Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Принципы построения самоорганизующихся пакетных радиосетей 11
1.1. Определение пакетных радиосетей 11
1.2. Классификация пакетных радиосетей 12
1.3. Протоколы многостанционного доступа пользователей пакетных радиосетей 17
1.4. Особенности функционирования самоорганизующихся радиосетей
1.4.1. Определение самоорганизующихся пакетных радиосетей 22
1.4.2. Протоколы канального уровня 25
1.4.3. Протоколы сетевого уровня 29
1.5. Особенности управления топологией самоорганизующихся радиосетей. 33
1.5.1. Определение управления топологией самоорганизующихся радиосетей 33
1.5.2. Реализация управления топологией в стандарте 802.lis 35
1.5.3. Особенности управления мощностью передачи в самоорганизующихся радиосетях 1.6. Особенности использования направленных антенн в системах радиосвязи 42
1.7. Особенности функционирования самоорганизующихся радиосетей на основе радиостанций с направленными антеннами 45
1.8. Анализ существующих алгоритмов установления и ведения связи в самоорганизующихся пакетных радиосетях на основе радиостанций с направленными антеннами 47
1.9. Постановка задач исследования 49
Глава 2. Математическая модель режимов работы радиостанции с направленной антенной 52
2.1. Постановка задачи 52
2.2. Коэффициент направленного действия круговой антенной решетки 54
2.3. Коэффициент усиления круговой антенной решетки 58
2.4. Математическая модель режимов работы радиостанции с направленной антенной
2.4.1. Сеанс направленной передачи и направленного приема 62
3.4.1. Сеанс направленной передачи и ненаправленного приема 66
2.5. Оценка коэффициентов усиления круговой антенной решетки радиостанции в составе самоорганизующейся радиосети 6В
Выводы 71
Глава 3. Оценка связности радиостанций самоорганизующейся пакетной радиосети 72
3.1. Постановка задачи 72
3.2. Математическая модель радиоканала 75
3.3. Оценка связности радиостанций 78
3.3.1. Вероятность изоляции радиостанции 79
3.4.3. Вероятность связности радиостанций 88
3.4. Оценка требуемой дальности радиосвязи 90
3.5. Оценка требуемой плотности радиостанций 92
3.6. Методика оценки связности радиостанций с направленными антеннами 97
Выводы 102
Глава 4. Оценка пропускной способности радиостанции самоорганизующейся пакетной радиосети 103
4.1. Постановка задачи 103
4.2. Влияние неопределенности территориального распределения радиостанций на уровень внутрисистемных помех 106
4.3. Влияние уровня внутрисистемных помех на вероятность успешного радиоприема радиостанции сети 4.4. Методика оценки пропускной способности радиостанций с направлен- 113 ными антеннами Выводы 120
Глава 5. Реализация алгоритма управления радиостанцией с направленной антенной в составе самоорганизующейся пакетной радиосети 121
5.1. Постановка задачи 121
5.2. Алгоритм установления и ведения связи радиостанции с адаптивно формируемой диаграммой направленности 123
5.3. Имитационная модель самоорганизующейся пакетной радиосети на основе радиостанций с направленными антеннами 127
5.4. Оценка показателей функционирования самоорганизующейся пакетной радиосети на основе радиостанций с направленными антеннами 131
Выводы 132
Заключение 133
Список литературы
- Протоколы сетевого уровня
- Коэффициент усиления круговой антенной решетки
- Оценка связности радиостанций
- Алгоритм установления и ведения связи радиостанции с адаптивно формируемой диаграммой направленности
Введение к работе
Актуальность работы. Самоорганизующиеся пакетные радиосети (СПРс) представляют собой динамическую самоорганизующуюся топологию построения сетей мобильной радиосвязи, предполагающую отсутствие фиксированной инфраструктуры и централизованного управления. Все узлы сети мобильны и обмениваются информацией непосредственно между собой или применяют ретрансляцию передаваемых пакетов. Под узлами самоорганизующейся пакетной радиосети понимаются радиостанции, оснащенные радиоконтроллерами и реализующие функции маршрутизации.
В настоящее время самоорганизующиеся пакетные радиосети находятся вне конкуренции по оперативности развертывания, мобильности и широте возможных приложений, а во многих случаях представляют собой единственное экономически оправданное решение.
Известными недостатками работы самоорганизующихся радиосетей на основе радиостанций с ненаправленными антеннами является невозможность обеспечения современных требований к качеству обслуживания вследствие необходимости ретрансляций, непостоянство пропускной способности радиоканала, зависимость пропускной способности от расстояния между подвижными радиостанциями, мощности передачи, количества соседних узлов и уровня создаваемого ими трафика и т.д.
Современные тенденции совершенствования самоорганизующихся пакетных радиосетей заключаются в применении адаптивных антенных систем, которые позволяют повысить пропускную способность радиосети и качество обслуживания пользователей.
Для практической реализации указанных выше преимуществ необходима разработка соответствующих алгоритмов управления радиостанцией с адаптивно формируемой диаграммой направленности. В связи с этим тема работы представляется весьма актуальной.
Объектом исследования является пакетная сеть с децентрализованным управлением, построенная на распределенных по территории радиостанциях.
Предметом исследования являются вопросы функционирования радиостанций самоорганизующейся пакетной радиосети.
Цель диссертационной работы является повышение связности и пропускной способности самоорганизующихся пакетных радиосетей.
Научной задачей является разработка методик оценки связности, пропускной способности и алгоритма управления радиостанцией с адаптивно формируемой диаграммой направленности антенны самоорганизующейся пакетной радиосети.
Методы исследований. При выполнении исследований были использованы методы специальных математических функций, интегрального исчисления, теории антенных решеток, теории вероятностей и имитационного моделирования.
Достоверность полученных результатов обеспечена адекватным применением используемых математических методов, корректностью постановки решаемых задач, а также используемых допущений и ограничений, непротиворечивостью полученных результатов известным результатам предшествующих исследований, обсуждением полученных научных результатов на научно-технических конференциях, публикацией основных результатов работы в журналах, соответствием применяемых моделей физическим процессам в самоорганизующихся пакетных радиосетях, имитационным моделированием.
Научная новизна работы. В диссертационной работе впервые получены следующие новые результаты.
-
Систематизированы вопросы функционирования самоорганизующихся пакетных радиосетей, которые определяют принципы управления радиостанцией с адаптивно формируемой диаграммой направленности антенны.
-
Разработана математическая модель режимов работы радиостанции с адаптивно формируемой диаграммой направленности антенны в составе самоорганизующейся пакетной радиосети, на основе которой выполнена оценка коэффициентов усиления полезного сигнала и внутрисистемных помех при работе радиостанций сети в общем радиоканале.
-
Разработана методика оценки связности радиостанций с адаптивно формируемыми диаграммами направленности антенны в составе самоорганизующейся пакетной радиосети, учитывающая неопределенность территориального распределения радиостанций и влияние медленных и быстрых замираний в радиоканале.
-
Разработана методика оценки пропускной способности радиостанций с адаптивно формируемыми диаграммами направленности антенны в составе самоорганизующейся пакетной радиосети, учитывающая неопределенность территориального распределения, влияние медленных и быстрых замираний и вероятность передачи радиостанций, работающих в общем радиоканале.
-
Разработан алгоритм управления радиостанций с адаптивно формируемой диаграммой направленности антенны в составе самоорганизующейся пакетной радиосети.
-
Разработана дискретно-временная имитационная модель самоорганизующейся пакетной радиосети на основе радиостанций с адаптивно формируемой диаграммой направленности антенны, учитывающая неопределенность территориального распределения, влияние медленных и быстрых замираний, уровень внутрисистемных помех.
Практическая ценность работы. Результаты оценки связности и пропускной способности позволяют выполнить построение начального приближения самоорганизующейся радиосети, оценить число и параметры радиосредств, необходимые для организации радиосвязи на заданной территории, оценить вероятность успешного радиоприема и, соответственно, пропускную способность радиостанций в условиях воздействия внутрисистемных и преднамеренных помех.
Предложенный алгоритм управления радиостанциями сети может быть реализован в качестве протокола канального уровня, достоинствами которого являются отсутствие необходимости внешней синхронизации, наличия опорного сигнала для адаптивного формирования диаграммы направленности и инвариантность к протоколу маршрутизации.
Реализация результатов работы. Результаты работы внедрены в учебный процесс СПбГУТ им. проф. М.А.Бонч-Бруевича.
Апробация результатов работы и публикации. Материалы диссертации опубликованы в 11 работах. Основные результаты диссертационного исследования были доложены на 58-й, 59-й, 60-й и 61-й НТК профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов СПбГУТ (СПб, 2006, 2007, 2008, 2009).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, библиографического списка, включающего 66 наименований, и приложения. Работа содержит 143 страницы текста , 44 рисунка и 12 таблиц.
Основные научные положения, выносимые на защиту
-
Математическая модель режимов работы радиостанций сети с адаптивно формируемой диаграммой направленности антенны.
-
Методика оценки связности радиостанций самоорганизующейся пакетной радиосети.
-
Методика оценки пропускной способности радиостанций самоорганизующейся пакетной радиосети.
-
Алгоритм управления радиостанцией с адаптивно формируемой диаграммой направленности антенны в составе самоорганизующейся пакетной радиосети.
-
Имитационная модель функционирования самоорганизующейся пакетной радиосети на основе радиостанций с адаптивно формируемой диаграммой направленности антенны.
Протоколы сетевого уровня
Коммерческие пакетные радиосети обеспечивают информационный обмен между территориально распределенными компаниями, фирмами и их филиалами, различными коммерческими структурами, производящими банковские операции. Оперативность обмена информацией и обработка данных позволяют пользователям своевременно принимать адекватные решения.
Основная задача специальных пакетных радиосетей заключается в обслуживании пользователей, которые предъявляют специфические требования к сети. В качестве примеров подобных ПРс можно привести пакетные радиосети военного назначения, а также управления подвижным составом на железной дороге, судами морского, речного флотов, воздушным движением.
В наиболее неблагоприятных условиях функционируют ПРс военного назначения. Современные операции характеризуются высокой динамичностью изменения обстановки, маневренностью группировок войск, а также масштабностью разрушений, наносимых противостоящими сторонами. Важными факторами, влияющими на качество принятия решений должностными лицами, являются процессы старения информации, адекватность получаемой информации реально складывающейся обстановке, возможность противоборствующей стороны вмешиваться в цикл управления войсками.
Поэтому основными требованиями, предъявляемыми пользователями ПРс военного назначения к качеству связи, следует считать: своевременность доставки сообщений (пакетов); достоверность их приема в пункте назначения; безопасность ведения информационного обмена. Кроме того, к сетям пакетной радиосвязи предъявляются системные требования, такие как боевая готовность, устойчивость, мобильность, пропускная способность, разведзащищенность [6].
По размаху обслуживаемой территории ПРс делятся на глобальные, территориальные и локальные, которые в зависимости от топологии могут быть зоновыми, полносвязными или радиальными.
В глобальных ПРс корреспонденты удалены на сотни и тысячи километров друг от друга. Построение глобальных ПРс диапазона высоких частот с использованием механизма распространения радиоволн, отраженных от верхних слоев ионосферы, обусловлено необходимостью обмена данными в малонаселенных и необжитых районах, где слабо развиты или отсутствуют сети связи общего пользования.
В территориальных ПРс корреспонденты могут быть удалены на десятки километров друг от друга. Количество корреспондентов и интенсивности информационного обмена между ними могут быть достаточно велики. Характерной особенностью территориальных ПРс является то, что большинство их пользователей могут быть мобильными.
В тех случаях, когда необходимо развернуть территориальные ПРс в районах со слаборазвитой сетью проводной связи, структура ПРс может иметь многопролетную топологию, которая характерна для ПРс группировок войск тактического звена, расположенных в передовых районах ведения боевых действий.
Примерами локальных ПРс являются сети с пакетной коммутацией предприятий и организаций [4]. Топология таких радиосетей имеет, как правило, полносвязную структуру.
По степени мобильности пакетные радиосети делятся на стационарные и подвижные. К стационарным ПРс предъявляются достаточно высокие требования по обеспечению пропускной способности, а к подвижным - инвариантности качества связи к скорости перемещения объектов.
В сетях радиосвязи с коммутацией пакетов используются диапазоны высоких частот (ВЧ) (3-30 МГц), очень высоких частот (ОВЧ) (30-300 МГц), ультра высоких частот (УВЧ) (300-3000 МГц), сверхвысоких частот (СВЧ) (3-30 ГГц). В ВЧ пакетных радиосетях имеется возможность передачи сообщений без ретрансляции на большие расстояния. Однако скорость передачи в таких ПРс не превышает единиц кбит/с. В УВЧ-СВЧ диапазоне скорость передачи может достигать десятков Мбит/с, но для обеспечения связи за пределами прямой видимости требуется применение ретрансляции сигналов [3].
Дополнительными факторами, оказывающими влияние на качество и эффективность пакетной радиосвязи в диапазоне СВЧ являются известные ограничения на пропускную способность радиоканалов с многостанционным доступом и электромагнитная доступность источников радиоизлучений, позволяющая в принципе вскрыть содержание передаваемых сообщений, организовать постановку преднамеренных помех и ввод в радиосеть дезориентирующей информации.
В целях уменьшения влияния указанных факторов на качество и эффективность радиосвязи с коммутацией пакетов перспективными направлениями повышения эффективности пакетной радиосвязи следует считать адаптивное управление выбором мощности излучения, формирование диаграммы направленности (ДН) фазированных антенных решеток (ФАР), алгоритмы многостанционного доступа пользователей к общему частотно-временному ресурсу, формирование маршрутов передачи пакетов в зависимости от конкретной обстановки, складывающейся в процессе обмена между пользователями ПРс.
По степени использования ресурса пакетные радиосети делятся на ПРс с закрепленным и с динамическим управляемым ресурсом. Динамическое (адаптивное) управление ресурсом является одним из эффективных способов обеспечения заданного качества связи при воздействии на ПРс различных дестабилизирующих факторов. К основным видам ресурса ПРс следует отнести: частотный, энергетический, пространственный, сигнальный и др. Адаптивное управление ПРс предполагает непрерывный текущий контроль радиоэлектронной (сигнальной и помеховой) и потоковой обстановок, проверку выполнения требований к качеству связи, а также выработку необходимых управляющих воздействий и доведение их до элементов сети.
Для реализации адаптивного управления ресурсами ПРс необходима разработка специального программного обеспечения и организация помехоустойчивого канала передачи. При этом используемые виды ресурсов ПРс удобно представить иерархической последовательностью, соотнесенной с уровнями эталонной модели взаимодействия открытых систем (ЭМВОС) [2, 6].
Коэффициент усиления круговой антенной решетки
Известно [38], что в системах радиосвязи возможности радиоприема определяются чувствительностью приемника и отношением сигнал/(шум + внутрисистемные помехи) SINR (Signal to Interference plus Noise Ratio). Так как радиостанции в составе СПРс работают в общем радиоканале, осуществляют передачи без централизованного управления, а также характеризуются априорной неопределенностью территориального распределения, отношение SINR на входе принимающей радиостанции является сложно прогнозируемой величиной.
Неопределенность территориального распределения радиостанций состоит в том, что расположение радиостанции, передающей полезный сигнал, и расположения других передающих радиостанций, которые относительно принимающей радиостанции в момент ее приема оказываются источниками внутрисистемных помех, заранее неизвестно.
Если радиостанции СПРс работают с ненаправленными антеннами, то угловое расположение радиостанции, передающей полезный сигнал относительно принимающей радиостанции, и расположения других передающих радиостанций - источников внутрисистемных помех, не влияет на отношение SINR на входе принимающей радиостанции.
Если же радиостанции СПРс работают с направленными антеннами, то отношение SINR будет непосредственно определяться угловым расположением радиостанций по отношению друг к другу в зоне действия СПРс.
Для оценки отношения SINR с учетом направленных приемов и передач, необходимо учесть не только потери на радиотрассе и мощность передатчиков, но и коэффициенты усиления антенн, поэтому задачей настоящей главы является разработка математической модели режимов работы радиостанции с направленной антенной с целью оценки коэффициента усиления сигнала G0 и коэффициента усиления внутрисистемных помех G,. Ранее было установлено, что при использовании радиостанциями СПРс адаптивных антенн, коэффициенты усиления полезного сигнала и сигналов внутрисистемных помех определяются режимами установления связи и будут различными при ведении связи.
Установление связи в СПРс на основе радиостанций с направленными антеннами заключается в предварительном обнаружении передающей радиостанцией принимающей радиостанции. Процедура обнаружения включает 2 этапа: определение направления прихода сигнала при работе на прием; формирование ДН при работе на передачу и прием.
Если процедура обнаружения предваряет сеанс ведения связи, то такой режим работы радиостанции будем называть диаграммообразованием с предварительным обнаружением DB (Beamforming with Discovery).
Если ведение связи осуществляется без предварительного обнаружения, то такой режим работы радиостанции будем называть случайным диаграммообразованием RB (Random Beamforming).
Оценку коэффициентов усиления полезного сигнала и сигналов внутрисистемных помех выполним для двух сеансов ведения связи: сеанса направленной передачи и направленного приема DD (Directional Transmission - Directional Reception); сеанса направленной передачи и ненаправленного приема DO (Directional Transmission - Omni directional Reception);
Простейшей адаптивной антенной является линейная антенная решетка (АР), в которой излучающие элементы расположены вдоль прямой на равных расстояниях друг от друга. Известно [29], что по сравнению с линейной АР, антенная решетка с круговым расположением излучающих элементов при равном их числе N обеспечивает более узкую ширину диаграммы направленности (ДН) на уровне половинной мощности ф05 и одинаковую ширину ДН ф05 по всем направлениям в азимутальной плоскости. Поэтому при оценке коэффициентов усиления будем рассматривать круговую антенную решетку. 2.2. Коэффициент направленного действия круговой антенной решетки
Способность антенны концентрировать излучаемую энергию сигнала в пространстве или, наиболее эффективно принимать энергию сигнала, приходящую из некоторой части пространства, характеризуется коэффициентом направленного действия (КНД) g(0, j ). Пространственное направление характеризуется двумя углами: углом места 9 и азимутом ф. В случае передающей антенны gTX (9,ф) указывает, во сколько раз мощность, излучаемая антенной в направлении (9,ф), превышает мощность, излучаемую ненаправленной антенной, при равенстве подводимых к антенне мощностей. В случае приемной антенны gRX(9 ) указывает, во сколько раз мощность сигнала, принимаемого из направления (9,ф), превышает мощность сигнала, принимаемого ненаправленной антенной.
Оценка связности радиостанций
Определяющим условием информационного обмена между пользователями самоорганизующейся пакетной радиосети является связность радиостанций.
Радиосеть является связной тогда, когда между любой парой радиостанций существует маршрут, который может включать несколько ретрансляций. В случае полносвязной радиосети любая пара радиостанций связана друг с другом напрямую, и ретрансляции не требуются. В нашем случае будем считать радиосеть связной, если между любой парой радиостанций существует хотя бы один маршрут, т.е. радиосеть является односвязной.
Вопросам математической оценки связности СПРс посвящено дос гаточно большое число научных работ, анализ которых позволяет выделить следующие особенности основных результатов и способов их получения [18].
Во-первых, критериями связности СПРс выступают такие параметры радиостанции, как дальность радиосвязи R или число соседей радиостанции (число радиостанций, находящихся в зоне радиопокрытия, определяемой дальностью радиосвязи).
Во-вторых, большинство математических результатов получено в предположении о пуассоновском распределении радиостанций в зоне дейсі имя сети.
В-третьих, большинство известных результатов по вопросам оценки связности СПРс получены на основе математического аппарата теории графов [44-46]. В основе такого подхода лежит высокая степень абстракции математической модели относительно реальной радиосети. Особенности РРВ, как- правило, характеризуются только средними потерями распространения.
В-четвертых, вопросы оценки связности СПРс на основе радиостанций с направленными антеннами не рассматриваются. В связи с отмеченным выше необходимо оценить связность радиостанций с учетом использования ими адаптивных антенн при следующих допущениях:
Критерием связности СПРс будем считать дальности радиосвязи R. Требуемая дальность радиосвязи между радиостанциями сети должна быть не менее чем R.
Радиосеть предполагается однородной, т.е. требуемую дальность радиосвязи между радиостанциями сети будем считать одинаковой.
Территориальное распределение радиостанций в зоне действия сети будем считать пуассоновским.
При распространении радиоволн будем учитывать не только средние потери распространения, но и медленные и быстрые замирания, которые характерны при подвижности радиостанций сети.
В качестве адаптивной антенны используется антенная решетка с круговым расположением излучателей.
Показателем связности радиостанций является вероятность отсутствия изолированных радиостанций в сети. Под связностью радиостанций понимается ситуация, которая с определенной вероятностью PCON исключает наличие изолированных радиостанций в СПРс. Изолированной считается такая радиостанция, которая с определенной вероятностью PISO оказывается вне зоны радиопокрытия других радиостанций. Зона радиопокрытия определяется дальностью радиосвязи R.
В самоорганизующейся пакетной радиосети, в зоне действия которой радиостанции ведут связь в движении, налицо неопределенность их территориального распределения. Для ее разрешения, исходя из сформулированных выше допущений, определим расстояние между соседними радиостанциями г0 и плотность радиостанций Xs = k/S, где к- число радиостанций на площади S. Допустим, что передающая радиостанция ТХ0 находится в центре полярной системы координат О, называемой полюсом (рис. 3.1). Полупрямая Ох называется полярной осью. Расположение радиостанции RX0 в зоне действия се 74 ти можно определить двумя величинами: величиной r0, выражающей расстояние между радиостанциями, и числом ф - величиной угла, образованного полярной осью и отрезком, соединяющим радиостанции. Положительным направлением отсчета угла ф считается направление против часовой стрелки.
Расположение радиостанции RXo относительно радиостанции ТХо Так как расположение принимающей радиостанции RX0 относительно передающей радиостанции ТХ0 заранее неизвестно, то величины г0 и ф являются случайными и математически описываются плотностями вероятности: f(r0) = f-;0 r0 R; (3.1) і-(ф) = -!-;0 ф 27і. 2% В выражении (3.1) величина R - дальность радиосвязи, которая определяется требованиями связности СПРс. Неопределенность территориального распределения радиостанций в зоне действия сети можно математически представить распределением Пуассона, согласно которому вероятность нахождения к радиостанций на площади S выражается формулой [49]: (х s)k Р [к на S] = e"XsSV s ; , (3.2) где Xs =k/S - плотность радиостанций. В соответствии со сформулированными выше допущениями требуется разработать методику оценки связности радиостанций.
Алгоритм установления и ведения связи радиостанции с адаптивно формируемой диаграммой направленности
Оценка связности радиостанций позволяет выполнить построение начального приближения самоорганизующейся радиосети, т.е. оценить число и параметры радиосредств, необходимые для организации радиосвязи на заданной территории.
Рассмотрим первый случай, когда необходимо оценить число радиостанций к, требуемое для связности радиосети на заданной территории. Исходными данными для определения к являются площадь зоны действия радиосети S и ограничение на дальность радиосвязи R. Задавшись вероятностью связности радиостанций PC0N и параметрами условий РРВ (показателем средних потерь распространения г\ и показателем медленных замираний adB = 10a/lnl0) в предполагаемой зоне действия сети площадью S, число радиостанций с ненаправленными антеннами к, необходимое для организации радиосвязи с вероятностью PC0N, можно оценить по формуле (3.73).
Рассмотрим второй случай, когда необходимо оценить дальность радиосвязи R, требуемую для связности радиосети на заданной территории. Исходными данными для определения R являются площадь зоны действия радиосети S и ограничение на число радиостанций к. Задавшись вероятностью связности радиостанций Рсш и параметрами условий РРВ в предполагаемой зоне действия сети площадью S, дальность радиосвязи радиостанций с ненаправленными антеннами, необходимую необходимое для организации радиосвязи с вероятностью PCON, можно оценить по формуле (3.65).
При использовании радиостанциями сети направленных антенн необходимо учесть коэффициент усиления сигнала G0. Ранее было установлено, что G0 зависит от режима работы радиостанции - диаграммообразование с предварительным обнаружением DB, или случайное диаграммообразованием RB и сеанса ведения связи — направленная передача и направленный прием DD, или направленная передача и ненаправленный прием DO. Согласно (3.19) связность радиостанций СПРс количественно характеризуется вероятностью успешного радиоприема PSUC[SNR]. Согласно (3.20) отношение SNRзависит только от мощности полезного сигнала Р0(г0,р0,а0), поэтому, для оценки влияния направленных антенн на связность радиостанций СПРс достаточно учесть влияние коэффициента усиления полезного сигнала G0 назначение Р0(г0,Р0,ос0).
Средняя мощность полезного сигнала Ро(г0) с учетом влияния коэффициента усиления G0, определяется выражением Po(r0) = G0KPTXr0-\ (3.74) Среднюю дальность радиосвязи RG с учетом влияния коэффициента усиления полезного сигнала G0 можно определить, по аналогии с (3.21), из выражений (3.18) и (3.74) по формуле а0-(О,Г В- =(G0)"nR. (3.75) КРТ V YPNO J Анализ выражения (3.75) вместе с данными табл. 2.1 - 2.4 позволяет сделать следующие выводы о влиянии коэффициента усиления сигнала G0 на среднюю дальность радиосвязи в сети: для сеанса DD в режиме RB средняя дальность радиосвязи R RB (незна чительно) уменьшается в (G BJ раз; для сеанса DD в режиме DB средняя дальность радиосвязи RQ"DB уве личивается в (G0/DB J раз; ki/n для сеанса DO в режиме RB средняя дальность радиосвязи RQRB (не ,1/л ( ПО \ Л GQ/RB J раз; для сеанса DO в режиме DB средняя дальность радиосвязи RGDB уве личивается в IG0/DB J раз. Влияние направленности антенн на вероятность изоляции радиостанции PIS0 можно оценить, подставив (3.75) в (3.53), по формуле P1S0(R,G0 Д8) = е-МСо)2/ (п,а) (3 6)
При известном числе радиостанций СПРс к, влияние направленности антенн на вероятность связности радиостанций PCON можно оценить, подставив (3.76) в (3.61), по формуле г -і і -XsirfGn) ,,R2u{n,e) PCON[R,G0As,k] = e-ke . (3.77) Если представить RG , как функцию площади территории СПРс S и числа радиостанций к, подставив в (3.77) X,s = k/S, получим формулу для оценки требуемой дальности радиосвязи с учетом влияния направленности антенн: г і 1 ln(-k/lnPmN)S 1 г -. Ro [Go S,k] = —- JAzV = 77T rR[S k] (3.78) (О0Г\ к ц(ть т) (Со),Лі
Графики на рис. 3.11 позволяют оценить требуемую дальность радиосвязи RG в зависимости от КУ полезного сигнала G0 и площади территории СПРс S, когда известно число радиостанций СПРс к. 20е к=100, т)=4. аьв=6 дБ. N=6. р=У2. а=.
Анализ графиков для требуемой дальности радиосвязи RG с учетом влияния направленности антенн, приведенных на рис. 3.11 позволяет сделать следующие выводы для RG относительно требуемой дальности радиосвязи R : RQ RB незначительно увеличивается; R-G/DB уменьшается; RQRB незначительно уменьшается; G/DB уменьшается. Таким образом, для сеанса направленной передачи и направленного приема DD в режиме диаграммообразования с предварительным обнаружением DB, требуемая дальность радиосвязи может быть уменьшена примерно в полтора раза по сравнению со случаем ненаправленных антенн. С точки зрения требуемой мощности передачи такое уменьшение требуемой дальности радиосвязи для параметра средних потерь распространения г\ = 4 эквивалентно уменьшению требуемой мощности передатчика в пять раз, что обеспечивает экономию энергопотребления радиостанций и уменьшение внутрисистемных помех в сети. При известной площади территории СПРс S, влияние направленности антенн на вероятность связности радиостанций PCON можно оценить, подставив (3.60) в (3.77), по формуле
