Сообщение

Математическое моделирование процесса передачи данных в сверхширокополосных системах локального позиционирования в реальном времени

 
 orcid Белов Антон Андреевич, orcid Хуторная Екатерина Викторовна

Санкт-Петербургский государственный морской технический университет,
Санкт-Петербург, 190121, Российская Федерация

Исследование выполнено без привлечения внешних источников финансирования.

DOI 10.31854/2307-1303-2025-13-4-31-53

EDN JVKANN

 Полный текст

 XML JATS

Аннотация

Постановка задачи. Сверхширокополосные системы локального позиционирования в реальном времени используют для передачи данных импульсные радиосигналы с эффективной шириной спектра не менее 500 МГц, имеют высокую точность локализации (10–30 см) и скорость передачи (до 27,24 Мбит/с с перспективой роста до 480 Мбит/с), что делает их необходимым звеном в построении систем широкого профиля для мониторинга перемещений людей, транспортных средств, контроля доступа (без шлагбаумов), в том числе в опасные зоны и т. п. При этом радиус действия таких систем быстро снижается с ростом битовой скорости, а также зависит от многих других факторов. В то же время универсальная система должна быть достаточно быстродействующей для решения таких задач, как предотвращение столкновений транспортных средств, управление роботами и др. В этих условиях для успешного применения сверхширокополосных решений необходимо иметь оперативный механизм оценивания ключевых параметров системы в зависимости от массы влияющих факторов, таких как спектральные характеристики сигналов, нормы по спектральной плотности эквивалентной изотропно-излучаемой мощности, настройки приемопередатчика, допускаемые значения частоты битовых ошибок и т. п. Целью работы является исследование факторов, влияющих на ключевые параметры сверхширокополосных систем локального позиционирования в реальном времени, и разработка на этой основе оценочной модели процесса передачи как одного из инструментов проектирования и обслуживания систем. Используемые методы: анализ сведений по влияющим факторам, построение и наложение модели потерь при распространении радиоволн и моделей бюджета радиолинии, работа с общей моделью и вывод закономерностей изменения ключевых параметров при граничных значениях влияющих факторов. Новизна: в одной общей модели систематизированы факторы моделей двух видов, влияющие на дальность передачи. Результат: получен инструмент проектирования и обслуживания сверхширокополосных систем локального позиционирования в реальном времени, позволяющий предсказывать их поведение при разных сочетаниях влияющих факторов, в частности обеспечивать максимальный радиус действия при заданной битовой скорости. Практическая значимость: представленное исследование может быть использовано в качестве методического сопровождения занятий по ознакомлению со сверхширокополосными системами локального позиционирования в реальном времени и по оценке радиуса их действия в зависимости от скорости передачи и других факторов.

Ключевые слова

сверхширокополосная связь, сверхширокополосные сигналы, система локального позиционирования в реальном времени, спектральная плотность эквивалентной изотропно-излучаемой мощности, сверхширокополосные системы локального позиционирования в реальном времени, частота битовых ошибок

Библиографическая ссылка на статью

Белов А. А., Хуторная Е. В. Математическое моделирование процесса передачи данных в сверхширокополосных системах локального позиционирования в реальном времени // Информационные технологии и телекоммуникации. 2025. Т. 13. № 4. С. 31‒53. DOI: 10.31854/2307-1303-2025-13-4-31-53. EDN: JVKANN

Reference for citation

Belov A., Khutornaya E. Mathematical Modeling of Data Transmission in Ultra-Wideband Real-Time Local Positioning Systems // Telecom IT. 2025. Vol. 13. Iss. 4. PP. 31‒53 (in Russian). DOI: 10.31854/2307-1303-2025-13-4-31-53. EDN: JVKANN
Литература

1. Кокин С. А., Симонина О. А. Моделирование и анализ сверхшироко- полосного канала связи // Информационные технологии и телекоммуникации. № 4. 2024. С. 51-63. DOI: 10.31854/2307-1303-2024-12-4-51-63. EDN: GSTYER

2. Калинин В. О., Носов В. И. Оценка параметров короткоимпульсной сверхширокополосной системы связи // Вестник СибГУТИ. 2011. № 3 (15). С. 73-85. EDN: OJXLHF

3. Дмитриев А. С., Попов М. Г., Рыжов А. И. Повышение дальности дей- ствия сверхширокополосных прямохаотических средств связи // Радиотехника и электроника. 2020. T. 65. № 9. С. 902-910. DOI: 10.31857/S0033849420080021. EDN: XZJBEQ

4. Белов А. А., Хуторная Е. В. Исследование возможностей настройки для улучшения ключевых параметров сверхширокополосных систем локального позиционирования в реальном времени // Информационные технологии и теле- коммуникации. 2025. Т. 13. № 3. С. 48‒69. DOI: 10.31854/2307-1303-2025-13-3-48-69. EDN: YGYFAW

5. Шепета А. П., Махлин А. М., Львовский С. А. Особенности приме- нения сверхширокополосных сигналов в современных РЛС // I-Methods. 2016. Т. 8. № 3. С. 18-23. EDN: YVSHVB

6. Khalesi H., Ghods V. An Optimized IR‑UWB Communication System with Interference Reduction on a Narrowband System Using Genetic Algorithm // Wireless Personal Communications. 2021. Iss. 118. PP. 447-460. DOI: 10.1007/s11277-020-08023-5

7. Grakhova E. P., Rommel S., Jurado-Navas A., Sultanov A. Kh., Vegas Olmos J. J., et al. First Experimental Impulse-Radio Ultra-Wideband Transmission under the Russian Spectral Emission Mask // Electronics Letters. 2016. Vol. 52. Iss. 10. PP. 877-879. DOI: 10.1049/el.2016.0635

8. Dhar S. K., Chakraborty Sh., Biswas P. 3.51pJ/pulse/1.2V CMOS IR-UWB Transmitter // International Journal of Computer Science Issues. 2012. Vol. 9. Iss. 6. No 1. PP. 237-243.

9. Типикин А. А. Моделирование систем связи в MATLAB с помощью пакета расширения Communications Toolbox. Практическое руководство по применению в двух частях. Ч. 2. М.: СОЛОН-Пресс, 2022. 384 с. EDN: DXTRFX

10. Shi L., Béchadergue B., Chassagne L., Guan H. Joint Visible Light Sensing and Communication Using m-CAP Modulation // IEEE Transactions on Broadcasting. 2022. DOI: 10.1109/TBC.2022.3201649

11. Рыжов А. И., Лазарев В. А. Мохсени Т. И., Никеров Д. В., Андреев Ю. В. и др. Ослабление сверхширокополосных хаотических сигналов диапазона 3-5 ГГц при прохождении через стены зданий // Журнал радиоэлектроники. 2012. № 5. С. 1. EDN: OYPKLZ

12. Семенко А. И., Смелянский А. А. Оценка затухания радиосигнала при прохождении через стену // Доклады Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники. 2014. № 7 (85). С. 78-82. EDN: YZJMDB

13. Краснов Т. В., Кохонькова Е. А., Бурлаков И. Е., Кудинов Д. С. Оценка эффективности высокочастотных методов определения расстояния в условиях шахт // Журнал Сибирского федерального университета. Серия: Техника и технологии. 2023. Т. 16. № 8. С. 986-1000. EDN: IZWHYJ

14. Новичков А. Р., Гончаров И. К., Егорушкин А. Ю., Фащевский Н. Н. Исследование технологии сверхширокополосных радиосигналов для решения задачи позиционирования внутри помещений // Инженерный журнал: наука и инновации. 2021. № 12 (120). DOI: 10.18698/2308-6033-2021-12-2140. EDN: KRDIOU

15. Кислицин А. А. Комплекс адаптивной компенсации энергетических потерь сигналов из-за частотной дисперсии в трансионосферных радиоканалах систем спутниковой связи. Дисс. ... канд. тех. наук. Йошкар-Ола, 2020. 157 с.

16. Мощевикин А., Екимов Д., Гоголев А., Екимов К., Федоров А. и др. Точность определения расстояний с помощью технологии nanoLOC // Беспро- водные технологии. 2008. № 3 (12). С. 48-51. EDN: MTGBZL

 

cc-by Статья распространяется по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 License.

cc0  Метаданные статьи распространяются по лицензии CC0 1.0 Universal

 
 
войти

Авторизация