Оценка влияния эффекта Доплера на качество радиосвязи в условиях высокоскоростного движения

В статье предложена методика оценки искажений радиосигнала от действия эффекта Доплера (ЭД) в условиях высокоскоростного движения поездов. Цель работы – разработка критериев оценки качества радиосвязи с подвижными объектами в условиях высокоскоростного движения поездов. Для этого предложена методика расчёта вероятности ошибки, возникающей в результате действия эффекта Доплера. Дано обоснование актуальности темы для железнодорожного транспорта, где посредством радиосвязи осуществляется управление движением поездов и обеспечение безопасности. Достижение требуемого качества радиосигналов является главной задачей. Особенно важна оценка качества при организации широкополосных каналов связи с машинистами подвижных составов с помощью сетей мобильной связи. Для решения этой задачи рассмотрена модель оценки качества радиосвязи в условиях действия ЭД. Искажения сигналов в радиоканале за счёт эффекта Доплера предложено оценивать с помощью приведённой дисперсии суммарной погрешности, которая состоит из двух составляющих: динамической и помеховой. Представлены расчёты суммарной приведённой погрешности сигнала и вероятности ошибки для скоростей движения выше 100 км/ч. Кроме того, даны оценки влияния ЭД на когерентный приёмник, в котором могут возникать ошибки за счёт изменений длительности радиоимпульсов.

Приведён анализ эффективности системы автоматической подстройки частоты (АПЧ) приёмника как средства борьбы с ЭД. Для этого введено понятие мгновенного спектра паразитной частотной модуляции за счёт ЭД, и с помощью приведённой дисперсии суммарной погрешности рассчитано качество радиосвязи. Эффективность использования АПЧ доказана после сравнения оценок качества приёма с АПЧ и без него в виде отношения вероятностей ошибок. Сформулированы особенности использования мобильной связи на железнодорожном транспорте в условиях действия ЭД.

1. Current and future usage of railway radio communication systems between train and trackside. Report ITU-R M.2442-0 (11/2018). ITU, 2019 [Электронный ресурс]: https://www.itu.int/dms_pub/itu-r/opb/rep/RREP-M.2442–2019-PDF-E.pdf. Доступ 14.06.2020.

2. Trinh Thi Huong, Nguyen Manh Dat, To Thi Thao, Nguyen Duy Viet, Vu Van Yem. Compensating Doppler Frequency Shift of High Speed Rail Communications. International Journal of Applied Engineering Research, Vol. 13, No. 17 (2018), pp. 13344–13348. [Электронный ресурс]: https://www.ripublication.com/ijaer18/ijaerv13n17_52.pdf. Доступ 14.06.2020.

3. Эффект Доплера в сетях: GSM, 3G, 4G. [Электронный ресурс]: https://m.habr.com/ru/post/131248. Доступ 14.06.2020.

4. Майков Д. Ю., Вершинин А. С. Влияние эффекта Доплера на OFDM‑сигнал // Молодой учёный. – 2014. – № 21. – С. 175–179. [Электронный ресурс]: https://moluch.ru/archive/80/pdf/. Доступ 14.06.2020.

5. Васильев Д. В., Витоль М. Р., Горшенков Ю. Н. и др. Радиотехнические цепи и сигналы. – М.: Радио и связь, 1982. – 528 с. [Электронный ресурс]: http://narod.ru/disk/25746386000/Samoilo.djvu.html. Доступ 14.06.2020

6. Горелов Г. В., Фомин А. Ф., Волков А. А., Котов В. К. Теория передачи сигналов на железнодорожном транспорте. – М.: Транспорт, 2001. – 415 с. [Электронный ресурс]: https://b-ok.global/dl/2900707/123b8a/. Доступ 14.06.2020.

7. Эффект Доплера. [Электронный ресурс]: http://light-science.ru/fizika/effekt-doplera.html. Доступ 14.06.2020.

8. Вентцель Е. С., Овчаров Л. А. Прикладные за‑ дачи теории вероятностей. – М.: Радио и связь, 1983. – 414 с. [Электронный ресурс]: https://booksee.org/dl/771222/83fae2. Доступ 14.06.2020.

9. Плеханов В. Г., Журавлёва Л. М. Изотопическое создание полупроводникового графена // Нанотехника. – 2012. – № 3. – С. 34–39. [Электронный ресурс]: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=18227204. Доступ 14.06.2020.

10. Громаков Ю. А. Стандарты и системы подвижной радиосвязи. – М.: Эко-Трендз, 2000. – 239 с. [Электронный ресурс]: http://computersbooks.net/books/web-programmirovanie/gromakov-ua/1997/files/standartiisistemi1997.djvu. Доступ 14.06.2020.

11. Журавлёва Л. М. Курьянцев Д. Г., Лошкарев В. Л., Левшунов В. В. Оценка влияния радиоканала на качество видеосигнала систем видеонаблюдения на железнодорожном транспорте // Проектирование и технология электронных средств. – 2019. – № 3. – С. 34–39. [Электронный ресурс]: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=42574104. Доступ 14.06.2020.