Дисертації (ЕКІР)
Постійне посилання зібрання
Переглянути
Нові надходження
Документ Відкритий доступ Підвищення завадозахищеності безпроводового зв’язку в умовах просторово-енергетичних обмежень(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2026) Полонська, Валерія Юріївна; Уривський, Леонід ОлександровичПолонська В.Ю. Підвищення завадозахищеності безпроводового зв’язку в умовах просторово-енергетичних обмежень. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 172 – Телекомунікації та радіотехніка. – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, 2026. При поширені сигналів безпроводового зв’язку у вільному просторі, корисний сигнал зазвичай може спотворюватися під дією різних факторів, серед яких: загасання сигналу при поширенні; заломлення або поглинання променів корисного сигналу через зміну погодних умов – тобто рефракція чи абсорбція і багато інших. Але одною з найбільших проблем, пов’язаних із забезпеченням достовірності прийому сигналів, є проблема багатопроміневості (Multipath propagation), при якій до приймача сигнали можуть приходити декількома різними шляхами: наприклад, прямий сигнал і сигнал відбитий від довільних поверхонь що трапилися на його шляху. Для боротьби з багатопроменевістю можливо використовувати багато різних засобів, таких як: адаптивні кодування чи/і модуляція, технологія OFDM (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing) та ін. В дисертації досліджено доцільність та ефективність використання саме адаптивного OFDM для заданого каналу зв’язку. Хоча OFDM є дієвим інструментом боротьби з багатопроменевістю, але має цілий ряд недоліків, серед яких: - висока енергозатратність через розділення каналу на багато підпотоків (піднесучих OFDM). Для підтримки необхідного енергетичного рівня для передачі OFDM сигналу слід використовувати більш ефективні і дорожчі підсилювачі потужності в базових станціях; - втрата інформаційної, частотної ефективності через використання захисного інтервалу (GI – Guardian Interval) – службової частинки, що не несе в собі корисної інформації; - високе відношення пікової до середньої потужності (PAPR) – тобто можливе випадкове накладання піднесучих OFDM одна на одну по фазі що утворить високі пікові значення амплітуди; Cеред відзначених ризиків найбільш суттєвими є перші два фактори. Тому центральним завданням дослідження є оптимізація параметрів OFDM (кількості піднесучих і довжини захисного інтервалу GI) з урахування просторово-енергетичних обмежень розповсюдження завад в каналі зв’язку. Такий підхід визначає актуальність дослідження. Під завадозахищеністю каналу зв’язку в контексті дослідження слід мати сукупність властивостей каналу і методів передачі інформації в цьому каналі, які впливають на здатність системи протистояти впливу завад і при цьому передавати інформацію з заданою достовірністю. Мірою підвищення завадозахищеності виступає покращення відношення потужності сигналу над потужністю завад в результаті використання запропонованих методів та методик. Отже, використання інструменту OFDM дозволить підвищити завадозахищеність каналу шляхом зменшення впливу багатопроменевості через зміну часових характеристик переданого сигналу, виходячи із визначення просторово-енергетичних параметрів каналу зв’язку, а саме через використання захисного інтервалу GI на початку кожного розтягнутого OFDM символу – технічної частинки символу, на яку, як очікується, будуть накладатися завади, тим самим не впливаючи на частину символу, що містить корисну інформацію. Новизна підходу до визначення структури адаптивного режиму OFDM в дисертації полягає у використанні моделі овалів Кассіні в якості моделі для обчислення області навколо приймача, що є суттєвою для розповсюдження радіохвиль в умовах багатопроменевості. Тобто стало можливим обчислити область навколо приймача, в середині якої відгуки корисних сигналів при відбитті від довільних поверхонь в середині цієї області будуть потрапляти в приймач, і при цьому їх потужність буде вищою за чуттєвість приймача. Визначення такої області відкриває дві можливості: по-перше, розрахувати енергетичний вплив таких завад, тобто визначити значення сигнал/шум (це є просторово-енергетична модель поширення завад), а по-друге, геометрично визначити і розрахувати час затримки відгуків сигналів і ступінь їх накладання на сусідні корисні сигнали (тобто просторово-часова модель поширення завад). Саме просторова модель поширення багатопроменевості дає можливість точно визначити і вирахувати на скільки треба «розтягувати» сигнал, тобто яка потрібна кількість піднесучих OFDM (NOFDM) і якої довжини має бути захисний інтервал (GI), для того, щоб завади накладалися саме на службову частину, а не на корисну частину сигналу, тим сам послабляючи вплив багатопроменевості і підвищуючи завадостійкість каналу. Іншими словами, цей метод дає можливість робити OFDM адаптивним інструментом пристосування під параметри каналу: можливість обирати лише необхідну кількість піднесучих і достатню довжину захисного інтервалу, при яких не відбувається надмірне використання ресурсів каналу зв’язку. Загальним підсумком дослідження є оцінка ефективності використання запропонованого методу підвищення завадозахищенності безпроводового зв’язку в умовах просторово-енергетичних обмежень: а саме інформаційна, частотна і енергетична ефективності. Важливими є результати аналізу отриманих обчислень і порівняння їх з існуючими методами, тобто порівняння показників ефективності для каналів зв’язку з адаптивними і звичайними режимами використання OFDM. Дослідження питань підвищення завадостійкості безпроводового зв’язку в умовах просторово-енергетичних обмежень дає змогу економити енергетичні ресурси каналу для заданих параметрів передачі за рахунок обґрунтовано визначених параметрів сигналів OFDM. Новими і дисертації є наступні результати. 1. Досліджено вплив просторово-енергетичних обмежень на можливості забезпечення якісного безпроводового зв'язку в умовах багатопроменевості. На основі розробленої просторово-енергетичної моделі розповсюдження радіохвиль в гігагерцовому діапазоні та виникнення фактору багатопроменевості при цьому визначена область навколо приймача, в середині якої всі відбиті промені перевищують чутливість приймача і впливають на прийом і обробку корисного сигналу. Вказана область дає змогу визначити рівень потужності завад, що будуть прийняті приймачем, оцінити їх вплив на завадостійкість радіоканалу і тим кількісно означити просторово-енергетичні обмеження. 2. Запропоновано вдосконалену модель визначення кількості піднесучих OFDM для послаблення впливу багатопроміневості на якість передавання сигналів в безпроводовому каналі зв’язку з використанням просторовоенергетичної моделі багатопроміневості. Кількісно визначено виграш в завадозахищенності від використання технології OFDM, що є чинником підвищення завадозахищенності безпроводового зв’язку в умовах просторовоенергетичних обмежень. 3. Розроблено методику визначення захисного інтервалу символу OFDM в умовах прояви багатопроміневості. Завдяки скороченню довжини цього інтервалу, розрахованого за новою методикою, досягається виграш по енергетиці корисного сигналу по відношенню до завад в каналі порівняно зі стандартними методиками використання OFDM, що є чинником підвищення завадозахищенності безпроводового зв’язку в умовах просторово-енергетичних обмежень. 4. Вдосконалено методику оцінки ефективності використання ресурсів каналу зв’язку в умовах багатопроміневості. Запропонована методика оцінки ефективності передавання сигналів з OFDM в умовах просторово-енергетичних обмежень, яка дозволяє відображати динаміку зміни показників енергетичної, частотної та інформаційної ефективності. Практичне значення отриманих результатів полягає в тому, що розроблена просторово-енергетична модель багатопроменевого поширення створює основу для вирішення прикладних задач проектування та оптимізації параметрів систем безпроводового зв'язку, зокрема, дозволяє: – здійснювати обґрунтований розрахунок та вибір параметрів системи OFDM (кількість піднесучих, тривалість захисного інтервалу, тип модуляції та швидкість кодування); – проводити порівняльну оцінку ефективності системи з використанням OFDM як адаптивного інструменту з точки зору ймовірності помилки, пропускної здатності та продуктивності, а також показників ефективності: енергії, частоти та інформації; – використовувати розроблену просторово-енергетичну модель багатопроменевого поширення (на основі овалів Кассіні) в каналі безпроводового зв'язку для проведення лабораторних досліджень та навчально-методичного забезпечення підготовки фахівців у галузі безпроводових, зокрема, мобільних мереж нового покоління. – формулювати практичні рекомендації щодо підвищення завадостійкості та ефективності передачі в умовах багатопроменевого поширення сигналів.