3840

(BER) для QPSK такая же, как и для BPSK [2, 3] и определяется выражением:

где NEb0 – отношение энергии сигнала к спектральной мощности шума (SNR);

.

Для других порядков PSK используются следующие формулы [4]:

символе,			–	порядок		, – весовыекоэффициенты Хэммингадля символа .				в
где	M					манипуляции,	k= log2 M –	количество	бит
		wi' = wi+ wM− i ,wM'			/ 2= wM /2 wi				i

Квадратурная амлитудная модуляция

Для увеличения скорости передачи данных целесообразно применять варианты кодирования, как амплитуды, так и фазы высокочастотной несущей частоты. Процедура совмещает амплитудную и фазовую модуляции именуется квадратурной амплитудной модуляцией (КАМ или QAM, M-QAM).

Для удобства визуализации КАМ (цифровая квадратурная амплитудная модуляция) принято использовать сигнальное созвездие. Оно обычно представляется в виде декартовой системы координат, по осям которой отложены амплитуды I и Q, применяемые для квадратурных ветвей.

В то время как для фазовой манипуляции состояния радиосигнала находятся на окружности, то вследствие преобразования амплитуды, наблюдаемого эффекта, не ожидается.

Однозначным отступлением от правила служит 4-QAM, тождественная модуляции 4- PSK (QPSK) и изображена на рис. 1.

40

Рис. 1. Сигнальное созвездие для 4-QAM или 4-PSK (QPSK) (слева) и для 16-QAM (справа)

На рис. 1 (справа) в качестве примера показано квадратное сигнальное созвездие 16QAM. На каждый символ передается четыре бита, по два бита на квадратурную ветвь. В результате используется 24 = 16 символов. Символьная скорость составляет четверть от битовой скорости.

При такой дислокации символов в сигнальном созвездии, возможно, использовать 3 неодинаковых амплитуды: одна с восемью несходными фазовыми параметрами и 2 с четырьмя фазовыми параметрами.

На рис. 2 показан пример круглого созвездия 16-QAM. Данные рис. 2 свидетельствуют о том, что амплитуда принимает четыре неодинаковых параметра, причем у отдельно взятой величины амплитуды есть в наличие по четыре параметра для фазы.

Рис. 2. Манипуляция 16-QAM с 4 амплитудами, любая их них характеризуется 4 неодинаковыми фазами

41

Для QAM требуется меньшая мощность, чем для PSK притом же весе M и той же вероятности битовых ошибок. Для QAM-сигнала приложима совокупная констатация:

где I (t иQ(t – модулирующие сигналы, – несущая частота.

Из уравнения (3) видно, что амплитуда и фаза зависят от времени.

На рис. 3 на квадратурной плоскости показано, как происходит разделение областей эффективного распределения символов. В частности, эти области изображаются как окружности. Чем выше порядок модуляции QAM, тем меньше область, где эффективно распознаются символы, что накладывает ограничения на качество принимаемого сигнала.

Рис. 3. Сигнал 16-QAM с областями, в которых возможно однозначное определение символа

Квадратурная амплитудная модуляция с высокой (более 256) разрядностью достаточно редко используется для стандартов беспроводной связи, но нашла применение в широкополосных кабельных сетях с низким уровнем шума и надежными сигнальными уровнями, к примеру, говоря, в сетях DVB-С. Наиболее эффективно используется данный вид манипуляции в оптических системах, где минимален уровень шума. Там нередко можно найти такие разрядности, как 1024 и даже 4096.

Для квадратурной амплитудной модуляции определение вероятности битовой ошибки для круглого созвездия определяется выражениями [5]:

Для квадратного созвездия:

где ,

42

Помимо вида модуляции на вероятность битовой ошибки влияет выбор кодирования. Информацию будем шифровать турбокодами с разным количеством итераций кодирования. Турбокод представляет собой параллельный каскадный блоковый систематический код. Его особенностью является то, что каждый каскад может использовать различные способы кодирования (свёрточные коды, коды Хемминга, Рида - Соломона, Боуза - Чоудхури - Хоквингема и другие.)

Ниже представлен график, где на примере BPSK наглядно показан выигрыш в SNR при использовании турбокодов, в котором реализован код Рида - Соломона и блок свёрточных кодов, декодируемых посредством алгоритма Витерби (рис. 4).

Рис. 4. Зависимости BER от SNR при разных количествах итераций кодирования

Разработанный алгоритм Принцип работы алгоритма представлен в виде блок-схемы, изображенной на рис. 5.

Вкачестве входных данных необходимо задать:

1.Вероятность битовой ошибки, BER.

43

2.Соотношение сигнал/шум на входе приёмника на земной станции, SNR.

3.Требуемая скорость соединения.

На первом этапе алгоритм производит предварительную оценку необходимого вида модуляции, которая производится по формулам (1), (2), (4) и (5). На рис. 6 представлены зависимости вероятности битовой ошибки от отношения сигнал/шум. Далее выбирается количество итераций кодирования (рис. 4). Чрезмерный порядок шифрования приводит к уменьшению скорости передачи полезного информационного сообщения, к тому же повышает нагрузку на бортовые и наземные вычислители.

На втором этапе программа предпринимает попытки увеличить скорость передачи данных увеличением порядка модуляции и кодирования.

Поскольку обеспечить высокую вычислительную способность в наземном оборудовании проще, чем в бортовых установках, то в качестве параметра, ограничивающего степень шифрования, целесообразно использовать мощность вычислителя.

Данный параметр может, как задаваться вручную, так и извлекаться из заранее созданной базы данных. Данный этап расчета повторяется, пока не будет достигнут максимум скорости передачи, при заданной вероятности битовой ошибки и значения отношения сигнал / шум.

Таким образом, в несколько этапов решается задача выбора рационального вида модуляции в системах передачи данных КА. Пользователю будет выведено итоговое решение, а также дополнительная информация (масса передатчика, требуемая производительность бортового процессора для обеспечения непрерывного кодирования, энергозатраты и тому подобное).

	начало
	Вводисходных
	данных: BER,
	SNR, требуемая
	скорость
			Снижение
			разрядности
			модуляции
	Выбор модуляции
			да
	Выбор числа			Повышение
	итераций		Достигнут предел
		нет		разрядности
	шифрования		вычислителя
				суперкода
	суперкодом
	Достигается		нет
	необходимый
	BER?
	да
	Достигается		Повышение
	необходимая	нет	разрядности
	скорость?		модуляции

да

Выводо принятом виде модуляции

конец

Рис. 5. Блок-схема алгоритма

44

Рис. 6. Зависимости BER от SNR при разных видах модуляций

Выводы

1.В статье разработан алгоритм, позволяющий выбрать рациональный вид модуляции

вканалах связи для систем ДЗЗ.

2.Такой подход к проектированию космических систем может быть востребован

предприятиями, заинтересованными в получении данных для обеспечения устойчивой спутниковой связи, а также различных задач по космическому мониторингу земной поверхности, гидрометеорологического, гелиогеофизического обеспечения.

Литература

1.Dennis Roddy. Satellite Communications. McGraw-Hill Telecommunications, 2001.

2.Вишневский В. И., Ляхов А.И., Портной С. Л., Шахнович И. В.Исторический очерк

развития сетевых технологий. Широкополосные сети передачи информации: монография // Издание осуществлено при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований.

М.: «Техносфера», 2005. 592 с.

3.Золотарёв В. В., Овечкин Г. В. Помехоустойчивое кодирование. Методы и алгоритмы: справочник /М.: Горячая линия-Телеком, 2004. 126 с.

4.Simon M. K., and Alouini M. S., Digital Communication over Fading Channels // A Unified Approach to Performance Analysis. 1st Ed. Wiley. 2000.

5.Cho K., and Yoon D. On the general BER expression of oneand two-dimensional amplitude modulations // IEEE Trans. Commun. 2002. Vol. 50. No.7. P.p. 1074-1080.

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «МИРЭА – Российский технологический университет», Москва, Россия

O.V. Semonova, L.A. Delov, V.O. Skripachev

AUTOMATION OF SELECTION OF THE OPTIMAL TYPE OF MODULATION IN THE SYSTEMS OF SPACE MONITORING OF THE EARTH SURFACE

Presently, spacecraft have a large role in obtaining information. During the development of technologies, which use in target spacecraft equipment, the amount of information increases. Therefore, during the preliminary stages of the development of the system of the spacecraft it is necessary to select rational parameters for them. One part of the system spacecraft is system of communication, for which it is necessary to solve the question about the choice of modulation. It provides us to reduce costs for the reception and for processing information received. In this article proposes an algorithm which forms recommendations for selecting signal parameters of the communication system for transmitting data to aspacecraft.

Keywords: spacecraft, phase-shifting, Quadratic amplitude modulation, coherent detection.

Federal State Budget Educational Institution of Higher Education «MIREA – Russian

Technological University», Moscow, Russia

45

УДК 628.4 504.06

А.В. Агафонова, П.П. Зацепина

АНАЛИЗ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ СИТУАЦИИ ПРИМОРСКОГО КРАЯ НА ОСНОВАНИИ ДОКЛАДОВ

ОБ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ СИТУАЦИИ В ПРИМОРСКОМ КРАЕ

В данной работе предпринята попытка изучить изменение экологической ситуации в крае за 5 лет, сравнить данные представленные в ежегодных докладах об экологической ситуации в Приморском крае за период c 2012 г по 2018 г. Рассмотрены меры по исправлению и улучшению экологической ситуации в Приморском крае, сделаны выводы о динамике экологической ситуации в Приморском крае.

Ключевые слова: экологическая обстановка в Приморском крае, динамика экологической ситуации, атмосферный воздух, водные ресурсы, почвы, обращение c отходами производства и потребления, влияние экологических факторов на здоровье населения.

Департаментом природных ресурсов и охраны окружающей среды (ОС) Приморского края (ПК), во исполнение поручения Президента Российской Федерации [1, 2] и Администрации края, представляется ежегодный доклад об экологической ситуации. На основании данных представленных в докладах организовываются мероприятия в области экологического развития отдельно взятых регионов страны. Проделывается значительная работа по осознанию концепции деятельности органов государственной власти в экологии. Большие усилия направлены на разработку эффективных мер, ориентированных ради минимизации неблагоприятного критического прессинга на ОС.

В статье невозможно охватить все направления так же детально как в докладах по причине объемности материала. И анализ, вероятно, нуждается в доработке и более глубоком исследовании. Заявленная тема нуждается в длительном изучении, объем статьи не позволяет произвести детальный анализ.

1. Атмосферный воздух

Показательное географическое положение Приморского края, значительная отдаленность от центральных, экономически развитых районов страны. Все это обеспечивает наличие целого ряда негативных факторов развития края. Сложный климат и обилие осадков, затопление многих районов летом создает сложности для сохранения чистых водных ресурсов. Сильные ветра и песчаные бури осложняют ситуацию с атмосферным воздухом. Также недостаточная освоенность края и отдаленность его от промышленноразвитых районов страны, часто бездорожье создает непостоянность для жителей, что ведет к необходимости для многих покинуть край. Все это сложности и материального благополучия и условия климата и понимание, что в центральных районах страны удобнее жить [1-9], табл. 1.

Результат исследования: неблагоприятная экологическая ситуация в гг. Уссурийске и Владивостоке. Основан вывод на анализе, представленных в табл. 2, показателей контаминации воздушного фона.

Согласно итоговой суммированной информации о контаминации воздуха в городах Приморского края следует, что высокий уровень загрязнения атмосферного воздуха стабильно сохраняется в г. Уссурийске.

Во Владивостоке за период c 2012 г. по 2018 г. отмечено увеличение уровня загрязнения атмосферы воздуха с высокого уровня до повышенной ступени, который устойчиво держится на протяжении трех лет. В остальных поселениях таковых как: Артем, Дальнегорск, Находка, Партизанск, Спасск-Дальний отметка контаминации воздушного

46

фона ниже в сравнении с городскими агломерациями. Так, гг. Владивосток и Уссурийск наиболее опасны c позиции загрязнения воздуха, табл. 3.

Таблица 1

Базовые аспекты системы мониторинга атмосферного воздуха

Таблица 2

Отметка контаминации воздушного фона в городах ПК

Года	2018	2017	2016	2015	2014	2012
Артем	Низ	низ	Низ	Низ	низ	низ
Владивосток	Повыш	повыш	Повыш	Выс	выс	выс
Дальнегорск	Низ	низ	Низ	ориент низ	низ	низ
Находка	Низ	низ	ориент низ	ориент низ	низ	ориентвыс
Партизанск	Низ	низ	Низ	ориент низ	низ	низ
Спасск-	Низ	низ	Низ	ориент низ	низ	низ
Дальний
Уссурийск	Выс	выс	Выс	Повыш	выс	очень выс

Примечание: Значение, использованных в таблице уровней: низ – низкий, выс – высокий, повыш – повышенный, ориент низ – ориентировочно низкий, ориентвыс – ориентировочно высокий.

Котельные Приморского края работают на угле, как отмечено в докладе за 2018 г. Это уголь местных угледобывающих предприятий, основные характеристики которого низкая калорийность с высоким содержанием серы. Большое количество небольших котельных и предприятия теплоэнергетики, работающих на местном угле, способствуют контаминации воздушного фона с городскими агломерациями и поселениями ПК. И опять же рельеф и климатические условия, а также высокая повторяемость приземных, приподнятых инверсией и слабых скоростей ветра [9], табл. 4. Это проблемы, на которые необходимо обратить внимание администрации Приморского края.

47

Таблица 3

Основополагающие факторы загрязнения атмосферы в Приморском крае

Таблица 4

Характеристика генезиса выбросов в воздушный фон ПК

2. Обеспеченность питьевой водой надлежащего качества жителей Приморского края

Немаловажное значение для жителей края имеет обеспеченность питьевой водой, желаемого и надлежащего качества. Опять же можно сослаться на объективные условия края: большое количество осадков и подтопляемость многих районов, которые создают сложности для наличия чистой питьевой воды. Однако есть и последствия хозяйственной деятельности в крае. В докладе за 2012 г. доказано, что ситуация в крае меняется к лучшему. Все населенные пункты называются и в 2013, 2014, 2015, 2017, 2018 гг. и перечислены в табл. 5, в ней же дана базовая характеристика водных ресурсов.

48

Таблица 5

Характеристика водных ресурсов ПК

По вопросу обеспеченности питьевой водой надлежащего качества жителей ПК заключаем: ничего не изменилось на протяжении трех лет с 2016 по 2018 гг. и население края нуждается в доброкачественной питьевой воде.

Показатель экологической проблемы поверхностных и подземных вод можно оценить, через обеспеченность жителей питьевой водой в Приморском крае, он проиллюстрирован в табл. 6.

49