Вирішено актуальне наукове завдання щодо підвищення якості сприйняття послуг у мережах Long Tetrm Evolution (LTE) на основі адаптації радіоканалу, покращання показника справедливості розподілу ресурсів і підвищення ефективності міжрівневої взаємодії сервісної архітектури LTE. Запропоновано математичні моделі компонентів радіоканалу LTE, які надають можливість адаптувати пропускну здатність мережі, якість обслуговування та сприйняття послуг до умов середовища між абонентом і базовою станцією. Проведено дослідження пропускної здатності й якості обслуговування в LTE із застосуванням нових та удосконалених моделей та методів управління ресурсами та формування пропускної здатності для висхідного та низхідного фізичних каналів. Виконано дослідження набору параметрів, які впливають на пропускну здатність, якість обслуговування та сприйняття інфокомунікаційних послуг. Дослідження базується на розроблених у роботі методах і моделях, а також враховує базові комунікаційні технології стандарту LTE, моделі яких подано у другому розділі дисертаційної роботи.

Розробленно моделі та методи, що використовують упорядковану послідовність процесів багаторівневої адаптації каскадних кодових конструкцій та додаткові показники розкриття невизначеності декодування. Запропоновано їх схематичні рішення й алгоритми функціонування систем передачі даних, що працюють за умов апріорної невизначеності та забезпечують сталу достовірність передачі інформації. Основні результати роботи використано під час створення відомчих радіостанцій для військових формувань і відомчих ІР-мереж для органів влади та місцевого самоврядування.

Проналізовано методи керування потужністю у коміркових мережах ШСД, зокрема з урахуванням ефекту багатопроменевого поширення хвиль. Розроблено: модель антенної системи для максимізації її енергетичної та інформаційної ефективності; модель керування потужністю в комірковій системі зв'язку з метою максимізації сумарної пропускної здатності; модель адаптивного формування діаграми спрямованості антенної системи базової станції з урахуванням просторово-часової локалізації абонентського навантаження. Досліджено конфігурації багатоантенних систем з метою оптимізації їх конфігурацій із забезпеченням необхідної спектральної ефективності.

Сформульовано та виконано актуальне науково-прикладне завдання забезпечення достовірності передачі інформації в системах безпроводового доступу (СБПД) за рахунок розробленої інформаційної технології, математичної моделі та методу забезпечення достовірності інформації в СБПД. Визначено аналітичні вирази, які дозволяють описати процеси формування й оброблення багаточастотних кодових конструкцій, що робить можливим реалізацію такої технології на практиці в реальних пристроях програмним або апаратно-програмним методами. Визначено параметри частотно-часових кодових конструкцій під час вибору режиму роботи фізичного рівня СБПД. Забезпечено достовірність інформації СБПД. Підвищено інформаційну ефективність СБПД. На основі розроблених результатів спроектовано компоненти модемного обладнання СБПД.

Мета дослідження - розроблення моделей та алгоритмів підвищення пропускної здатності гетерогенних мереж мобільного зв’язку за умов обмежених спектральних ресурсів та нестаціонарних енергетичних параметрів мережі, а також розроблення моделей планування багаторівневої структури гетерогенної мережі на етапі проектування для забезпечення вимог щодо пропускної здатності за підтримки мінімального рівня інтерференції. Розглянуто вимоги до мереж мобільного зв’язку п’ятого покоління та проаналізовано основні технічні рішення, спрямовані на задоволення цих вимог. Запропоновано методику вибору віконних функцій з ефективною локалізацією енергії в частотно-часовій площині з урахуванням взаємних впливів у гетерогенній мережі, що надає змогу підвищити енергетичну та спектральну ефективність радіоканалів за рахунок зменшення інтерференції у гетерогенних мережах мобільного зв’язку. Вирішено завдання ефективної інтеграції технології D2D у коміркові мережі шляхом розроблення енергетичної моделі конвергенції та методів координованого обслуговування, що надало змогу підвищити енергетичну та спектральну ефективність у мережі за рахунок усунення інтерференції між D2D доменами. Запропоновано нову модель фрактального планування та прогнозування параметрів багаторівневої гетерогенної мережі мобільного зв’язку та розроблено на її основі метод балансування навантаження у мережі для підвищення її енергетичної ефективності.

Розглянуто питання вдосконалення технології LTE за рахунок підвищення пропускної здатності радіоканалів і підвищення ефективності її розподілу між окремими мобільними терміналами. Це досягається шляхом підвищення ефективності використання складних антенних систем МІМО за рахунок механізму діаграмоутворення та на основі запропонованого методу розподілу ресурсів всередині комірки LTE. Визначено необхідні показники якості обслуговування канального рівня, для чого використано метод взаємної інформації. Виконано обчислення значення SNR, BER і коефіцієнта помилок пакетів. Для забезпечення однакового рівня ймовірності бітової помилки на вході приймача поза приміщеннями необхідно на 10 - 20 % більше відношення сигнал/шум на вході приймача мобільного термінала. Встановлено, що схеми модуляції надають значення, близькі до значень, що розраховуються з використанням формули Шеннона, але не перевищують їх. Зазначено, що найбільш ефективні результати щодо забезпечення необхідної пропускної здатності в технології LTE можна досягнути шляхом вирішення задачі розподілу частотних і часових ресурсів у низхідному каналі зв'язку. Із використанням діаграмоутворення досягається в середньому на 30 - 60 % вища пропускна здатність у радіоканалі LTE. Запропоновано метод розподілу ресурсних блоків, що враховує пропорційний розподіл пропускної здатності між абонентськими терміналами, забезпечує підвищення ступеня збалансування пропускної здатності низхідного каналу зв'язку від 10 до 100 разів у порівнянні з методом максимізації сумарної пропускної здатності за умови зниження продуктивності комірки LTE на 40 - 50 %. Метод забезпечує оптимальне співвідношення між продуктивністю комірки та ступенем збалансування пропускної здатності низхідного каналу зв'язку. На основі результатів проведених досліджень сформовано рекомендації щодо шляхів підвищення пропускної здатності на фізичному рівні у безпроводовій мережі, побудованій за технологією LTE.

Вперше розроблено комбінований метод множинного доступу в мережах радіо доступу, який дозволяє підвищити пропускну здатність телекомунікаційної мережі, особливо за умов дії потужних завад. Сутність методу полягає у тому, що базові станції формують багатопроменеві канали зв'язку, та для кожного користувача за його запитом створюють тимчасовий канал зв'язку у відповідному вузьконаправленому промені, попередньо визначивши місце розташування користувача. Вперше розроблено метод управління просторовим виділенням каналів у мережах радіодоступу, який відрізняється від існуючих тим, що за запитом користувачів цифрова антенна решітка базової станції формує кожному з них вузьконаправлений промінь, що дозволяє зменшити кількість променів для обслуговування користувачів. Вперше розроблено модель управління просторовим виділенням каналів у мережах з радіо доступом, новизна якої полягає у тому, що за запитом користувачів цифрова антенна решітка базової станції формує кожному з них вузькоспрямований промінь. Вперше розроблено математичну модель оцінювання поточної пропускної здатності телекомунікаційної мережі та стану її компонентів на основі просторового розділення користувачів. Запропонована модель дозволяє виконати оцінювання впливу завад на швидкість передачі інформації у пакетних системах передачі даних, оцінити характеристики бездротового середовища передачі даних та надати бездротовому пристрою можливість динамічно змінювати параметри МАС-рівня в залежності від зміни параметрів середовища. Вперше розроблено метод оптимізації довжини інформаційного пакету передачі інформації у бездротових мережах за дії завад. Відмінність від існуючих полягає у тому, що оптимальна довжина переданого пакету формується в залежності від рівня завад і типу модуляції, що дозволяє підвищити швидкість передачі інформації, пропускну здатність мережі й якість обслуговування в цілому. Новизна одержаних результатів підтверджено відсутністю розроблених моделей та методів в існуючих технологіях забезпечення вимог QoS в телекомунікаційних системах.

Вперше розроблено загальну математичну модель передачі трафіку в бездротовій сенсорній мережі (БДСМ), яка враховує різні режими поширення даних, надходження подій, межі встановленого стаціонарного режиму обробки повідомлень і черги передачі у вузлі, надає можливість ефективного проектування й експлуатації мережі. Вперше запропоновано математичну модель передачі трафіку в БДСМ і на основі динамічного вибору параметрів роботи (дальності передачі та графіків активності/сну вузлів) за виконання умови QoS та обмежень підключення, що дозволяє максимізувати термін служби (життя) БДСМ. Вперше розроблено математичну модель розміщення та переміщеній кластерних центрів на основі визначення оптимального часу оновлення розташування датчиків в БДСМ для максимізації ділянкі охоплення. Вперше запропоновано метод розрахунку енерговитрат під час передачі, обробки та зчитування даних в вузлах за поширення трафіку на основі імовірнісного аналізу розподілу часу життя, що дозволяє здійснювати вибір ефективного режиму роботи елементів БДСМ. Удосконалено математичну модель продуктивності мережі, у якої вперше як параметра QoS використано стаціонарну частку відмов запитів. Застосування такої моделі дозволяє ефективно управляти трафіком мережі незалежно від кількості її елементів. Набули подальшого розвитку математичні моделі елементів вузлів БДСМ, які за рахунок аналізу інтенсивності трафіку надають можливість відстеження витрат енергії в кожному вузлі з подальшою мінімізацією енерговитрат всієї мережі.

Розглянуто проблему оптимізації процесу збалансованого розподілу мережного ресурсу в низхідному каналі (НК) WiMAX на основі розробки й удосконалення відповідних математичних моделей і методів. Удосконалено математичну модель збалансованого розподілу частотних підканалів у НК WiMAX. Новизна моделі полягає в забезпеченні збалансованого виділення числа підканалів, призначених для станцій користувачів, з урахуванням їх пріоритету. Одержано математичну модель централізованого розподілу ресурсу НК WiMAX на канальному та мережному рівнях моделі OSI. Ця модель забезпечує узгоджене розв'язання задач канального рівня, пов'язаних із формуванням пропускних здатностей радіоінтерфейсів зі станціями користувачів у НК WiMAX, і задач мережного рівня OSI, пов'язаних із формуванням черг обслуговування та розподілом пропускної здатності інтерфейсу між окремими сервісними потоками пакетів. Дістав подальшого розвитку дворівневий ієрархічно-координаційний метод розподілу ресурсу НК WiMAX на канальному та мережному рівнях моделі OSI. Новизна методу полягає у введенні дворівневої ієрархії рішень щодо розподілу ресурсу НК WiMAX, заснованої на використанні принципу прогнозування взаємодій. Це дозволило підвищити масштабованість узгодженого розв'язання задач канального та мережного рівнів моделі OSI з розподілу ресурсу НК WiMAX за рахунок зниження розмірності розв'язуваної оптимізаційної задачі.

Увагу приділено оптимізації процесу управління мережним ресурсом низхідного каналу технології LTE. Вдосконалено математичну модель розподілу блоків планування в низхідному каналі LTE з підтримкою різних типів якості обслуговування, організованого в рамках нульового типу розподілу (RAT 0). В цій моделі забезпечено збалансований розподіл блоків планування між станціями користувачів з урахуванням пріоритету запитів та індикатора якості каналу (CQI). Одержала подальший розвиток математична модель управління частотно-часовим ресурсом низхідного каналу LTE з підтримкою різних типів якості обслуговування, організованого в рамках першого типу розподілу (RAT 1). У ній збалансовано розподілено ресурсні блоки між станціями користувачів з урахуванням пріоритету запитів та індикатора якості каналу, а також більш повно враховано особливості типу розподілу RAT 1. Удосконалено метод управління частотно-часовим ресурсом низхідного каналу LTE, заснованого на комбінованому використанні запропонованих моделей. Цей метод дозволяє на основі попередньо заданого значення нижньої границі задовольнити вимоги до якості обслуговування по всій мережі LTE в цілому та приймати рішення щодо відмови в обслуговуванні запитам гарантованого обслуговування, що викликають перевантаження мережі.

Розглянуто проблему підвищення ефективності синтезу мереж LTE за рахунок використання багатоетапного підходу під час розгортання мережі LTE та впровадження інфокомунікаційних послуг. Проаналізовано теоретичні результати в області планування стільникових мереж, мереж LTE, одноетапного та багатоетапного структурного і параметричного синтезу інфокомунікаційних мереж. Розроблено комплекс математичних моделей, що забезпечує облік технічних та економічних параметрів, необхідних для вирішення завдань багатоетапного планування мереж LTE RAN. Запропоновано метод багатоетапного планування розгортання мережі LTE RAN оптимального за критерієм максимуму прибутку оператора зв'язку. Розроблено метод планування багатоетапного розгортання мережі LTE RAN з одночасним складанням плану впровадження інфокомунікаційних послуг. Експериментально досліджено ефективність запропонованих методів, надано практичні рекомендації щодо їх застосування.

Описано системи автоматичного регулювання потужності передавача в каналі радіозв'язку з ПІД-регулятором за умов впливу мультиплікативних дій. Висвітлено архітектурну концепцію побудови, особливості реалізації та ефективність застосування інтелектуальної телекомунікаційної мережі. Викладено методику синтезу алгоритмів корекції параметрів системи адаптації в програмувальних радіозасобах, основні положення еволюційної методології побудови прикладного математичного забезпечення оперативного управління мобільними компонентами мереж зв'язку військового призначення. Наведено порівняльну характеристику різних методів завадостійкого кодування. Проаналізовано досягнення граничної ефективності систем передачі інформації на основі узгодження схем модуляції і турбокодування.

Описаны системы автоматического регулирования мощности передатчика в канале радиосвязи с ПИД-регулятором в условиях влияния мультипликативных действий. Освещены архитектурная концепция построения, особенности реализации и эффективность применения интеллектуальной телекоммуникационной сети. Изложены методика синтеза алгоритмов коррекции параметров системы адаптации в программированных радиосредствах, основные положения эволюционной методологии построения прикладного математического обеспечения оперативного управления мобильными компонентами сетей связи военного назначения. Приведена сравнительная характеристика разных методов помехоустойчивой кодировки. Проанализированы достижения предельной эффективности систем передачи информации на основе согласования схем модуляции и турбокодировки.

Досліджено методи підвищення ефективності стільникової мережі рухомого зв'язку. Висвітлено особливості розрахунку енергетичних характеристик каналів рухомого радіозв'язку. Проведено аналіз можливості використання адаптивних антенних решіток для систем мобільного зв'язку. Викладено адаптивні методи підвищення продуктивності мобільних мереж. Розглянуто результати абонентського навантаження в стільникових мережах. Здійснено аналіз інтенсивності навантаження пакетної мережі широкосмугового доступу. Досліджено розвиток мультисервісної мережі Славута.

Висвітлено методику та результати математичного моделювання радіолокаційного розпізнавання нарізних гармат за модуляційними ознаками та за умов вузькосмугового зондування. Розглянуто методи аналізу та розрахунку поля випромінювання надширокосмугових відеоімпульсних сигналів без несучої частоти дзеркальною антеною, базу даних імітаційної статистичної моделі прогнозування безвідмовності складного відновлюваного об'єкта радіоелектронної техніки. Наведено порівняльну оцінку якості фаззі-систем автоматичного регулювання потужності передавача в радіоканалі зв'язку за умов дії мультиплікативних та адитивних факторів. Описано метод підвищення ефективності систем пеленгації джерел активних шумових перешкод на основі просторово-кореляційного алгоритму обробки сигналів. Викладено порівняльну характеристику методів контролю оптичних властивостей напівпровідників, які використовуються в елементах оптоелектроніки інфрачервоного діапазону.

Освещены методика и результаты математического моделирования радиолокационного распознавания нарезных орудий по модуляционным свойствам в условиях узкополосного зондирования. Рассмотрены методы анализа и расчёта поля излучения сверхширокополосных видеоимпульсных сигналов без несущей частоты зеркальной антенной, база данных иммитационной статистической модели прогнозирования безотказности сложного восстанавливаемого объекта радиоэлектронной техники. Приведена сравнительная оценка качества фаззи-систем автоматического регулирования мощности передатчика в радиоканале связи в условиях действия мультипликативных и адитивных факторов. Описан метод повышения эффективности систем пеленгации источников активных шумовых преград на основе пространственно-корреляционного алгоритма обработки сигналов. Изложена сравнительная характеристика методов контроля оптических свойств полупроводников, используемых в элементах оптоэлектроники инфракрасного диапазона.

Висвітлено основи узагальненої теорії детектування радіосигналів з урахуванням особливостей, які виникають під час приймання слабких і сильних амплітудно-модульованих сигналів. Проведено аналіз можливих спотворень, що з'являються за діодного детектування потужних сигналів. Розглянуто різновиди та принципи роботи обмежувачів амплітуди, а також детекторів фазо- та частотно-модульованих радіосигналів. Увагу приділено питанням ручного та автоматичного регулювання, акцентовано на способах захисту радіоприймачів від перешкод.

Наведено загальну характеристику типових обчислювальних мереж - зірко- та деревоподібної, кільцевої, петльової, шинної. Розглянуто способи передачі даних, описано передавальне середовище. Встановлено призначення фундаментальних протоколів, проаналізовано проблеми проектування мереж, запропоновано моделі взаємозв'язку відкритих систем. Висвітлено матеріали про мережі з опитуванням/вибором, розкрито особливості їх будови та функціонування. Показано переваги та недоліки супутникових мереж, обгрунтовано можливості їх використання для передачі даних. Охарактеризовано супутникові пристрої компенсації затримки.

Дана общая характеристика типичных исчислительных сетей - звездо- и деревообразной, кольцевой, петельной, шинной. Рассмотрены способы передачи данных, описана передаточная среда. Установлено назначение фундаментальных протоколов, проанализированы проблемы проектирования сетей, приведены модели взаимосвязи открытых систем. Изложены материалы о сетях с опросом/выбором, раскрыты особенности их строения и функционирования. Показаны преимущества и недостатки спутниковых сетей, обоснованы возможности их использования для передачи данных. Охарактеризованы спутниковые устройства компенсации задержки.

Наведено результати теоретико-методичного аналізу формування систем зв'язку та телекомунікацій на базі алгоритмів даних систем з допомогою аналого-цифрових перетворювачів і мікропроцесорних регуляторів. Розглянуто будову та принцип дії аналого-цифрових дискретних регуляторів, адаптивний цифровий перетворювач динамічного діапазону сигналу й автоматичний регулятор рівня сигналу у каналі зв'язку. Запропоновано методи цифрового управління параметрами каналів зв'язку за умов мінімізації впливу зовнішніх електромагнітних перешкод.

Изложены результаты теоретико-методического анализа формирования систем связи и телекоммуникаций на базе алгоритмов адаптации указанных систем с помощью аналого-цифровых преобразователей и микропроцессорных регуляторов. Рассмотрены строение и принцип действия аналого-цифровых дискретных регуляторов, адаптивного цифрового преобразователя динамического диапазона сигнала и автоматического регулятора уровня сигнала в канале связи. Рассмотрены методы цифрового управления параметрами каналов связи в условиях минимизации влияния внешних электромагнитных помех.

Розв'язано науково-прикладні задачі підвищення тактико-технічних характеристик автоматизованих комплексів радіоконтролю (РК) з використанням нових методів сумісного виявлення, оцінювання параметрів і розпізнавання сигналів. Запропоновано та досліджено новий метод сумісного виявлення та пеленгування радіовипромінювання (РВ) систем радіозв'язку у високо- (ВЧ) та надвисокочастотному (НВЧ) діапазонах, застосування якого дозволяє виявляти нові РВ з використанням кореляційно-фазової обробки радіосигналів у кільцевих антенних решітках у ВЧ і НВЧ діапазонах. Запропоновано спектрально-статистичний метод сумісної селекції та розпізнавання заданих РВ засобів зв'язку, який передбачає побудову власних областей у просторі індивідуальних ознак, характерних для заданих реальних радіосигналів ВЧ і НВЧ діапазонів. Розроблено метод сумісного розпізнавання видів і оцінювання параметрів модуляції для РВ засобів зв'язку, який базується на використанні імовірнісної моделі як суміші розподілів у просторі квадратурних складових прийнятих радіосигналів. Розроблено структури автоматизованих станцій і комплексів автоматизованого РК, використання яких дозволяє здійснити спільне розв'язання задач виявлення, пеленгування та розпізнавання РВ та забепечує тактико-технічні характеристики, прийнятні для різних служб РК.

Розроблено теорію аналізу та синтезу багатопараметричних сигналів із компактним спектром, що відповідають критеріям Найквіста. Запропоновано методи формування нових класів сигналів із фінітним спектром, вільних від міжсимвольної інтерференції (МСІ), та методи синтезу сигналів із керованою МСІ для систем із корелятивним кодуванням. Висвітлено методи параметричної оптимізації характеристик систем передачі. Описано нові алгоритми та математичні моделі для систем радіозв'язку, що використовують частотну модуляцію з неперервною фазою. Розв'язано проблему реалізації методів корелятивного кодування в системах передачі цифрових потоків із високою спектральною ефективністю.

Розв'язано задачі аналізу спектральних і кореляційних властивостей поліноміальних сигналів (ПС) та узагальненого гауссового імпульсу (УГІ). Розроблено метод синтезу оптимальних ПС з заданими кореляційними властивостями в часовій та частотній областях, оптимальних УГІ на підставі їх комбінації. Запропоновано метод аналізу спектральних і кореляційних властивостей надширокосмугових сигналів, УГІ, досліджено його спектральні та кореляційні властивості. Розроблено метод синтезу оптимальних ПС з заданими властивостями в часовій та частотній областях, оптимальних кореляційних функцій, заданих дискретними та неперервними значеннями на підставі комбінованого УГІ.