DSpace Collection:https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/15922026-06-23T20:17:48Z2026-06-23T20:17:48ZАгентні моделі в інформаційній технології інтелектуального моніторингуОстапюк, Володимир Вікторовичhttps://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/95032026-05-27T00:00:29Z2026-05-19T00:00:00ZTitle: Агентні моделі в інформаційній технології інтелектуального моніторингу
Authors: Остапюк, Володимир Вікторович
Abstract: Вирішено науково-прикладне завдання підвищення ефективності функціонування моніторингового програмного агента в інформаційній технології інтелектуального моніторингу шляхом розробки методів побудови та засобів програмної реалізації багатошарових агентних моделей.
Актуальність роботи зумовлена зростаючою складністю та динамічністю середовищ, у яких функціонують сучасні розподілені інформаційні системи та мікросервіс. У процесі експлуатації таких систем відбувається неминуча зміна статистичних властивостей даних та режимів функціонування.
Традиційні статичні засоби моніторингу в таких умовах втрачають адекватність, що призводить до пропуску критичних збоїв [64]. Виникає проблема між динамічною природою об’єкта та статичністю засобів спостереження. Вирішенням є створення моніторингових агентів, здатних до автономного синтезу адаптивних моделей, що забезпечують високу точність без втручання людини.
Складність цього завдання підтверджується сучасними дослідженнями у галузі MLOps (Machine Learning Operations). У реальних умовах статистичні властивості даних постійно змінюються, що призводить до явища "дрейфу концепцій" (concept drift). Оскільки в потоках телеметрії неможливо миттєво отримати істинні мітки (ground truth) для нових даних, традиційні методи моніторингу помилок стають неефективними. Тому виникає гостра потреба у використанні методів виявлення дрейфу без вчителя (unsupervised drift detection), які здатні працювати в режимі реального часу. Саме тому моніторинговий агент повинен вміти автономно адаптувати свою структуру до цих непередбачуваних змін.
Мета дослідження: Підвищення ефективності функціонування моніторингового програмного агента у інформаційній технології інтелектуального моніторингу шляхом розробки методів побудови та програмної реалізації багатошарових агентних моделей.
Наукова новизна отриманих результатів.
1. Вперше запропоновано метод багатошарового синтезу агентних моделей, який заключається у формуванні масиву вхідних даних, синтезу моделі, добавленні сигналу із виходу моделі до масиву вхідних даних і повторного синтезу моделі, який, на відміну від існуючих, використовує кластеризацію вхідних даних і побудову для кожного кластеру моделей, що дозволяє підвищити точність і адекватність результатів моделювання та профілювати метод проектування програмного забезпечення агента за рахунок підвищення однорідності точок спостереження у кластерах.
2. Удосконалено метод синтезу багатошарових моделей та їх програмної реалізації шляхом зростання різноманітності структури шарів, що дозволяє підвищити повноту опису об’єкта та покращити результати моделювання.
3. Набув подальшого розвитку метод багатошарового синтезу агентних моделей за рахунок використання у процесі проєктування алгоритмів синтезу моделей та їх програмного забезпечення спрямованого ациклічного графу (DAG), що дозволяє забезпечити багатоетапність процесу удосконалення структури моделі шляхом обробки сигналів на виході та використання моделей, побудованих у різних середовищах.
У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертації, сформульовано мету, завдання, об'єкт та предмет дослідження, розкрито наукову новизну та практичне значення отриманих результатів.
У першому розділі розглянуто проблематику динамічних змін у середовищах інтелектуального моніторингу складних інформаційних систем. Здійснено теоретичний аналіз методів прогнозування часових рядів та обґрунтовано доцільність застосування алгоритмів машинного навчання для задач табличної регресії. Проаналізовано проблеми MLOps щодо відтворюваності експериментів, форм представлення архітектур та обмежень існуючих форматів серіалізації моделей.
У другому розділі викладено теоретичні основи та математичну формалізацію розроблених методів. Описано метод підвищення однорідності вхідних даних шляхом кластеризації та збагачення простору ознак, а також удосконалений метод багатошарової рециркуляції з використанням гетерогенних пулів алгоритмів (АСМ) та пошаровим тестуванням структури.
У третьому розділі наведено результати експериментальних досліджень на структурно відмінних відкритих наборах даних. Доведено, що комплексне застосування методів кластеризації та рециркуляції дозволяє зменшити похибку прогнозування (RMSE, MAE) порівняно з базовими алгоритмами та класичними статичними ансамблями.
У четвертому розділі здійснено проектування інформаційної технології та моніторингового програмного агента на основі декларативного підходу. Розроблено компонентну архітектуру та логіку подання багатоетапних процесів конструювання моделей у вигляді спрямованого ациклічного графа (DAG), що гарантує детермінізм обчислень та машинну відтворюваність результатів.
У висновках узагальнено результати роботи, підтверджено виконання поставлених завдань та доведено ефективність розроблених рішень.
Практичне значення отриманих результатів. Розроблений метод підвищення однорідності даних та удосконалений метод рециркуляції дозволяють моніторинговому агенту автономно розпізнавати різні режими функціонування інформаційної системи та адаптувати під них свою прогностичну логіку. Застосування декларативного підходу та подання процесів на основі DAG вирішують прикладну інженерну проблему MLOps щодо надійного перенесення навчених багатошарових ансамблів у середовище експлуатації із гарантуванням повної машинної відтворюваності обчислень.
Дисертацію виконано у Черкаському державному технологічному університеті, м. Черкаси.; The scientific and applied problem of improving the efficiency of a monitoring software agent in the information technology of intelligent monitoring has been solved by developing methods for constructing and software implementation tools for multilayer agent models.
The relevance of the work is driven by the growing complexity and dynamism of the environments in which modern distributed information systems and microservices operate. During the operation of such systems, an inevitable change in the statistical properties of data and operational modes occurs.
Traditional static monitoring tools lose their adequacy under such conditions, leading to missed critical failures. A problem arises between the dynamic nature of the object and the static nature of observation tools. The solution is the creation of monitoring agents capable of the autonomous synthesis of adaptive models that ensure high accuracy without human intervention.
The complexity of this task is confirmed by modern research in the field of MLOps (Machine Learning Operations). Under real-world conditions, the statistical properties of data constantly change, leading to the phenomenon of "concept drift". Since it is impossible to instantly obtain ground truth labels for new data in telemetry streams, traditional error monitoring methods become ineffective. Therefore, there is an acute need to use unsupervised drift detection methods capable of operating in real-time. That is why a monitoring agent must be able to autonomously adapt its structure to these unpredictable changes.
The goal of the research: improving the efficiency of a monitoring software agent in the information technology of intelligent monitoring through the development of methods for constructing and software implementation of multilayer agent models.
Scientific novelty of the obtained results.
1. For the first time, a method of multilayer synthesis of agent models is proposed, which consists of forming an input data array, synthesizing a model, adding a signal from the model output to the input data array, and re-synthesizing the model. Unlike existing methods, it uses input data clustering and the construction of models for each cluster, which makes it possible to improve the accuracy and adequacy of modeling results and to profile the agent software design method by increasing the homogeneity of observation points within clusters.
2. The method of synthesizing multilayer models has been improved by involving machine learning algorithms for layer formation, which makes it possible to increase the number of models in a layer, enhance the completeness of the object description, and improve the modeling results.
3. The method of multilayer synthesis of agent models received further development by using a Directed Acyclic Graph (DAG) in the process of designing model synthesis algorithms, which ensures the multi-stage nature of the model structure improvement process by processing output signals and using models built in different environments.
In the introduction, the relevance of the dissertation topic is substantiated, the goal, tasks, object, and subject of the research are formulated, and the scientific novelty and practical significance of the obtained results are revealed.
The first chapter considers the issues of dynamic changes in the environments of intelligent monitoring of complex information systems. A theoretical analysis of time series forecasting methods is performed, and the feasibility of applying machine learning algorithms for tabular regression tasks is substantiated. MLOps issues regarding experiment reproducibility, forms of architecture representation, and limitations of existing model serialization formats are analyzed.
The second chapter presents the theoretical foundations and mathematical formalization of the developed methods. It describes a method for increasing the homogeneity of input data through clustering and feature space enrichment, as well as an improved method of multilayer recirculation using heterogeneous pools of algorithms and layer-by-layer structure testing.
The third chapter presents the results of experimental studies on structurally distinct open datasets. It is proven that the complex application of clustering and recirculation methods significantly reduces the forecasting error (RMSE, MAE) compared to basic algorithms and classical static ensembles.
The fourth chapter covers the design of information technology and a monitoring software agent based on a declarative approach. The component architecture and logic for representing multi-stage model construction processes in the form of a Directed Acyclic Graph (DAG) have been developed, which guarantees computational determinism and machine reproducibility of the results.
The conclusions summarize the results of the work, confirm the fulfillment of the set tasks, and prove the effectiveness of the developed solutions.
Practical significance of the obtained results. The developed method for increasing data homogeneity and the improved recirculation method allow the monitoring agent to autonomously recognize different operating modes of the information system and adapt its predictive logic to them without human intervention. The proposed declarative approach and the DAG-based representation of processes significantly simplify the design and solve the applied engineering MLOps problem of reliably transferring trained complex ensembles to the production environment while preserving full machine reproducibility.
The dissertation was carried out at the Cherkasy State Technological University, Ukraine, Cherkasy.2026-05-19T00:00:00ZМоделювання та алгоритмізація процесу ціноутворення в електронній комерції із застосуванням програмних агентівЗеленько, Едуард Васильовичhttps://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/48692024-07-17T00:00:19Z2024-01-01T00:00:00ZTitle: Моделювання та алгоритмізація процесу ціноутворення в електронній комерції із застосуванням програмних агентів
Authors: Зеленько, Едуард Васильович
Abstract: У дисертаційній роботі розв’язано актуальну науково-прикладну задачу удосконалення процесу моделювання та розробки програмних засобів, що використовуються в електронній комерції за рахунок застосування агентно-орієнтованого підходу для розширення множини їх властивостей та потенційних можливостей, зменшення кількості використовуваних системних процесів та зв’язності між компонентами системи, а також підвищення швидкості їх розробки.
Дисертаційна робота складається зі вступу, чотирьох розділів, висновків, списку літературних джерел та додатків.
У першому розділі проведено огляд особливостей розробки та застосування програмних агентів, а також узагальнення множини основних недоліків підходу прямих поставок в електронній комерції. Виявлені особливості агентно-орієнтованого програмування, які стали основою рішення проблем розробки та використання програмних засобів за підходу прямих поставок в електронній комерції.
Додатково проведено: огляд наукової літератури з вивчення проблем використання програмного забезпечення, які можуть бути вирішені за допомогою агентно-орієнтованої інженерії програмного забезпечення; огляд та аналіз властивостей агентно-орієнтованого підходу, а також аналіз засобів її реалізації; огляд переваг, недоліків та особливостей використання програмних агентів; огляд класифікації, властивостей та математичної моделі програмних агентів; визначено додаткову властивість розширення множини властивостей та потенційних можливостей програмного забезпечення за рахунок застосування агентно-орієнтованого підходу; огляд основних мов комунікації, платформ для розробки програмних агентів та типів поведінки; класифікацію та узагальнення множини найбільш значущих недоліків підходу прямих поставок в електронній комерції з метою їх усунення за допомогою результатів дослідження процесу обробки даних програмними агентами у ціноутворенні; порівняння та аналіз підходів до розробки програмного забезпечення, в ході якого запропоновано удосконалення прототипування шляхом застосування агентно-орієнтованого підходу, що дозволить усунути умови виникнення недоліку з дотриманням строків, а саме — зменшення витрат часу на розробку версій прототипу за допомогою менш ускладненого процесу розробки інтерфейсу користувача.
У другому розділі побудована логічна структура досліджуваної предметної області за допомогою представлення сутностей у формі класів, їх зв’язків та взаємодії між собою. Розглянуто методику впровадження результатів першого розділу до практики проектування програмних засобів, поетапну послідовність та особливості програмної реалізації агентно-орієнтованого програмування за використання прототипування. Проведено: аналіз та моделювання предметної області, а також її концептуалізацію; архітектурне проектування та моделювання поведінки системи.
В ході проведеного теоретичного дослідження процесу моделювання програмного забезпечення автоматизованої інформаційної системи актуалізації роздрібних цін удосконалено метод об’єктно-орієнтованого програмування до розробки програмного забезпечення в електронній комерції за рахунок застосування агентно-орієнтованого підходу, що дозволило зменшити кількість системних процесів, що використовуються, на 4 одиниці та зменшити зв’язність між компонентами системи на 1–3 зв’язки для підвищення їх автономності.
У третьому розділі проведено експериментальне дослідження процесу алгоритмізації ціноутворення програмним агентом, в ході якого підвищено ефективність програмної реалізації розробленого алгоритму обробки даних за точністю розрахунку шляхом удосконалення процесу програмної реалізації ціноутворення в електронній комерції за методологією об’єктно-орієнтованого програмування за рахунок дослідження процесів обробки даних та використання його результатів на етапі формування вимог.
У ході дослідження встановлено необхідність розробки додаткового інтерфейсу користувача для інтерактивної взаємодії оператора з програмним забезпеченням та прийняття ним рішення стосовно обробки екстремальних значень вхідних даних з метою подальшого навчання програмного засобу самостійному прийняттю рішення. Як наслідок встановлено необхідність використання штучного інтелекту в подальших версіях програмного засобу.
Проведено експериментальне дослідження процесу розробки програмного забезпечення, в ході якого удосконалено модель реалізації еволюційних прототипів за рахунок застосування агентно-орієнтованого підходу до розробки програмних засобів в електронній комерції, що дозволило підвищити швидкість програмної реалізації інтерфейсу користувача та асинхронної комунікації між автономними компонентами системи.
У четвертому розділі під час тестування продуктивності програмних агентів виконано збір даних показників продуктивності з метою аналізу та визначення обсягу апаратних ресурсів, спожитих за певний проміжок часу при підключенні програмних агентів з різними базовими типами поведінки, в різній кількості, а також під час виконання їх основної функції — оновлення цін. В результаті аналізу зібраних даних визначено темп приросту продуктивності в аспекті споживання апаратних ресурсів для різних типів поведінки та інтерфейсів.
У ході аналізу продуктивності програмних агентів та їх впливу на апаратні ресурси визначено: статистичні показники продуктивності для різних типів поведінки програмних агентів; розширення множини властивостей та потенційних можливостей програмного забезпечення за рахунок застосування агентно-орієнтованого підходу не супроводжується використанням додаткових апаратних ресурсів.
The thesis paper solved the actual scientific and applied task of improving the process of modeling and development of software tools used in e-commerce through the use of an agent-oriented approach to expand the set of their properties and potential opportunities, reduce the number of used system processes and connections between components of the system, as well as increasing the speed of their development.
The thesis paper consists of an introduction, four chapters, conclusions, a list of literary sources and appendices.
In the first chapter, an overview of the features of the development and application of software agents, as well as a generalization of a number of the main disadvantages of the dropshipping approach in electronic commerce, is carried out. Features of agent-oriented programming, which became the basis for solving the problems of development and use of software in dropshipping, were revealed.
Also conducted: a review of scientific literature on the study of software usage problems that can be solved with the help of agent-oriented software engineering; review and analysis of agent-oriented programming, as well as analysis of means of its implementation; overview of advantages, disadvantages and features of using software agents; overview of the classification, properties and mathematical model of software agents; an additional property of expanding the set of properties and potential capabilities of software due to the application of an agent-oriented approach is defined; an overview of the main communication languages, platforms for the development of software agents, as well as types of behavior; classification and generalization of a set of the most significant shortcomings of the approach of dropshipping in electronic commerce with the aim of eliminating them with the help of research results of the process of data processing by software agents in pricing; comparison and analysis of approaches to software development, during which it is proposed to improve prototyping by applying an agent-oriented approach, which will allow to eliminate the conditions for the occurrence of a disadvantage with compliance with deadlines, namely, reducing the time spent on developing prototype versions with the help of a less complicated process of developing the user interface.
In the second chapter, the logical structure of the subject area under study is built using the representation of entities in the form of classes, as well as their connections and interactions among themselves. The method of implementing the results of the first section into the practice of software design, as well as the step-by-step sequence and features of the software implementation of agent-oriented programming using prototyping, are considered. Also carried out: analysis and modeling of the subject area, as well as its conceptualization; architectural design and modeling of system behavior.
In the course of the conducted theoretical study of the software modeling process of the automated information system for updating retail prices, the method of object-oriented programming for the development of software in electronic commerce was improved through the use of an agent-oriented approach, which allowed to reduce the number of system processes used by 4 units and also reduce the connectivity between system components by 1–3 connections to increase their autonomy.
In the third chapter, an experimental study of the process of algorithmization of pricing by a software agent was carried out, during which the efficiency of the software implementation of the developed data processing algorithm was increased in terms of calculation accuracy by improving the process of software implementation of pricing in electronic commerce according to the methodology of object-oriented programming due to the study of data processing processes and using its results at the stage of requirements formation.
In the course of the research, it was established the need to develop an additional user interface for interaction of the operator with the software and decision-making by him regarding the processing of extreme values of input data in order to further teach the software tool to make decisions independently. As a result, the need to use artificial intelligence in future versions of the software was established.
An experimental study of the software development process was conducted, during which the model of the implementation of evolutionary prototypes was improved due to the use of an agent-oriented approach to the development of software tools in e-commerce, which allowed increasing the speed of the software implementation of the user interface and asynchronous communication between the autonomous components of the system.
In the fourth chapter, when testing the performance of software agents, data collection of performance indicators was carried out in order to analyze and determine the amount of hardware resources consumed in a certain period of time when connecting software agents with different basic types of behavior, in different quantities, as well as during the performance of their main function — price updates. As a result of the analysis of the collected data, the rate of productivity growth in terms of hardware resource consumption for various types of behavior and interfaces was determined.
During the analysis of the performance of software agents and their impact on hardware resources, the following are determined: statistical indicators of performance for various types of behavior of software agents; expansion of the set of properties and potential capabilities of the software due to the application of an agent-oriented approach is not accompanied by the use of additional hardware resources.2024-01-01T00:00:00ZМатематичне та програмне забезпечення дослідження завадостійкості цифрових модемів з шумовими сигналамиОлексюк, Вадим Володимировичhttps://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/15942020-12-08T01:00:49Z2020-01-01T00:00:00ZTitle: Математичне та програмне забезпечення дослідження завадостійкості цифрових модемів з шумовими сигналами
Authors: Олексюк, Вадим Володимирович
Abstract: Актуальність розробок математичного та програмного забезпечення дослідження цифрових модемів з шумовими сигналами викликана потребою покращення результатів оцінювання характеристик завадостійкості цифрових модемів зі складними сигналами. За останні кілька десятиліть увагу дослідників привернули системи зв’язку з надшироким спектром сигналу, зокрема з використанням хаотичного та шумового сигналу в якості несучої. Розвиток цифрових технологій спростив практичну реалізацію таких систем. На сучасному етапі недостатня розвиненість методики оцінювання потенційної завадостійкості цифрових систем з шумовою носійною призводить до наявності суттєвих похибок у розрахунках. Зокрема це проявляється у значних розходженнях між емпіричними та теоретичними оцінками завадостійкості таких систем. Тому виникає потреба у розробці нових підходів до математичного моделювання та проектування програмного забезпечення процесів аналізу та імітаційного моделювання цифрових модемів для отримання потенційної оцінки завадостійкості таких систем.
Дисертаційна робота спрямована на вирішення актуальної науково-технічної задачі, що полягає в підвищенні точності оцінки характеристик демодуляторів цифрових модемів з шумовими сигналами за рахунок розробки математичного та програмного забезпечення моделювання процесу оцінювання їх завадостійкості. Розробка відповідного математичного та програмного забезпечення дає змогу інженерам з’ясувати перспективність розробки системи на етапі проектування, а на етапі реалізації вибрати оптимальні параметри системи в умовах дії завад різного походження.
В роботі використовується об’єктно-орієнтований підхід опису процесу проектування архітектури програмного забезпечення дослідження завадостійкості цифрових модемів з шумовими сигналами за допомогою уніфікованої мови моделювання (UML). Даний підхід дозволив удосконалити метод проектування програмного забезпечення імітаційного моделювання процесу оцінювання завадостійкості цифрових модемів з шумовими сигналами та забезпечити ефективніший супровід імітаційної моделі. За допомогою мови програмування Java виконано об’єктно-орієнтовану реалізацію досліджуваних моделей цифрових модемів.
Розроблено у середовищі програмування та запатентовано структурну схему модему множинного доступу із кореляційно-часовою модуляцією шумового сигналу для К≥2 користувачів. У патенті проведена модифікація таким чином, що на стороні модулятора еталонний сигнал зменшений в (К-1) разів по потужності відносно запатентованого прототипу, та збільшена завадостійкість приймача за рахунок зменшення негативного впливу еталонної складової сигналу як системної завади для К користувачів.
Удосконалено метод пошуку мінімальної кількості відліків аналогово-цифрового перетворювача шумового сигналу для заданого рівня відношення сигнал/завада. Даний метод дозволяє шляхом застосування експоненційної регресії підвищити ефективність програмної реалізації цифрового модему за рахунок зменшення ймовірність помилки біту та збільшення швидкості передачі для різного рівня завадових обставин в модемі множинного доступу з кореляційно часовою маніпуляцією шумового сигналу. Збільшення швидкості передачі відбувається за рахунок зменшення довжини тактового інтервалу для обраного значення перевищення сигнал / завада на вході демодулятора. Виконується аналіз завадостійкості та розробляються методи математичного моделювання процесу оцінювання завадостійкість цифрового модему множинного доступу з кореляційно часовою маніпуляцією шумового сигналу та бінарного модему з фазовою маніпуляцією шумового сигналу. Розроблено програмне забезпечення, що спрощує процес вибору оптимальних параметрів цих демодуляторів. Для перерахованих модемів в якості носія інформації використовується шумовий сигнал типу білого гауссового шуму та автокореляційний метод прийому сигналів демодулятором в каналі де діє адитивна гауссова завада.
Дослідження завадостійкості систем автокореляційного типу в більшості випадків проводять з використанням гауссової апроксимації випадкових величин (ВВ) в демодуляторі. Вплив наявності в демодуляторі негауссового розподілу ВВ розглядається вперше для підвищення точності теоретичної оцінки завадостійкості системи. В дослідженні використовуються дві методики оцінювання завадостійкості, що враховують складові з різними законами розподілу ймовірностей у функціоналі порогового детектора:
1) врахування негаусового (квадратичного) розподілу в демодуляторі кореляційно часових модемів бінарного та множинного доступу. На відміну від існуючих метод враховує негаусовий закон розподілу складових, що дає змогу отримати нові аналітичні закономірності обрахунку уточненої завадостійкості;
2) застосування апарату характеристичної функції в аналізі бінарних модемів з кореляційно часовою та фазовою маніпуляцією шумового сигналу, що на відміну від існуючих методів гауссової апроксимації ВВ дозволяє застосувати закони теорії імовірності для функціональних перетворень ВВ та отримати аналітичні вирази для обчислення потенційної завадостійкості демодуляторів.
Проведений аналіз завадостійкості модему множинного доступу з урахуванням впливу вхідних складових сигналу, що апроксимовані гауссовим та Хі-квадрат законами розподілу ймовірностей. Вперше розроблено метод математичного моделювання процесу оцінювання завадостійкості демодулятора цифрового модему з шумовими сигналами, що враховує квадратичний розподіл випадкової величини демодулятора. На відміну від відомих аналогів цей метод враховує негауссовий закон розподілу складових, що дає змогу підвищити точність оцінки завадостійкості багатопозиційного модему з кореляційно часовою маніпуляцією шумового сигналу.
Вперше виконано математичне моделювання процесу оцінювання завадостійкості модему з використанням апарату характеристичних функцій ВВ для бінарного модему з кореляційно часовою маніпуляцією шумового сигналу, що на відміну від існуючих аналогів дозволяє підвищити точність оцінки завадостійкості модему та отримати аналітичні вирази для обчислення потенційної завадостійкості демодулятора за рахунок врахування негауссовості функції розподілу випадкових величин. На відміну від існуючих методів опису з апроксимаціє їх гауссовими випадковими величинами це дозволяє враховувати негауссовість функції розподілу ВВ та отримати кінцеві аналітичні вирази для обчислення потенційної завадостійкості демодулятора, що призводить до зменшення розбіжностей між теоретичними та експериментальними даними визначення ймовірності помилки.
Отримав подальший розвиток метод математичного моделювання процесу оцінювання завадостійкості з використанням характеристичних функцій. Цей метод за рахунок врахування негауссовості функції розподілу випадкових величин дозволяє отримати аналітичні вирази для точної оцінки потенційної завадостійкості демодулятора для модему з фазовою маніпуляцією шумового сигналу.
На основі проведеного аналізу розроблено математичне забезпечення, що дає змогу визначити аналітичну залежність завадостійкості цифрових демодуляторів досліджуваних модемів від параметру сигнал/завада та кількості відліків вхідного сигналу на тактовому інтервалі.
The urgency of the development of mathware and software research of digital modems with noise signals is caused by the need to improve the results of bit error rate (BER) estimation characteristics of digital modems with complex signals. Over the last few decades, researchers have been drawn to ultra-wide signal communication systems, including the use of chaotic and noise signals as a carrier. The development of digital technologies has simplified the practical implementation of such systems. At the present stage, the underdevelopment of the methodology for estimating the potential BER of digital systems with noise carrier leads to the presence of significant errors in the calculations. In particular, this is manifested in significant differences between empirical and theoretical estimates of BER of such systems. Therefore, there is a need to develop new approaches to mathematical modeling and software design processes for analysis and simulation of digital modems to obtain a potential estimate of BER of such systems.
The thesis is aimed at solving the current scientific and technical problem, which is to increase the accuracy of estimating the characteristics of digital modems' demodulators with noise signals through the development of mathware and software modeling of the estimating process their bit error rate. Development of appropriate mathware and software allows engineers to determine the prospects for the development of the system at the design stage, and at the implementation stage to select the optimal parameters of the system under conditions of interference of various origins.
The work uses an object-oriented approach to describe the process of designing the software architecture for bit error rate research of digital modems with noise signals using a unified modeling language (UML). This approach allowed to improve the method of designing software for simulation of the estimating process the BER of digital modems with noise signals and to provide better simulation model support. Using the Java programming language, an object-oriented implementation of the studied models of digital modems was performed.
A block diagram of a multiple access modem with correlation-time manipulation of the noise signal for K≥2 users is developed in integrated development environment and patented. The patent modifies in the way that on the modulator side the reference signal is reduced by (K-1) times the power relative to the patented prototype and decrease bit error rate of the receiver by reducing the negative impact of the reference component of the signal as system interference for K users.
The method of finding the minimum number of samples of the analog-to-digital converter of a noise signal for the set level of the signal-to-noise ratio (SNR) is improved. This method allows increasing the efficiency of software implementation of a digital modem by applying exponential regression by reducing the probability of bit error and increasing the transmission rate for different levels of interference in a multiple access modem with correlated time manipulation of the noise signal. The increase transmission rate occurs by reducing the length of samples for the selected value of the SNR at the input of the demodulator. BER analysis is performed and methods of mathematical modeling of the BER estimation process of digital multiple access modems with correlation-time noise signal manipulation and binary modem with phase noise signal manipulation are developed. Software has been developed that simplifies the process of selecting the optimal parameters of these demodulators. For the listed modems as the information carrier the noise signal of type of white Gaussian noise and the autocorrelation method of reception of signals by the demodulator in the channel where the additive Gaussian noise operates is used.
Investigations of BER of autocorrelation type systems in most cases are carried out using a Gaussian approximation of random variables (RV) in a demodulator. The influence of the presence of a non-Gaussian explosive distribution in a demodulator is considered for the first time to increase the accuracy of the theoretical assessment of the BER of the system.
The study uses two methods for estimating BER, taking into account components with different laws of probability distribution in the functionality of the threshold detector:
1) Taking into account the non-Gaussian (quadratic) distribution in the demodulator of correlation time modems of binary and multiple accesses. In contrast to the existing methods, it takes into account the non-Gaussian law of component distribution, which makes it possible to obtain new analytical regularities for calculating the specified BER;
2) application of the characteristic function apparatus in the analysis of binary modems with correlation time and phase manipulation of the noise signal, which in contrast to the existing methods of Gaussian approximation of explosives allows to apply the laws of probability theory for functional transformations of explosives and obtain analytical expressions.
The BER analysis of the multiple access modems is carried out taking into account the influence of the input components of the signal, which are approximated by the Gaussian and Chi-square probability distribution laws. For the first time, a method of mathematical modeling of the estimate process of BER of a digital modem demodulator with noise signals was developed, which takes into account the quadratic distribution of the random variable demodulator. In contrast to the known analogues, this method takes into account the non-Gaussian law of component distribution, which allows increasing the accuracy of estimating the BER of a multiposition modem with correlation-time manipulation of the noise signal.
For the first time, mathematical modeling of the process of estimating modem BER was performed using the apparatus of characteristic RV functions for binary modem with correlation-time noise signal manipulation, which, unlike existing analogues, allows increasing the accuracy of BER estimation and obtaining analytical expressions to calculate potential distribution of random variables. In contrast to the existing methods of description with approximation of their Gaussian random variables, this allows to take into account the non-Gaussian function of the explosive distribution and obtain final analytical expressions to calculate the potential BER of the demodulator, which reduces discrepancies between theoretical and experimental data.
The method of mathematical modeling of the BER estimation process was further developed using characteristic functions. This method takes into account analytical non-Gaussian distribution function of random variables to accurately estimate the potential BER of the demodulator for modem with phase noise signal manipulation.
Based on the analysis, mathware is developed, which allows determining the analytical dependence of BER of digital demodulators of the studied modems on the SNR parameter and the number of samples of the input signal on the clock interval.2020-01-01T00:00:00Z