Вийшов з друку новий підручник «Основи теорії телекомунікаційних систем» зі спеціальності 172 «Телекомунікації та радіотехніка» за авторства професора Поповського В.В.

Поповський В.В. Основи теорії телекомунікаційних систем: підручник. – Харків: ХНУРЕ, 2018. – 368с.

УДК 621.39

Рецензенти:

• • • • А.А. Сєрков, завідувач кафедри систем інформації Харківського національного технічного університету «Харківський політехнчний інститут», доктор технічних наук, професор;
      • Л.Н. Беркман, проректор з науково-педагогічної роботи Державного університету телекомунікацій, доктор технічних наук, професор.                                                

 ISBN978-966-659-233-3

Підручник складено відповідно до навчальної програми однойменної дисципліни. В основі дисципліни – загальна теорія систем, системний підхід, методи системної політики. Дана дисципліна направлена на конкретизацію й підсилення міждисциплінарних зв’язків, на виховання у студентів систематичного мислення щодо аналізу, синтезу задач телекомунікацій. Розглядаються різноманітні математичні концептуальні та формалізовані моделі, орієнтовані на розв’язання наукових і практичних задач. Особлива увага приділена моделюванню складних стохастичних динамічних систем, що відображують стан сучасних інфокомунікацій.

Для студентів вишів, що навчаються за спеціальністю 172 «Телекомунікації та радіотехніка» й різних галузей інфокомунікаційних спеціальностей. Може використовуватися магістрами, а також для самостійної освіти.

Даний підручник збігається з назвою навчальної дисципліни «Основи теорії телекомунікаційних систем» (ОТТС), що читається кафедрою інфокомунікаційної інженерії (Телекомунікаційних систем), на другому курсі спеціальності 172 «Телекомунікації та радіотехніка».

Цій дисципліні відводиться особлива роль у тому сенсі, що вона має міждисциплінарний характер, є з’єднувальною ланкою для інших дисциплін, оскільки в основі її лежить загальна теорія систем.

Системність і системний підхід дають змогу цілісного сприйняття того чи іншого об’єкта у взаємодії його з довкіллям. Саме взаємодія і взаємозв’язок між елементами характеризує основні системні властивості будь-якого об’єкта.

У системному підході слід виділити три головні характеристики, які виникають завдяки взаємодії між елементами систем:

1. Взаємодіючі елементи системи дещо втрачають свою самостійність. Система ж при цьому набуває додаткових зверхінтегральних властивостей, які не притаманні окремим елементам чи групі невзаємодіючих елементів.

2. Структура системи набуває властивостей мережі взаємозв’язків, що є адекватною системоутворювальною моделлю.

3. Для різноманітних систем: електричних, механічних, біологічних, соціальних та інших справедливі одні й ті самі закони, поведінка, властивості та математичні моделі, що їх відображують. Телекомунікаційна система як об’єкт відповідає всім вимогам щодо складної системи, і її властивості найбільш повно відображуються в ході системного аналізу та синтезу. Отже, основна увага в дисципліні ОТТС приділена до синтезу математичних моделей структурних, функціональних та інфокомунікаційних властивостей телекомунікаційних систем, а також методикам їх аналізу.

Сучасні телекомунікаційні системи – це складні, цілеспрямовані системи, які відзначаються динамічністю, стохастичністю, контрольованим або неконтрольованим розвитком. Зокрема для складання математичних моделей довелося звертатися до лінійних і нелінійних методів синтезу, теорії ймовірностей та випадкових процесів, теорії управління, оптимізації, методів кібербезпеки, теорії катастроф, синергетики, автоматики, нейронних мереж, генетичних алгоритмів тощо. Особлива увага була приділена концептуальним моделям, які прийняті міжнародними регламентними організаціями.

Зміст підручника викладений наступним чином.

Підручник складається з трьох частин, пов’язаних між собою системною методологією і станом телекомунікаційних (інфокомунікаційних) технологій.

І-а частина, 1-й розділ. Загальні дані щодо основ теорії систем. Подання дисципліни «Основи теорії телекомунікаційних систем» (ОТТС), цілі та завдання дисципліни, особливості освітньої програми, історичний аспект.

2-й розділ. Даються основи визначення, складові системного підходу, характеристика станів і організованості систем.

3-й розділ. Закономірності та характеристики складних систем. Принципи розвитку та дослідження систем, цілеспрямованість, взаємозв’язки та взаємодії систем, їх властивості.

4-й розділ. Методи системних досліджень. Складові системних досліджень. Суть і зміст системного аналізу, основні методи системного синтезу та аналізу.

5-й розділ. Основи побудови математичних моделей складних систем. Загальні відомості про моделювання, типи та класифікацію математичних моделей. Структурно-функціональний підхід. Концептуальні та формалізовані моделі. Клієнт-серверні та децентралізовані моделі управлінь.

ІІ-а частина. Моделі та методи системної інженерії.

6-й розділ. Концептуальні моделі інфокомунікаційних систем. Стандартизація і модульність ІКС. Еталонна модель ВВС OSI, мережні моделі ІЕЕЕ, зміст протоколів ISDN, NGN, FGN, SDN, IMS, LTE.

7-й розділ. Основи побудови формалізованих моделей складних систем. Методи замикання, структуризації, параметризації, опису моделі. Формалізація на основі графів, процесів, потоків у мережах. Кібернетичні моделі, моделі автоматів для управління, генетичні алгоритми, нейронні мережі та нечітко задані моделі. Адекватність, оптимізація моделі. Вимірювальні шкали.

8-й розділ. Методи подання формалізованих моделей. Детерміновані та стохастичні подання випадкових подій, величин, процесів та полів подання функціями і щільністю розподілу ймовірностей та в просторі станів. Стаціонарність та ергодичність процесів, частотно-часові представлення. Марковість процесів.

9-й розділ. Динамічні моделі, представлені в просторі станів. Системи масового обслуговування. Математичні моделі потоків, самоподібність, фрактальність, рекурентність. Моделі обслуговування з відмовами і чергами. Усталені режими систем. Багатоканальні системи. Потокова модель процесу народження та загибелі.

10-й розділ. Моделі та методи математичної статистики. Методи формування та обробки вибіркової статистики. Обробка статистики, властивості вибіркових оцінок. Робастні оцінки. Методика аналізу точності вибіркових оцінок, довірчі інтервали, критерії точності. Метод Монте-Карло.

ІІІ-я частина. Методи моделювання складних динамічних систем.

11-й розділ. Подання динамічних моделей у просторі станів. Детерміністські лінійні і нелінійні моделі. Моделі поведінки систем у рівноважному, перехідному та в стані хаосу. Стохастичні моделі в інтегральному та диференціальному варіантах подання. Методи та моделі формування й спостереження випадкових процесів моделі зв’язності динамічних систем, якісна і кількісна характеристика зв’язності.

12-й розділ. Методи рекурсивних оцінок стану випадкових процесів. Особливості рекурсивних обчислень оцінок станів. Фільтри Калмана-Б’юсі, методи стохастичної апроксимації. Аналіз якості рекурсивних оцінок стану. Багатовимірні моделі спостереження і стану в задачах оцінювання.

13-й розділ. Управління в складних системах. Ситуаційні та формалізовані методи управління системами. Моделі та методи реалізації механізмів управління за критерієм QoS. Принципи управління за Уаттом і Понселє. Методи оптимального управління, види критеріїв, роль теореми про розділ. Управління в багатовимірних системах із частково схильними інтересами. Теорія ігор. Вибір стратегії поведінки взаємодіючих систем.

14-й розділ. Методи синтезу адаптивних, навчальних та самоорганізуючих систем. Загальні принципи навчання штучних систем з учителем і без нього. Методи адаптації щодо умов спостереження. Адаптивні компенсатори завад, адаптивні антенні решітки. Задача про компенсацію джиттера. Моделі адаптації з ідентифікацією моделі, з локально-стаціонарною моделлю, моделі пошукового типу. Самоорганізовувані та самовідновлювані системи.

В кінці підручника дається Додаток з Термінологічним словником.

Перелік літератури поданий окремо для обов’язкового користування і для загального ознайомлення зі світовою літературою щодо теорії систем.

Підручник написаний за матеріалами лекцій однойменної дисципліни на кафедрі інфокомунікаційної інженерії (колишня ТКС) Харківського національного університету радіоелектроніки. Основний матеріал склав, узагальнив і розробив професор В.В. Поповський. У написанні 6-го розділу брала участь доцент С.О. Сабурова, 9-го розділу – доцент канд. техн. наук Л.І. Мельнікова, 10-го розділу – доцент канд. техн. наук Н.В. Москалець і асистент К.О. Поповська. В оформленні даного підручника великий внесок зробили інженери Л.М. Рязанцева та Я.О. Красноженюк. Всім їм щира подяка.