Файл: 2014.06.02 - Матеріали науково-практичної конференції «Проблеми експлуатації та захисту інформаційно-комунікаційних систем».pdf

Н

АУКОВО

-

ПРАКТИЧНА КОНФЕРЕНЦІЯ

«ПРОБЛЕМИ

ЕКСПЛУАТАЦІЇ

ТА

ЗАХИСТУ

ІНФОРМАЦІЙНО-КОМУНІКАЦІЙНИХ

СИСТЕМ» 

2

–

5

 ЧЕРВНЯ 

2014

 Р

.,

Н

АЦІОНАЛЬНИЙ АВІАЦІЙНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

,

 М

.

К

ИЇВ

85 

УДК 621.391 (043.2) 

І.В. Іванченко 

Національний авіаційний університет, м. Київ 

РОЗРОБКА УДОСКОНАЛЕНОЇ СИСТЕМИ КЕРУВАННЯ 

РІВНЕМ ВИПРОМІНЮВАНОЇ ПОТУЖНІСТІ БАЗОВИХ 

СТАНЦІЙ МЕРЕЖ LTE 

Однією  з  технологій,  призначених  для  вирішення  нагальних  за-

вдань  сучасних  телекомунікацій,  є  технологія  Long  Term  Evolution, 
або,  скорочено,  LTE-технологія.  Long  Term  Evolution  (довготривалий 
розвиток)  –  це  інтеграція  з  вже  існуючими  протоколами,  підвищення 
швидкості  та  ефективності  передачі  даних,  зниження  витрат,  а  також 
поліпшення і розширення послуг, що надаються. Сервіси, які може за-
пропонувати мережа четвертого покоління, починаються від передачі 
голосу  і  даних  до  мультимедіа  та  відео.  Розвиток  нових  мережевих 
технологій, що  забезпечують  надання  все  більшого  числа  різноманіт-
них  послуг,  змушують  світове  телекомунікаційне  співтовариство  по-
глянути на питання якості послуг зв’язку та систему їх управління як 
на  один  з  найважливіших  чинників  ефективного  розвитку  конкурую-
чого  ринку  надання  послуг  зв’язку.  Система  управління  якістю  –  це 
сукупність  параметрів  і  механізмів,  які  забезпечують  відповідність 
якості послуг встановленим вимогам. Метою введення такої системи є 
максимізація  задоволення  користувача  наданою  послугою  для  підви-
щення попиту на неї. В даному випадку йдеться про керування рівнем 
випромінюваної терміналами потужності для того, щоб збільшити єм-
ність мережі, розширити зону радіопокриття, підвищити якість зв’язку 
і знизити енергоспоживання. Для досягнення перерахованих цілей ме-
ханізми  регулювання  потужності,  як  правило,  домагаються  максима-
льного збільшення рівня корисного сигналу при одночасному знижен-
ні рівня радіоперешкод. 

Однією  з  особливостей  технологій  LTE  є  те,  що  у  вихідному  ка-

налі  сигнали  є  ортогональними,  а  значить,  взаємні  радіоперешкоди 
між  користувачами  однієї  соти  відсутні  –  принаймні,  за  ідеальних 
умов  радіозв’язку.  Рівень  перешкод,  створюваний  користувачам 
сусідніх  сот,  залежить  від  місця  розташування  випромінюючого 
мобільного терміналу, а точніше, від рівня загасання його сигналу на 
шляху  до  цих  стільників.  Загалом,  чим  ближче  термінал  до  сусідньої 
соти,  тим  вище  рівень  створюваних  ним  перешкод  в  ній.  Відповідно 

Н

АУКОВО

-

ПРАКТИЧНА КОНФЕРЕНЦІЯ

«ПРОБЛЕМИ

ЕКСПЛУАТАЦІЇ

ТА

ЗАХИСТУ

ІНФОРМАЦІЙНО-КОМУНІКАЦІЙНИХ

СИСТЕМ» 

2

–

5

 ЧЕРВНЯ 

2014

 Р

.,

Н

АЦІОНАЛЬНИЙ АВІАЦІЙНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

,

 М

.

К

ИЇВ

86 

термінали,  що  знаходяться  на  більш  далекій  відстані  від  сусідньої 
соти,  можуть передавати сигнали більшої потужності, ніж термінали, 
розташовані поруч з нею. 

Ортогональність  сигналів  у  вихідному  каналі  LTE  дозволяє 

мультиплексувати  сигнали  термінальних  пристроїв  різної  потужності 
в  цьому  каналі  в  одній  і  тій  же  соті.  Це  означає,  що  замість 
компенсації  сплесків  рівня  сигналу,  що  виникають  внаслідок 
багатопроменевого 

поширення 

радіохвиль 

(шляхом 

зниження 

випромінюваної потужності), їх (сплески) можна використовувати для 
збільшення  швидкості  передачі  даних  за  допомогою  механізмів 
диспетчеризації  та  адаптації  каналу  зв’язку.  Функція  диспетчеризації 
залежно  від  стану  каналу  виділяє  користувачам  кращі  ресурси.  Бага-
тоантенні  технології  зменшують  завмирання  сигналу,  а  механізми 
адаптації каналу задіють такі методи модуляції та кодування сигналу, 
які гарантують найкращу якість зв’язку в конкретних умовах. У вихі-
дному  каналі  зв’язку  механізм  регулювання  потужності  дозволяє  до-
сягти високої якості сигналу і боротися з взаємними перешкодами. 

В  ході  проведених  досліджень  було  розроблено  удосконалену 

систему  регулювання  випромінюваної  потужності  базових  станцій 
мереж LTE. На відміну від існуючих методів регулювання потужності 
передавачів БС стільникових мереж зв’язку, удосконалений метод на-
дає  змогу  підтримувати  постійну  швидкість  передавання  даних  в  сті-
льниковій мережі, при цьому забезпечуючи допустиму імовірність бі-
тової  помилки  та  підтримуючи  необхідне  відношення  сигнал/шум  на 
приймальній стороні.

Це надає змогу отримувати користувачам стільникових мереж ви-

соку якість зв’язку, при цьому не збільшується негативний вплив еле-
ктромагнітного випромінювання від БС. Крім того удосконалена сис-
тема  регулювання  випромінюваної  потужності  надає  можливість  збі-
льшити  ємність  мережі,  розширити  зону  радіопокриття  та  знизити 
енергоспоживання. 

Н

АУКОВО

-

ПРАКТИЧНА КОНФЕРЕНЦІЯ

«ПРОБЛЕМИ

ЕКСПЛУАТАЦІЇ

ТА

ЗАХИСТУ

ІНФОРМАЦІЙНО-КОМУНІКАЦІЙНИХ

СИСТЕМ» 

2

–

5

 ЧЕРВНЯ 

2014

 Р

.,

Н

АЦІОНАЛЬНИЙ АВІАЦІЙНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

,

 М

.

К

ИЇВ

87 

УДК 621.391 (043.2) 

Л.В. Беленчак 

Національний авіаційний університет, м. Київ 

НАДВИСОКОЧАСТОТНА ЛІНІЯ ЦИФРОВОГО ЗВ’ЯЗКУ (VDL) 

РЕЖИМУ 2 

VHF  Datalink  (VDL)  –  це  засіб  передачі  інформації  між  повітря-

ними суднами і наземними станціями. В даний час, VDL-2 є основною 
версією  VDL,  і  єдиним  режимом,  що  підтримує  Controller-Pilot  Data 
Communications  Link  (CPDLC).  Мережі  VDL-2,  мережі  цифрового 
зв’язку високої швидкості і високої ємності забезпечують приблизно в 
20  разів  більшу  ємність  повідомлень,  ніж  зазвичай  використовують 
сьогоднішні  системи  ACARS.  Збільшені  швидкість  і  ємність  підтри-
мують  CPDLC,  в  якому  визначені  набори  текстових  інструкцій  і  по-
відомлень замінили звичайні обміни інформації. Ці набори інструкцій 
призначені  для  полегшення  управління  повітряним  рухом  при  радіо-
перевантаженнях.  В  VDL-2  використовується  модуляція  D8PSK  і  ме-
тод управління множинним доступом з контролем несної (CSMA). 

Цифровий канал передачі даних VDL-2 є одним з каналів мережі 

авіаційного  електрозв’язку  (ATN),  що  має  в  основі  7-рівневу  модель 
взаємодії відкритих систем (OSI) ISO. 

Канал VDL-2 виконує функції трьох нижчих рівнів моделі OSI. 
Рівень 1  (фізичний)  забезпечує  управління  частотою  передачі, 

модуляцію і демодуляцію сигналу, а також функції сповіщення. 

Рівень 2 (канальний) забезпечує надійну передачу пакетів даних і 

доступ  до  фізичного  каналу,  він  розділяється  на  два  підрівні  і  об’єкт 
управління.  Підрівень  управління  доступом  до  середовища  передачі 
(MAC)  використовує  метод  множинного  доступу  з  контролем  несної 
(CSMA). 

Рівень 3  (мережевий)  забезпечує  доступ  до  підмережі  ATN  і  ви-

значається ISO 8208. Цей протокол також відповідає за передачу паке-
тів в мережі, відновлення в випадку помилок, управління потоком да-
них, фрагментацію і зборку пакетів, а також управління зв’язками. 

Основною рисою VDL-2 є значне підвищення пропускної здатно-

сті  каналу  і  ефективності  використання  радіочастотного  спектру.  Ця 
перевага дозволила замінити існуючі системи або покращити їхню ро-
боту завдяки використанню фізичного каналу VDL-2. 

Н

АУКОВО

-

ПРАКТИЧНА КОНФЕРЕНЦІЯ

«ПРОБЛЕМИ

ЕКСПЛУАТАЦІЇ

ТА

ЗАХИСТУ

ІНФОРМАЦІЙНО-КОМУНІКАЦІЙНИХ

СИСТЕМ» 

2

–

5

 ЧЕРВНЯ 

2014

 Р

.,

Н

АЦІОНАЛЬНИЙ АВІАЦІЙНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

,

 М

.

К

ИЇВ

88 

Для вирішення існуючих задач великий практичний інтерес скла-

дає  розробка  mesh-мережі.  Здатність  таких  мереж  ретранслювати  по-
відомлення,  використання  різноманітних  алгоритмів  підтримки 
зв’язку і невеликий об’єм службових даних дозволить скласти мережу 
повного зв’язку (кожен з кожним), де кожен вузол може вести переда-
чу  даних  з  будь-яким  ПС,  використовуючи  для  цього  інші  вузли.  Та-
кож це дозволить вирішити проблему втрати радіовидимості і зв’язку 
з диспетчером через особливості місцевості. Наприклад: здійснюється 
виліт літака з аеропорту, в цей же момент до аеропорту наближається 
інший літак для заходу на посадку. Припустимо, що через погану ра-
діовидимість диспетчер не може зв’язатись з ПС,  що заходить на по-
садку. За відсутності мережі це може призвести до зіткнення, якщо лі-
так  здійснює  аварійну  посадку.  Якщо  ж  ми  маємо  повну  мережу 
зв’язку, тоді диспетчер зможе одночасно помітити ПС і дати коректу-
ючи команди для безпечного приземлення судна. 

Для перевірки доцільності розробки mesh-надстройки для режиму 

VDL  Mode  2  необхідно  провести  попередній  аналіз  структури.  Для 
цього  були  проведені  розрахунки  необхідної  дальності  радіозв’язку  і 
розрахунки  ймовірності пропускної  здатності  мережі.  Всі розрахунки 
враховують вплив умов середовища поширення радіосигналу. 

Радіомережа є зв’язковою тоді, коли між будь-якою парою радіо-

станцій існує маршрут, котрий, в загальному випадку, може включати 
декілька ретрансляцій. Для оцінки зв’язковості використовуються на-
ступні допущення: 

– для  зв’язності  радіостанцій  необхідна  дальність  радіозв’язку 

повинна бути не менше ніж R; система, яку аналізують пропонується 
як однорідна, тобто значення R для всіх радіостанцій однакове; 

– територіальний розподіл радіостанцій є пуассонівським; 
– при  поширенні  радіохвиль  враховуються  середні  втрати  поши-

рення, повільні та швидкі завмирання; 

– в якості антени використовується кругова антенна решітка. 
Метою аналізу є оцінка такого значення дальності радіозв’язку R, 

яке  за  заданої  густини  радіостанцій  системи  передачі  даних  λ

S

  забез-

печуватиме  зв’язок  радіостанцій  з  ймовірністю  P

CON

 ≥ Р

CON_ТРЕБ

,  де 

P

CON_ТРЕБ

 – необхідна ймовірність зв’язку радіостанцій. 

Під зв’язком радіостанцій розуміють ситуацію, яка з визначеною 

вірогідністю  P

ISO

  виключає  наявність  ізольованих  радіостанцій  в  сис-

темі зв’язку. Ізольованою вважається така радіостанція, яка з визначе-

Н

АУКОВО

-

ПРАКТИЧНА КОНФЕРЕНЦІЯ

«ПРОБЛЕМИ

ЕКСПЛУАТАЦІЇ

ТА

ЗАХИСТУ

ІНФОРМАЦІЙНО-КОМУНІКАЦІЙНИХ

СИСТЕМ» 

2

–

5

 ЧЕРВНЯ 

2014

 Р

.,

Н

АЦІОНАЛЬНИЙ АВІАЦІЙНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

,

 М

.

К

ИЇВ

89 

ною імовірністю P

ISO

 виявляється поза зоною радіопокриття інших ра-

діостанцій. Зона радіопокриття визначається дальністю радіозв’язку R. 

На  графіках  (рис. 1)  представлена  залежність  дальності  радіо-

зв’язку від площі радіопокриття і кількості радіостанцій. 

Рис. 1. Залежність дальності радіозв’язку від площі радіопокриття                                

і кількості радіостанцій 

Проаналізувавши  графіки  можна  зробити  висновок,  що  зі  збіль-

шенням показника середніх втрат поширення, необхідна дальність ра-
діозв’язку R збільшується, а зі збільшенням числа вузлів мережі k, не-
обхідна дальність зменшується. 

Ще одна відмінна особливість ДВЧ лінії передачі даних режиму 2 

полягає в тому, що існує можливість не тільки контроля повідомлень 
на рівні цілісності, але й прямого виправлення помилок. Дана перевага 
забезпечує кодування кадра даних кодом Ріда-Соломона, що дозволяє 
не усі пошкоджені повідомлення передавати повторно, і, в кінцевому 
рахунку, збільшує ефективність використання радіоканала. 

Завдання оцінки пропускної здатності радіостанцій самоорганізо-

ваної  радіомережі  вирішується  використанням  методики  оцінки  про-
пускної  здатності  імовірнісним  способом. Методика  враховує  апріор-
ну невизначеність територіального розподілу радіостанцій, умови по-
ширення  радіохвиль  і  імовірність  передачі  радіостанції.  Отримані 
співвідношення дозволяють в явному виді визначити пропускну здат-
ність радіостанцій мережі при використанні ненаправлених антен. 

На графіках (рис. 2) представлені залежності пропускної здатнос-

ті  від  імовірності  передачі  радіостанції  та  від  кількості  сусідів  радіо-
станції, для випадку ненаправлених антен.