Реферат на тему: Разработка модели по исследованию радиотехнического канала связи с речными судами в MATLAB Simulink

Цель работы

С помощью разработанной в Simulink имитационной модели провести сравнительный анализ устойчивости и эффективности (по показателю Bit Error Rate - BER) не менее трех различных методов цифровой модуляции (например, QPSK, FSK, GMSK) и одного-двух помехоустойчивых кодов (например, сверточный код, код Хэмминга) в условиях, характерных для речных путей (изменение погоды: дождь/туман; влияние рельефа местности; волнение водной поверхности), и верифицировать устойчивость канала связи к этим факторам.

Основная идея

Разработка в среде MATLAB Simulink параметрической модели радиоканала 'берег-судно/судно-судно' для речной навигации, позволяющей исследовать влияние специфических факторов (многолучевое распространение из-за волн и рельефа берегов, атмосферные помехи, затухание сигнала в условиях влажности, осадков и тумана) на характеристики передачи сигналов при использовании различных методов модуляции и кодирования. Модель будет включать блоки для генерации сигналов, выбранных схем модуляции/кодирования, канала с настраиваемыми параметрами затухания и помех, а также приёмника с демодуляцией/декодированием и анализом ошибок (BER).

Проблема

Основная проблема заключается в нестабильности и ухудшении качества радиосвязи между береговыми диспетчерскими пунктами и речными судами (канал "берег-судно"), а также между самими судами ("судно-судно") в условиях, характерных для речных путей. Ключевыми факторами, негативно влияющими на сигнал, являются: многолучевое распространение, вызванное отражениями от неровной водной поверхности (волнение) и сложного рельефа берегов; значительное затухание сигнала в условиях повышенной влажности, осадков (дождь, снег) и тумана; наличие специфических атмосферных и индустриальных помех. Это приводит к искажениям сигнала, росту вероятности битовых ошибок (BER), снижению скорости и надежности передачи критически важной для навигации и безопасности информации.

Актуальность

Актуальность разработки и исследования параметрической модели радиоканала в MATLAB Simulink для речной навигации обусловлена несколькими ключевыми факторами: 1. Требования безопасности: Надежная связь – основа безопасного судоходства, предотвращения аварий и эффективного управления флотом в сложных погодных условиях или на фарватерах с ограниченной видимостью. 2. Эффективность логистики: Качественная связь необходима для оптимизации маршрутов, оперативного управления грузопотоками и сокращения простоев судов. 3. Специфика среды: Речные условия (узкие извилистые русла, мосты, изменчивая погода, волны) создают уникальные, плохо прогнозируемые традиционными методами проблемы для радиосвязи, требующие специализированного моделирования. 4. Оптимизация систем: Необходимость выбора и настройки наиболее устойчивых методов модуляции (QPSK, FSK, GMSK) и помехоустойчивого кодирования (сверточный код, Хэмминга) под конкретные условия эксплуатации для обеспечения требуемого качества связи (BER). 5. Преимущества моделирования: Использование MATLAB Simulink позволяет с высокой точностью и гибкостью смоделировать комплексное влияние множества дестабилизирующих факторов, провести сравнительный анализ различных технологий передачи данных in silico до дорогостоящих натурных испытаний, что особенно важно для реферата, обобщающего подходы к исследованию.

Задачи

1. 1. 1. Разработать в среде MATLAB Simulink параметрическую модель радиоканала связи "берег-судно/судно-судно", включающую блоки: генератора тестовых сигналов, модулятора с выбором схемы (QPSK, FSK, GMSK), кодера помехоустойчивого кода (сверточный, Хэмминга), канала передачи с настраиваемыми параметрами многолучевого распространения (включая влияние волн и рельефа), затухания (в зависимости от погодных условий: влажность, дождь, туман) и помех, демодулятора, декодера и блока расчета BER.
2. 2. 2. Реализовать в модели механизмы имитации ключевых дестабилизирующих факторов речной навигации: изменяющегося волнения водной поверхности, влияния рельефа береговой линии на распространение сигнала, ухудшения условий связи при различных типах осадков (дождь) и явлениях (туман).
3. 3. 3. Провести серию имитационных экспериментов для сравнительного анализа устойчивости и эффективности выбранных методов цифровой модуляции (QPSK, FSK, GMSK) и помехоустойчивого кодирования (сверточный код, код Хэмминга) в различных смоделированных сценариях (разные погодные условия, уровни волнения, конфигурации рельефа). Основной критерий сравнения – вероятность битовой ошибки (BER).
4. 4. 4. Проанализировать полученные результаты имитационного тестирования, выявить наиболее устойчивые комбинации методов модуляции и кодирования к специфическим факторам речных каналов связи и провести верификацию устойчивости канала связи в целом к исследуемым дестабилизирующим воздействиям.