ГЛАВА 2. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ СИНТЕЗА РАДИОСЕТИ С МИНИМАЛЬНОЙ ПОЛОСОЙ РАБОЧИХ ЧАСТОТ
2.1. Сущность задачи синтеза радиосети с минимальным количеством рабочих частот
Содержанием данной главы являются: обоснование выбора основных параметров сети, определение показателей ее качества и затрат на реализацию. Формируется целевая функция задачи синтеза сети и определяются ее ограничения. Проводится их анализ для выбора рационального способа решения поставленной задачи.
Радиосеть (сеть) характеризуется структурой, техническими характеристиками, режимами работы оборудования в узлах и т.п., а также технико-экономическими показателями (ТЭП): надежностью, количеством рабочих частот (суммарной полосой частот), стоимостью развертывания и эксплуатации.
Задачей синтеза сети, как правило, является определение численных значений указанных параметров сети, при которых один из ТЭП должен быть оптимальным (минимальным или максимальным), а остальные - не превышать некоторые заданные значения [65]. По существу, решение задачи синтеза - это процесс определения значений основных параметров сети, однозначно определяющих ее конфигурацию.
Выделяют три вида постановки [61] задачи синтеза сети:
- минимизация полосы частот сети при удовлетворении требований к показателям надежности, стоимости и пропускной способности;
- минимизация стоимости сети при удовлетворении требований к показателям надежности и полосе частот радиосети;
- повышение показателей надежности сети при ее заданных стоимости и полосе частот.
В диссертационной работе разрабатывается методика решения задач первого вида. При этом под полосой частот сети подразумевается суммарная полоса частот.
2.2. Определение основных параметров сети. Их влияние на ее технико-экономические показатели
2.2.1. Определение основных параметров радиосети
Постановка задачи синтеза сети требует определения набора ее основных параметров, необходимых и достаточных для решения задачи синтеза сети. Анализ источников [46, 54, 79, 77] показал, что целесообразно использовать два набора параметров. Первый из них описывает структуру сети и взаимодействие ее узлов, второй - технические характеристики радиооборудования узлов.
В качестве параметров структуры и взаимодействия узлов сети оказалось целесообразным принять множество ее узлов и элементы трех нижеуказанных матриц.
- Множество узлов сети, соответствующее точкам с координатами , , где Xi,Yi,Zi - географические координаты узла i. Будем считать, что первый узел является коммутационным центром сети, с которым корреспондируют остальные узлы.
- Матрица тяготения (узлов) - , где - скорость цифрового потока, исходящего из узла i и поступающего на узел j, , . В [46] сходную матрицу для телефонных каналов называют матрицей пучков прямых каналов, в других источниках - матрицей задания нагрузок.
- Взвешенная матрица связности узлов (далее матрица связности) - , где - пропускная способность ветви (непосредственного соединения без промежуточных узлов) между узлами i и j, , [79]. Элементы матрицы связности соответствуют множеству ветвей сети . Данное представление матрицы связности в отличие от классического дает информацию о пропускной способности ребер графа (линий сети). В [46] матрица подобного вида названа матрицей пропускных способностей ветвей (ребер графа).
- Матрица путей сети - , где - совокупность независимых путей () от узла i к узлу j. Путь , , состоит из совокупности узлов сети и связывающих их ветвей, - совокупность ветвей пути между узлами i и j, - совокупность узлов, входящих в путь между узлами i и j.
Перечисленный набор параметров отличается от известного [46, 79] введением матрицы путей P, удобной для расчета надежности сети.
Принимается, что рассматриваемые сети - некоммутируемые, с детерминированными потоками. Перераспределение потоков в узлах сети производится мультиплексорами (демультиплексорами) с основного пути на резервные (если они имеются).
До начала проектирования сети местоположения узлов и их потребность в канальной емкости (пропускной способности) с центром коммутации считаются известными, поскольку координаты узлов сети Si и матрица тяготения - заданы. Матрицы путей и связности , должны быть найдены в процессе решения задачи синтеза сети.
Параметры радиооборудования узлов сети. Основные параметры, определяемые в процессе проектирования, - высота подъема антенны (над поверхностью Земли) и ее диаметр (коэффициент усиления ); мощность передатчика ; минимальная мощность на входе приемника, необходимая для демодуляции сигнала с требуемым значением BER, а также требуемое отношение сигнал/шум на входе приемника ; полоса частот , занимаемая каналом; центральная рабочая частота .
Допустимые значения рабочих частот (сетка частот), полос частот каналов , а также максимальной мощности передатчика определяются нормативными документами [ITU]. Большинство типов радиоаппаратуры допускает изменение полос рабочих частот, уровней мощности. Их рабочие значения определяются режимом работы используемой радиоаппаратуры. Значения параметров и , зависят от пропускной способности канала между узлами (матрица ), от выделенной полосы частот для канала, а также от типа радиооборудования.
В отдельных случаях необходим учет дополнительных параметров, например: АЧХ фильтров приемного тракта, параметров сигнатуры тракта приемника, характеристик диаграммы направленности антенн, уровня внеполосных излучений, видов модуляции, кодирования и т.п.
Указанные параметры радиооборудования также оказалось целесообразным представить в виде двух матриц:
- Матрицы параметров оборудования - . Здесь - элемент матрицы определяет параметры оборудования узла i, связанного с узлом j, , , g = 1,...,k, где k - количество радиоканалов между узлами i и j. Элемент . В свою очередь, - высота подвеса антенны РРС; - ее диаметр; - мощность передатчика; - мощность на входе приемника, необходи