка Кел-леровка - Кишкинеколь. Для каждого из этих участков были решены следующие задачи оптимизации:

- задача оптимального выбора высот подвеса антенн и высот антенных опор мачтового типа с учетом влияния МСОН;

- задача совместной оптимизации выбора высот подвеса и характеристик направленности антенн при использовании 2-частотных и 4-частотных планов распределения частот;

- задача нахождения 99 ранжированных лучших решений при оптимизации выбора характеристик направленности антенн в предположении использования как 2-частотных, так и 4-частотных планов.

В качестве примера на рис. 1 изображена схема высот антенн и антенных опор на 7-интервальном участке Павлодар - Железинка. Сплошные линии относятся к проектному решению 1, при котором пространственно разнесенный прием сигналов (ПРП) используется лишь на одном интервале Черноярка -Пресновка, где отражение от земной поверхности оказывает сильное влияние на показатель качества по ошибкам. На остальных интервалах в результате тщательного отбора условно допустимых пар высот антенн на первом этапе влиянием отражения радиоволн от земной поверхности можно пренебречь, что позволило отказаться от применения дорогостоящего ПРП при выполнении всех требований к качественным показателям. При этом суммарная стоимость всех опор на рассматриваемом участке составляет 80,02 тыс. долл. Пунктир-

ные линии на интервалах Павлодар - Черноярка и Иртышск - Железинка характеризуют проектное решение 2, предусматривающее использование ПРП на этих интервалах, что позволяет существенно уменьшить необходимые высоты антенных опор в Черноярке (с 60 м до 30 м) и в Железинке (с 70 м до 19 м). При этом суммарная стоимость опор снижается до 65,67 тыс. долл.

На рис. 2 представлены зависимости суммарной стоимости антенн от номера ранжированного лучшего решения задачи оптимизации на 5- интервальном участке Келлеровка - Кишкинеколь. Видно, что при использовании 2-частотного плана суммарная стоимость антенн существенно возрастает с увеличением номера ранжированного лучшего решения. При этом допустимыми с точки зрения требований к качественным показателям оказались лишь 36 лучших решений. Что касается проектных решений, основанных на использовании 4-частотного плана, то в данном случае имеет место незначительное увеличение суммарной стоимости антенн с увеличением номера решения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенных теоретических исследований и вычислительных экспериментов в полном объеме решены все поставленные задачи диссертационной работы. При этом получены следующие основные результаты.

1. Решена задача оптимизации выбора высот подвеса антенн на многоинтервальных цифровых РРЛ с учетом влияния мешающих сигналов обратного направления (МСОН);

2. Решена задача совместной оптимизации высот подвеса и характеристик направленности антенн на многоинтервальных ЦРРЛ с учетом влияния МСОН и требований к качественным показателям;

3. Решена задача оптимизации выбора характеристик направленности антенн при наличии ограничений на суммарные качественные показатели многоинтервальных участков ЦРРЛ для диапазонов частот до 10 ГГц;

4. Решены задачи оптимизации выбора характеристик направленности антенн при наличии ограничений на суммарные качественные показатели многоинтервальных участков ЦРРЛ для диапазонов частот выше 10 ГГц;

5. Решена задача нахождения заданного числа ранжированных лучших решений при оптимизации характеристик направленности антенн на многоинтервальных ЦРРЛ с учетом МСОН.

6. На основе полученных в диссертации теоретических результатов с использованием разработанных прикладных программ решены задачи оптимизации построения двух реальных многоинтервальных участков цифровых РРЛ, входящих в сеть связи Республики Казахстан.

СПИСОК РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Данилович О.С., Гумбинас А.Ю., Сартбаев Д.А. Комплексная оптимизация энергетических параметров радиорелейного оборудования на многоинтервальных цифровых РРЛ с учетом влияния внутрисистемных помех // Восьмая Международная конференция по информационным сетям, системам и технологиям. МКИССиТ: докл./ СПбГУТ. - СПб, 2002. - С. 81-87.

2. Сартбаев Д.А. Оптимизация высот антенн на многоинтервальных цифровых РРЛ с учетом влияния внутрисистемных помех // Труды учебных заведений связи / СПбГУТ. - СПб, 2002. - № 168. - С112-119.

3. Сартбаев Д.А. Оптимальный выбор характеристик антенн на многоинтервальных цифровых РРЛ при наличии несепарабельных ограничений на качественные показатели // 55 НТК проф. преп. состава, н. сотр. и аспирантов: Тез. докл./ СПбГУТ. - СПб, 2003. С. 59 - 60.

4. Сартбаев Д.А., Данилович О.С. Возможные пути решения несепарабельных задач оптимизации энергетических характеристик при проектировании многоинтервальных РРЛ // 55 НТК проф. преп. состава, н. сотр. и аспирантов: Тез. доклУ СПбГУТ. - СПб, 2003. С. 59.

5. Данилович О.С, Сартбаев Д.А., Гумбинас А.Ю. Комплексная оптимизация выбора антенн и высот их подвеса на многоинтервальных цифровых радиорелейных линиях // Электросвязь. - 2003. - № 6 . - С. 35 - 37.

6. Данилович О.С, Сартбаев Д.А., Клейменов И.В. Нахождение заданного числа лучших решений задачи совместной оптимизации высот подвеса и характеристик направленности антенн на цифровых РРЛ // 56 НТК проф. преп. состава, н. сотр. и аспирантов: Тез. докл./ СПбГУТ. - СПб, 2004. С. 58.

7. Сартбаев Д.А. Исследование зависимости эффективности оптимизации выбора характеристик антенн на цифровых РРЛ от номера лучшего решения // 56 НТК проф. преп. состава, н. сотр. и аспирантов: Тез. доклУ СПбГУТ. -СПб, 2004. С 58.

8. Сартбаев Д.А. Программа расчета трасс РРЛ связи с интервалами в пределах прямой видимости // Информ. листок Каз. НИИНТИ. - 1988. -№ 47. - С. 1 - 3.

9. Нуршабеков Р.Р., Сартбаев Д.А. Выделение полос радиочастот для радиоэлектронных средств // Каз. НИИНТИ. - 1994. - № 193. С. 7 - 12.

10. Нуршабеков Р.Р., Сартбаев Д.А. Радиодоступ. Новые возможности предоставления услуг телекоммуникаций для сельской местности РК // Труды международной конференции "Телекоммуникационные и информационные технологии. Состояние и проблемы развития" / КТУ. -Бишкек.-2001. С 96-98.

fiî - 6 6 9 5

ВВЕДЕНИЕ

1. ОПТИМАЛЬНЫЙ ВЫБОР ВЫСОТ АНТЕНН НА МНОГОИНТЕРВАЛЬНЫХ ЦИФРОВЫХ РРЛ С УЧЕТОМ ВЛИЯНИЯ ПОМЕХ

ОТ СИГНАЛОВ ОБРАТНОГО НАПРАВЛЕНИЯ.

1.1. Критерии допустимости пар высот антенн на интервалах в условиях средней рефракции

1.2. Критерии допустимости пар высот антенн на интервалах в условиях субрефракции радиоволн.

1.3. Математическая модель и алгоритм решения задачи оптимизации высот антенн на многоинтервальных ЦРРЛ с учетом влияния МСОН

Цифровые радиорелейные линии (ЦРРЛ) являются важной составной частью современных сетей связи. При этом они имеют ряд достоинств в сравнении с кабельными, в том числе, волоконно-оптическими линиями связи. Основными из этих достоинств являются: высокая надежность линейного тракта, экономическая эффективность, особенно в тех условиях, когда не требуется очень большая пропускная способность линии (до 155 Мб/с), слабая зависимость от топографических и климатических условий, возможность использования антенных опор ЦРРЛ для организации подвижной связи и телевизионного вещания вдоль линии и др.

В соответствии с новыми базовыми рекомендациями сектора стандартизации Международного союза электросвязи (ITU-T) G.82б, G.827 и G.828 , а также основанными на них рекомендациями сектора радиосвязи (ITU-R) F.1092 и F.1189 качественные показатели ЦРРЛ не должны уступать качественным показателям любых кабельных линий [1 . 5].

В настоящее время наряду со строительством новых ЦРРЛ завершается (а в наиболее развитых странах уже завершен) процесс реконструкции существующих аналоговых радиорелейных линий (РРЛ) с заменой аналогового оборудования на цифровое. На рынке сейчас имеется широкий ассортимент цифрового радиорелейного оборудования различного назначения, производимого многими фирмами, в том числе, российскими [6 . 16].

Показатели качества ЦРРЛ, а также затраты на строительство новых и реконструкцию существующих линий в значительной степени определяются качеством их расчета на этапе проектирования.

В условиях нормирования качественных показателей целью оптимизации проектных решений является минимизация ожидаемых затрат на строительство (реконструкцию) и техническую эксплуатацию проектируемых ЦРРЛ при непременном выполнении существующих требований к показателям качества. При этом наибольшие трудности при оптимизации проектных решений в процессе проектирования ЦРРЛ связаны с необходимостью учета влияния внутрисистемных мешающих сигналов различного происхождения [17,18,19].

В условиях ограниченности частотного ресурса, особенно в традиционных диапазонах частот (примерно до 15 ГГц), важное значение имеет такая характеристика ЦРРЛ, как эффективность использования полосы частот. Как известно, наибольшая эффективность использования частотного диапазона достигается в случае двухчастотных планов распределения частот радиоканалов [17,20].

Для многоинтервальных ЦРРЛ с линейными трассами, работающих по двухчастотным планам, основным видом внутрисистемных мешающих сигналов являются мешающие сигналы обратного направления (МСОН). При этом существуют два вида МСОН: МСОН, обусловленные излучением антенн в обратном направлении (МСОН первого вида) и МСОН за счет приема сигналов с обратного направления (МСОН второго вида) [17,18,19].

Влияние МСОН, как и большинства других мешающих сигналов, приводит к деградации порогового уровня принимаемых сигналов (порога приемника) и соответствующей деградации запасов на замирания на интервалах ЦРРЛ, причем указанная деградация проявляется по-разному для разных направлений передачи (слева-направо и справа-налево) [17,21].

Величина деградации запаса на замирания на интервале зависит от мощностей передатчиков на соседних (слева и справа) интервалах, а также от высот подвеса и характеристик направленности антенн на рассматриваемом и обоих соседних интервалах.

В этих условиях при решении задач оптимального выбора мощностей передатчиков, высот подвеса антенн и характеристик направленности антенн на многоинтервальных ЦРРЛ указанные характеристики, относящиеся к разным интервалам, оказываются взаимно зависимыми. Это обуславливает необходимость совместного анализа характеристик всех интервалов, входящих в состав рассматриваемой многоинтервальной ЦРРЛ.

Исследованию влияния мешающих сигналов на трассах РРЛ посвящено большое число работ отечественных и зарубежных авторов [22 . 34] . Среди отечественных ученых наибольший вклад в решение указанной задачи внесли работы C.B. Бородича, Л.В. Надененко, В.В. Святогора [23 . 27]. Среди авторов зарубежных исследований в данной области М. Glauner [29,30], I. Henne, P. Thorvaldsen, J. Henriksson [32,33,34] и др. Основополагающие результаты, относящиеся к влиянию распространения радиоволн на трассах РРЛ , содержатся в многочисленных работах А.И. Калинина [35 . 38]. Задачи оптимизации построения РРЛ рассматриваются в работах О.С. Даниловича [39 . 45].

До последнего времени в литературе не рассматривались задачи оптимизации многоинтервальных ЦРРЛ с двухчастотными планами. Поэтому в практике проектирования ЦРРЛ указанные задачи решались эвристически на основе опыта проектировщиков. И лишь в последнее время были получены решения некоторых частных задач оптимизации построения многоинтервальных ЦРРЛ с учетом влияния МСОН. Так в [46] решена задача оптимизации выбора уровней мощности передатчиков на многоинтервальной ЦРРЛ . В [47] найдено решение задачи оптимизации характеристик направленности антенн на многоинтервальной ЦРРЛ. Наконец, в [48] решена задача комплексной оптимизации уровней мощности передатчиков и характеристик направленности антенн на многоинтервальной ЦРРЛ.

В то же время все еще не решены такие важные задачи оптимизации построения ЦРРЛ с учетом МСОН, как задача оптимизации выбора высот подвеса антенн на многоинтервальной ЦРРЛ и задача совместной оптимизации высот подвеса и характеристик направленности антенн. От эффективности решения этих задач зависят не только показатели качества ЦРРЛ, но и необходимые высоты антенных опор и соответствующие затраты на их сооружение, а также суммарная стоимость антенн на линии.

В практике проектирования строящихся и особенно реконструируемых многоинтервальных ЦРРЛ часто встречаются ситуации, когда имеют место дополнительные неформальные или трудно формализуемые условия. Причинами подобных ограничений могут быть, например, электромагнитная обстановка в регионе или конструктивные особенности используемых антенных опор. В этих условиях наряду с оптимальным решением рассматриваемой задачи желательно иметь еще несколько ранжированных лучших ее решений, чтобы у проектировщика была возможность более реального выбора.

Задачи оптимизации построения ЦРРЛ в условиях влияния МСОН и наличия дополнительных неформальных (или трудно формализуемых) ограничений также пока не имеют решения.

Целью настоящей диссертационной работы является разработка на основе системного подхода эффективных методов оптимизации высот подвеса и характеристик направленности антенн на многоинтервальных цифровых РРЛ с учетом влияния МСОН и возможного наличия дополнительных неформальных ограничений.

При этом основными задачами диссертации являются :

- оптимизация высот подвеса антенн на многоинтервальных ЦРРЛ с учетом влияния МСОН;

- совместная оптимизация высот подвеса и характеристик направленности антенн на многоинтервальных ЦРРЛ с двухчастотными планами;

- оптимизация характеристик направленности антенн на многоинтервальной ЦРРЛ при наличии ограничений на качественные показатели всей линии;

- нахождение нескольких ранжированных лучших решений при оптимизации характеристик направленности антенн;

- применение полученных теоретических результатов для оптимизации построения реальных многоинтервальных цифровых РРЛ, входящих в сеть связи Республики Казахстан.

Ниже перечислены основные положения диссертационной работы, выносимые на защиту.

1. Математическое обеспечение для решения частично сепарабельной задачи оптимизации высот подвеса антенн на многоинтервальных ЦРРЛ с двухчастотными планами.

2. Математическое обеспечение для решения частично сепарабельной задачи совместной оптимизации высот подвеса и характеристик направленности антенн на многоинтервальных ЦРРЛ с двухчастотными планами.

3. Математическое обеспечение для решения задачи оптимизации характеристик направленности антенн на многоинтервальных ЦРРЛ с двухчастотными планами при наличии несепарабельных ограничений на суммарные качественные показатели, относящиеся ко всей рассматриваемой линии.

4. Математическое обеспечение для нахождения заданного числа ранжированных лучших решений задачи оптимизации характеристик направленности антенн.

5. Результаты оптимизации построения реальных многоинтервальных участков цифровых РРЛ, входящих в сеть связи Республики Казахстан.

Основные результаты диссертационной работы докладывались автором на Восьмой Международной Конференции по информационным сетям, системам и технологиям (МКИССиТ - 2002) / СПбГУТ. - СПб, 2002 , на Международной конференции "Телекоммуникационные и информационные технологии. Состояние и проблемы развития", Бишкек, 2001 г., на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов С.-Пб ГУТ в 2003 и 2004 г.г., а также на 56-й научно-технической конференции студентов и аспирантов СПбГУТ в 2002 г.

По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ.

Диссертация состоит из введения, пяти разделов, заключения, списка использованной литературы и приложения.

5.4. Основные выводы по разделу 5

В данном разделе содержатся результаты практического применения полученных в диссертационной работе теоретических результатов.

При этом получены решения задач оптимизации построения двух реальных многоинтервальных участков цифровых РРЛ, входящих в сеть связи Республики Казахстан : 7-интервального участка "Павлодар - Железин-ка" и 5-интервального участка "Келлеровка - Кишкинеколь".

Для каждого из указанных участков с учетом всех реальных условий, в том числе, влияния МСОН и современных требований к качественным показателям решены следующие задачи :

- определены оптимальная совокупность (упорядоченная последовательность) высот антенн и соответствующая минимальная суммарная стоимость антенных опор мачтового типа на участке;

180 160 140 120 100 80 60 40 20 к \

Суммарнг зя стоимость опс р и антенн Ан теннь 1 типа НР; 2-ч зет. г

• 1 ^ и «—: - • • --•- -• -Ф

---- - Антенны типа НР; 4-ча ст. план

Ст / оимость а> ггенн Анте нны т ■та РЦ 4-час- •. план

- ф ф -•- ф Ш

•-• •

10

20

30 40 50 60 70

Номера ранжированных лучших решений

80

90

Рис.5.4. Зависимости стоимости антенн от номера ранжированного лучшего решения задачи оптимизации на

5-интервальном участке Келлеровка - Кишкинеколь

- определены оптимальная общая совокупность высот подвеса и характеристик направленности антенн, а также соответствующие минимальные суммарные затраты на антенные опоры и антенны;

- помимо оптимальных найдены множества ранжированных лучших совокупностей антенн на участках и соответствующих значений суммарной стоимости этих антенн.

Наличие большого числа ранжированных лучших совокупностей позволяет наилучшим образом учесть дополнительные, в том числе непредвиденные обстоятельства, часто возникающие в практике реального проектирования и строительства цифровых РРЛ.

В процессе решения перечисленных задач оптимизации для каждого из участков были рассмотрены альтернативные варианты применения стандартных антенн при 4-частотном плане и антенн типа НР в случаях 2-частотного и 4-частотного планов.

Кроме того, для 7-интервального участка "Павлодар - Железинка" наряду с основным вариантом проектного решения, предусматривающим применение ПРП лишь на одном интервале, рассмотрено альтернативное проектное решение с использованием низких опор на двух станциях в сочетании с ПРП на двух дополнительных интервалах.

В заключение следует отметить, что полученные в разделе 5 практические результаты могут быть непосредственно использованы при реконструкции участков "Павлодар - Железинка" и "Келлеровка - Кишкине-коль".

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенных исследований решены все намеченные задачи диссертационной работы :

- задача оптимизации выбора высот подвеса антенн на многоинтервальных цифровых РРЛ (ЦРРЛ) с учетом влияния мешающих сигналов обратного направления (МСОН);

- задача совместной оптимизации высот подвеса и характеристик направленности антенн на многоинтервальных ЦРРЛ с учетом МСОН;

- задача оптимизации выбора характеристик направленности антенн при наличии ограничений на качественные показатели многоинтервального участка ЦРРЛ;

- задача нахождения заданного числа лучших решений при оптимизации характеристик направленности антенн на многоинтервальных ЦРРЛ;

- задача оптимизации построения реальных многоинтервальных участков цифровых РРЛ, входящих в сеть связи Республики Казахстан, на основе полученных в диссертации теоретических результатов.

Научная новизна диссертационной работы заключается в том, что в ней впервые для многоинтервальных ЦРРЛ с учетом влияния МСОН и требований к качественным показателям :

- сформулирована и решена частично сепарабельная задача оптимизации высот антенн на многоинтервальной ЦРРЛ;

- сформулирована и решена частично сепарабельная задача совместной оптимизации высот подвеса и характеристик направленности антенн на многоинтервальной ЦРРЛ;

- сформулирована и решена несепарабельная задача оптимизации выбора антенн на многинтервальном участке для ЦРРЛ, предназначенных для работы в диапазонах частот до 10 ГГц;

- сформулирована и решена несепарабельная задача оптимизации выбора антенн на многинтервальном участке для ЦРРЛ, предназначенных для работы в диапазонах частот выше 10 ГГц;

- сформулирована и решена частично сепарабельная задача нахождения нескольких ранжированных лучших решений при оптимизации характеристик направленности антенн на многоинтервальной ЦРРЛ.

При этом основные результаты теоретических исследований заключаются в следующем.

1. Разработаны математическая модель и основанный на принципах динамического программирования алгоритм решения частично сепарабельной задачи оптимизации высот антенн на многоинтервальной ЦРРЛ.

2. Разработаны математическая модель и основанные на принципах динамического программирования алгоритмы решения частично сепарабельной задачи совместной оптимизации высот подвеса и характеристик направленности антенн на многоинтервальной ЦРРЛ.

3. Разработаны математические модели и основанные на принципах динамического программирования с квантованием текущих ограничений алгоритмы решения несепарабельной задачи выбора антенн на многоинтервальной ЦРРЛ.

4. Разработаны математическая модель и основанный на принципах многовариантного динамического программирования алгоритм нахождения заданного числа ранжированных лучших решений частично сепарабельной задачи оптимизации характеристик направленности антенн на многоинтервальной ЦРРЛ.

С целью практической реализации и оценки эффективности разработанных методов оптимизации многоинтервальных ЦРРЛ на языке Visual Basic разработан пакет прикладных программ: МСОН-В, МСОН-ВА и МСОН-А-М. С использованием указанных программ с помощью персонального компьютера и операционной системы Windows были проведены многочисленные вычислительные эксперименты с имитационными и реальными моделями многоинтервальных ЦРРЛ.

В результате экспериментов с имитационными моделями 8 - интервальных участков ЦРРЛ были исследованы зависимости суммарной стоимости антенн от номера ранжированного лучшего решения задачи оптимизации выбора антенн при использовании 2-частотных и 4-частотных планов распределения частот радиоканалов. Указанные эксперименты показали, что наибольшая эффективность оптимизации выбора антенн на многоинтервальных ЦРРЛ достигается в случае 2-частотных планов и большого разброса длин интервалов.

Были проведены также вычислительные эксперименты с реальными моделями многоинтервальных участков ЦРРЛ, входящих в национальную сеть связи Республики Казахстан. При этом были рассмотрены два участка цифровых РРЛ: 7 - интервальный участок "Павлодар - Железинка" и 5

- интервальный участок "Келлеровка - Кишкинеколь".

Для каждого из этих участков были получены следующие результаты, имеющие практическое значение:

- найдены оптимальные совокупности высот подвеса антенн и высот антенных опор при заданных типах используемых антенн и опор;

- найдены оптимальная совокупность, а также несколько ранжированных лучших совокупностей антенн при заданных допустимых высотах подвеса этих антенн на опорах;

- для каждой из указанных оптимальных и лучших совокупностей получена соответствующая оценка ожидаемых минимальных затрат.

Полученные практические результаты могут быть использованы при реконструкции и развитии сети цифровых РРЛ Республики Казахстан.

Основные направления дальнейших исследований по теме диссертации могут быть сформулированы следующим образом. 1. Разработка математического и программного обеспечения для решения задач оптимизации энергетических характеристик цифровых РРЛ с учетом внутрисистемных мешающих сигналов различного происхождения.

Разработка математического и программного обеспечения для решения задач оптимизации проектирования новых цифровых РРЛ различного назначения в регионах с существующей инфраструктурой радиорелейной сети связи.

Разработка современной системы автоматизированного проектирования радиорелейных сетей зоновой связи и доступа с учетом влияния внутрисистемных мешающих сигналов.

1. ITU-T Recommendation G.826 . Error performance parameters and objectives for international constant bit rate digital paths at or above the primary rate, 1999.

2. ITU-T Recommendation G.828 . Error performance parameters and objectives for international constant bit rate synchronous digital paths. -2000.

3. ITU-T Recommendation G.827. Availability parameters and objectives for path elements of international constant bit rate digital paths at or above the primary rate. 2000.

4. Минкин B.M. Концептуальные и теоретические основы цифровизации национальной транспортной радиорелейной сети связи: Диссертация в виде научного доклада на соискание ученой степени доктора технических наук. М., МТУ СИ, 2000. - 137 с.

5. Райкин В.М. Цифровые радиорелейные и распределительные системы "Пихта " для сетей сельской телефонной связи // Электросвязь. — 2000. -№ 4. С.10 -15.

6. Поборчий Е.Д. Радиорелейная система "Радиус" // Электросвязь. -1996. -№ 9.

7. Косонен Ю., Малила Р. Применение микроволновых РРЛ с короткими пролетами в ведомственных сетях // Электросвязь. 1994. - № 3,1. С.44 45.

8. Безруков В., Мусаелян С. Радиорелейное оборудование на рынке России // Connect! Мир связи. 1999. - № 3. - С. 64 - 77.

9. Новое поколение отечественного радиорелейного оборудования // Тех- нология и средства связи. 1999. - № 3. — С. 46 - 47.

10. Безруков В.Г., Мусаелян С.А., Рыжков A.B. Отечественные радиорелейные станции // Вестник связи. 1998. - № 9. - С. 30 - 38.

11. ITU-R Recommendation F.751-1. Transmission characteristics and Performance requirements of radio-relay systems for SDH-based networks. — 1997.

12. Цисс Ф. Радиорелейная связь в сетях синхронной иерархии // ТелеВестник. 1993. - № 1. - С.45 - 47.

13. Цисс Ф. Радиорелейная связь в сетях синхронной иерархии, часть 2 // ТелеВестник. 1993. - № 2. - С.40 -41.

14. Хенне И. Радиорелейные системы связи SDH // Connect! Мир связи. -1999.-№5.-С. 56-59.

15. Справочник по радиорелейной связи / H.H. Каменский, А.М. Модель, Б.С. Надененко и др.; Под ред. С.В. Бородича. М.: Радио и связь, 1981. -416с.

16. Методика расчета трасс аналоговых и цифровых PPJI прямой видимости. Т. 1,2 / А.И. Калинин, В.Н. Троицкий, JI.B. Надененко, В.В. Святогор и др. Гос. НИИР. М., 1987.

17. Унифицированная методика расчета и выбора трасс для аналоговых PPJI прямой видимости в различных полосах частот / Науч. редакторы: Л.В. Надененко, А.Н. Сманцер. М.: СЭВ, 1985. - 224 с.

18. ITU-R Recommendation F.746-3. Radio-frequency Channel arrangements for radio-relay systems. 1997.

19. Model for radio-relay Performance prediction. Document TM4 (89)/67, ETSI, Technical sub-committee TM4, Thessaloniki (Greece), 1989.

20. ITU-R Recommtndation P.452-8. Prediction procedure for the evaluation of microwave interference between stations on the surface of the Earth at frequencies above about 0,7 Ghz. 1997.

21. Бородин C.B. ЭМС наземных и космических радиослужб. Критерии, условия и расчет. -М.: Радио и связь, 1990. 272 с.

22. Бородич С.В. Искажения и помехи в многоканальных системах радиосвязи с частотной модуляцией. М.: Связь, 1976. - 256 с.

23. Бородич С.В. Критерии и условия ЭМС систем спутниковой и радиорелейной связи // Электросвязь. 1986, №2. - С.28 -31.

24. Надененко JI.B., Святогор В.В., Кривозубов В.П. Устойчивость работы интервалов PPJI в диапазоне 8 ГГц // Электросвязь. 1978. - № 9. -С. 8-17.

25. Надененко JI.B. К расчету устойчивости сигнала на интервалах радиорелейных линий прямой видимости. Труды НИИР, 1980, № 2, С. 61-64.

26. Использование радиочастотного спектра и радиопомехи / Е.И. Егоров, Н.И. Калашников, А.С. Михайлов. -М.: Радио и связь, 1986. 304 с.

27. Glauner М. Considerations for the planning of digital radio-relay systems limited by interference and noise. Second European conference on radio-relay systems. Abano Terme-Padua (Italy) , 17-21 April 1989 , pp 154 -161.

28. Glauner M. A Model for Calculating the Transmission Performance of Digital Radio-Relay Systems. Telecommunication Report, Bosch Telecom, vol.11, March 1994, pp 13-22.

29. Certification of digital radio relay performance prediction methods. Document TM4 (90)/29, ETSI, Technical sub-committee TM4, Paris (France), 1990.

30. Henne I., Thorvaldsen P. Planning of line-of-sight radio relay systems. ABB Nera, June 1994.

31. Henriksson J. Route planning guide for digital radio links. Nokia research center, May 1988.

32. Хенриксон Ю. Расчеты трассы цифровой радиорелейной линии // Бумажная промышленность (спец. выпуск). 1989.

33. Калинин А.И. Распространение радиоволн на трассах наземных и космических радиолиний, М.: Связь, 1979. - 293 с.

34. Калинин А.И., Черенкова E.J1. Распространение радиоволн и работа радиолиний, М.: Связь, 1971. — 439 с.

35. Калинин А.И. Влияние частотной селективности интерференционных замираний на трассах с пересеченными профилями на устойчивость работы цифровых PPJI // Электросвязь. 1996. - № 10. - С. 36,-40.

36. Калинин А.И. Влияние частотной селективности интерференционных замираний на трассах с гладкими профилями на устойчивость работы цифровых PPJI // Электросвязь. 1998. - № 3. - С. 25 - 29.

37. Данилович О.С. Теория и методы оптимизации радиорелейных линий связи: Докторская диссертация, JL, ЛЭИС, 1990. - 395 с.

38. Данилович О.С. Оптимизация радиорелейных линий связи прямой видимости: Учебное пособие / ЛЭИС. Л., 1988. - 89 с.

39. Данилович О.С., Исмаили Х.М. Решение частично сепарабельной задачи условной оптимизации методом динамического программирования // Известия АН УзССР. Серия техн. наук. 1988. № 2. С. 54-58.

40. Данилович О.С. Оптимальный выбор высот антенных опор при проектировании радиорелейных линий связи // Системы и средства передачи информации по каналам связи : Сб. науч.тр.учеб.ин-ов связи / ЛЭИС. Л., 1984. С. 87-93.

41. Радиорелейные и спутниковые системы передачи: Учебник для вузов / A.C. Немировский, О.С. Данилович, Ю.И. Маримонт и др.; Под ред. A.C. Немировского. М.: Радио и связь, 1986. - 392 с.

42. Данилович О.С., Кичигин В.Н. Выбор оптимальной трассы при автоматизированном проектировании PPJI // Электросвязь. 1984. - № 5. -С.15-19.

43. Данилович О.С., Кичигин В.Н., Жемчугов В.Н. Диалоговая система автоматизированного проектирования радиорелейных линий прямой видимости ДИСАП-РРЛ-0010: Учеб. пособие /ЛЭИС. Л., 1989. - 61 с.

44. Гумбинас А.Ю. Оптимизация уровней мощности передатчиков на многоинтервальных цифровых РРЛ с двухчастотными планами // Труды учебных заведений связи/ СПбГУТ. СПб, 2002. - № 168. - С.97 -111.

45. ITU-R Report 338-5. Propagation data and prediction methods required for terrestrial line-of-sight systems. 1990.

46. ITU-R Recommendation P.530-7. Propagation data and prediction methods required for the design of terrestrial line-of-sight systems. 1999.

47. Антонов Л.А., Данилович О.С. Проверка допустимости пролетов и высот антенн на цифровых РРЛ ДМ диапазона // Труды учебных заведений связи / СПбГУТ. 1997. - № 163.- С. 150 - 156.

48. ITU-R Recommendation F.l094-1. Maximum allowable error performanceand availability degradations to digital radio-relay systems arising from interference from emissions and radiations from other sources. 1997.

49. ITU-R Recommendation F.695. Availability objectives for real digital radio-relay links forming part of a high-grade circuit within an integrated services digital network. 1997.

50. ITU-R Recommendation F.696-2. Error performance and availability objectives for hypothetical reference digital sections forming part or all of the medium-grade portion of an ISDN connection. 1991.

51. ITU-R Recommendation P.676-2. Attenuation by atmospheric gases. -1995.

52. Моисеев H.H., Иванилов Ю.П., Столярова E.M. Методы оптимизации.-М.: Наука, 1978.

53. Данилович О.С., Сартбаев Д.А., Гумбинас А.Ю. Комплексная оптимизация выбора антенн и высот их подвеса на многоинтервальных цифровых радиорелейных линиях // Электросвязь. 2003. - № 6. - С. 35 - 37 .

54. ITU-R Recommendation F. 1093-1. Effects of multipath propagation on the design and operation of line-of-sight digital radio-relay systems. 1997.

55. Сартбаев Д.А. Исследование зависимости эффективности оптимизации выбора характеристик антенн на цифровых PPJ1 от номера лучшего ре, шения // 56 НТК проф. преп. состава, н. сотр. и аспирантов: Тез. докл./1. СПбГУТ. СПб, 2004. С. 58.

56. Сартбаев Д.А. Оптимальный выбор характеристик антенн на многоинтервальных цифровых PPJI при наличии несепарабельных ограничений на качественные показатели // 55 НТК проф. преп. состава, н. сотр.и аспирантов: Тез. докл./ СПбГУТ. СПб, 2003. С 59 - 60.

57. Сартбаев Д.А., Данилович О.С. Возможные пути решения несепара-бельных задач оптимизации энергетических характеристик при проектировании многоинтервальных PPJI // 55 НТК проф. преп. состава, н. сотр. и аспирантов: Тез. докл./ СПбГУТ. СПб, 2003. С 59.

58. ITU-R Recommendation F.1101. Characteristics of digital radio-relay systems below about 17 GHz. 1997.

59. ITU-R Recommendation P.838. Specific attenuation model for rain for use in prediction methods. 1997.

60. ITU-R Report 721-3. Attenuation by hydrometeors, in particular precipitation, and other atmospheric particles. 1990.

61. ITU-R Report 563-4. Radiometeorological data. 1990.

62. Зайченко Ю.П. Исследование операций. Киев: Вища школа, 1979. -392 с.

63. Olsen R.L., Tjelta Т. Wordwide techniques for predicting the multipath fading distribution on terrestrial LOS links: Background and results of tests // IEEE Transactions on antennas and propagation, vol. 47, NO. 1, January 1999.

64. Сартбаев Д.А., Данилович O.C., Шалгимбаев М.Ж. Нахождение ранжированных лучших решений задачи оптимизации характеристик антенн на цифровых PPJI с двухчастотными планам // Труды учебных заведений связи / СПбГУТ. СПб, 2003. - № 169. - С. - .

65. Mojoli L.F., Mengali U. Propagation in line of sight radio links. Part 1,2/ Supplement to Telettra Rewiew No 37, Spesial Edition, Milano, 1983.

66. Габасов Р., Кириллова Ф.М. Основы динамического программирования. Минск, Изд-во БГУ им. В.И. Ленина, 1975.

67. Системы радиосвязи: Учебник для вузов. Под ред. Н.И. Калашникова. — М.: Радио и связь, 1988. 352 с.

68. Гуткин Л.С. Оптимизация радиоэлектронных устройств по совокупности показателей качества. -М.: "Сов. радио", 1975.

69. Матье М. Радиорелейные системы передачи: Пер. с франц. / Под ред. В.В. Маркова. М.: Радио и связь, 1982. - 280 с.

70. Данилович О.С., Кичигин В.Н., Жемчугов В.Н., Суханов A.A. Диалоговая система автоматизированного проектирования РРЛ ДИСАП-РРЛ-0010 // Электросвязь. 1990. - № 7. - С. 5 - 7.

71. Сартбаев Д.А. Программа расчета трасс РРЛ связи с интервалами в пределах прямой видимости // Информ. листок Каз. НИИНТИ. 1988. -№47. С. 1 -3.

72. Нуршабеков P.P., Сартбаев Д.А. Выделение полос радиочастот для радиоэлектронных средств // Каз. НИИНТИ. 1994. - № 193. С. 7 - 12.