智能感知无线电模型对提高未来射电天文学观测

文摘

射电天文学机构希望优化地面射电天文学观测减轻对干扰和提高角分辨率。地面望远镜(GTs)经验来自星际链路的干扰(种)。天文学源接收到无线电信号GTs分析在高性能计算(HPC)的基础设施。此外,观测限制条件阻止GTs进行射电天文学观测,造成HPC利用率低。本文提出了机制,防止GTs ISL干扰没有永久性的预防ISL数据传输,提高角分辨率。ISL传输数据利用相似的序列观测天文学来源增加ISL连接持续时间。此外,提出了一种机制,利用可重构地球站增强角分辨率。此外,介绍了投机取巧的计算方案(OCS)来增强HPC利用率。使用口服避孕药使开工不足HPC训练学习算法的认知基站。表演的三个评估机制。 Simulations show that the proposed mechanisms protect GTs from ISL interference, enhance angular resolution, and improve HPC utilisation.

1。介绍

天文学是宇宙的科学研究通过分析天文学源信号。天文学源信号可以接收到地面或太空望远镜。天文观测也可以基于信号源的范畴。天文观测源信号通过地面望远镜(GTs)可以从光出现,收音机,引力波。此外,从x射线天文源信号,红外,紫外辐射从太空望远镜观测到的。

广播和引力天文学观测是互补的1- - - - - -3),帮助理解宇宙。地面射电天文学观测的谱访问是受到波长变化由于红移和蓝移。波长变化需要,GTs应该访问重要的带宽资源。地面射电天文学观测经验的干扰无线电波辐射通过星际链路(种)的低地球轨道卫星。种的使用预计将增加由于小卫星扩散4- - - - - -7]。

因此,解决方案,防止地面射电天文学观测干扰种是必要的。这种解决方案可以使用认知无线电(CR)。CR区分用户根据其优先级访问无线电频谱。这两种类型的用户认可CR主要用户和次要用户提供更高和更低的频谱访问优先级,分别。CR可以用来设计干扰保护方案通过使用交织或衬底频谱共享模型。交织的频谱共享模型支持二级用户分享与主用户访问无线频谱。通知二级用户的共享是意识到主用户的频谱访问时代。意识到主用户频谱访问时代,二级用户可以使用频谱当初级用户都不见了。

基于CR交织频谱共享的框架,提出了防止GTs ISL干扰(8]。在[8),主要用户是GT,而二级用户ISL。信息时代的天文观测卫星和访问来源是用来确定ISL激活时代和持续时间。使用CR停用ISL对于一个给定的时间,而地面射电天文学观测正在进行。结果在8GT)需要进一步调查研究关系干扰模式的保护和相似之处观察到天文学来源。

此外,组织希望进行射电天文学观测可分为基于GT的可用性。一些组织可以构建自己的GTs,而其他人将未使用的地球站GTs。未使用的地球站的转换是可行的因为增加使用光纤电缆代替卫星宽带上网(9- - - - - -14]。讨论在9- - - - - -14)侧重于利用转换未使用的卫星地球站GTs但不考虑陆地无线网络的存在目标电磁环境的地球站转换。此外,将望远镜的使用也应该提高的角度分辨率地面射电天文学观测。霍尔和罗林斯(10)建议使用多模卫星通信和地面射电天文学观测望远镜。多模的动态使用GT应加强角分辨率。可重构CR可以用来提高角分辨率时多模GTs用于地面射电天文学。GT意识到通过转换时也容易受到干扰目的地环境包括陆地无线网络。因此,GTs需要干涉保护机制。

此外,地面射电天文学机构还寻求高性能计算(HPC)基础设施利用率最大化。根据巴博萨et al。15),阿塔卡马大毫米/ Submillimetre数组(ALMA)的HPC开工不足是由于观测限制条件。HPC利用率可以提高通过使用多路复用技术,如时间。然而,其他多路复用技术,如工作周期分多路传输提出了超越时间多路复用(16- - - - - -18]。因此,一个工作周期多路复用方案,可以提高HPC利用率是必需的。

本文地址两个目标对地面射电天文学机构使用GTs转换。建议机制,优化地面射电天文学观测的行为,避免干扰和提高角分辨率。本文还提出了一种机制,增强了HPC利用率。本文以下贡献:(1)它提出了一种优化地面射电天文学观测的框架。优化框架保护地面射电天文学观测ISL干扰和增强了角分辨率的地面射电天文学组织。分析其他数据集从卡鲁阵列望远镜19]调查ISL传输时间容许的范围没有GTs造成干扰。角分辨率也增强利用CR启用多模GTs对地面射电天文学观测。(2)它提出了一个智能框架,使用相似的天文学观测数据来源前摄干扰避免种和GTs之间。(3)提出了投机取巧的计算方案(OCS)使用一个工作周期多路复用提高HPC利用率。探讨口服避孕药的成功概率和陆地无线网络吞吐量的函数GTs的数量。

本文的其余部分组织如下。部分2讨论了相关文献。部分3关注问题的定义。部分4介绍了拟议的机制。部分5讨论了仿真结果。部分6总结了纸。

2。相关工作

本节分为两个部分。第一部分地址问题优化地面射电天文学观测。讨论文学关注GTs的干扰保护和改善角分辨率。第二部分讨论了HPC利用率的提高。

2.1。优化地面射电天文学观测

无干扰的频谱接入和角分辨率的提高很重要目标进行的地面射电天文学观测。无干扰的频谱接入的目标可以通过光谱实现预订(20.- - - - - -24]。光谱预订的目标是确保新服务不会侵犯到乐队的专用地面射电天文学观测。然而,光谱预订面临干扰挑战的新服务是地面射电天文学观测的无知。干扰等缓解措施限制卫星从天空GT地区提出了(24]。解决方案(24通过种)没有考虑数据的转发通过卫星网络。卫星的限制增加延迟时通过卫星网络的最短路径在于GT的天空。小卫星星座的扩散(4- - - - - -7使用GTs种姿势干预风险的)。

另一个领域的创新在地面射电天文学观测未使用的地球站GTs的转换。光缆已经承认使用的不断增加使一些卫星地球站冗余(9- - - - - -14]。GTs意识到从地球转换站在英国已经使用(9,10],莫桑比克[11)、加纳(12,13)和新西兰(14]。未使用的卫星地球站的转换使天文卫星安装的重用,减少基础设施成本。然而,地球转换站一直没有跟踪系统。

它可以推断出从[9- - - - - -14,要转换的卫星地球站已经闲置了很长一段时间。在空闲时间未使用的地球站,有关地区的陆地无线网络的建设是不可能的,从而揭露GTs陆地无线网络干扰从[推断25- - - - - -28]。因此,改造地球站需要干涉保护机制在地面附近的无线网络。

使用额外的地球站与转换地球站增加GTs的数量和基线。GTs的数量的增加和基线提供了一个机会来提高地面射电天文学的角分辨率观察。没有额外的GTs,地面射电天文学组织固定基线。角分辨率可以提高在GT数组动态基线。

此外,伍德伯恩et al。14]承认Goonhilly-3 GT可用于卫星通信和地面射电天文学。这样的GT降低成本由于菜和应答器重用。伺机双重目的GT可以用来增加陆地的基线射电天文学观测对于一个给定的一段时间。然而,双重目的GT用于卫星通信和地面射电天文学观测需要模式切换机制。模式切换机制决定了时代的双重目的GT可用于接收数据包或射电天文学数据。双重GT不能同时用于通信和天文观测。这是因为高传输功率通信信号干扰了天文学无线电信号来源。双重GT也应该主机从陆地无线网络干扰机制,保护它。

在解决干扰缓解和增强角分辨率的挑战,本文考虑了CR是合适的。CR频谱共享模型适用于干扰保护方案的设计地面射电天文学观测。在[29日),CR应用程序考虑了衬底和防止干扰的频谱共享模型限制陆地无线网络传输能量。陆地无线网络传输能量的降低提出了(29日因为天文学源传输能量是无法控制的。调查(29日)表明,所需的陆地无线网络之间的共存和GTs是不可行的。这是因为大型传输能量的陆地无线网络相比,天文学源信号的接收信号强度很低。然而,CR支持其他频谱共享模型,比如交织频谱共享模型。

此外,从可重构软件定义的无线电CR的好处。可重构,可以使用CR与动态基线设计双GT。包含双重GT的方式增加了基线提高天文台角分辨率。包含CR的双重GT使GT的设计响应改善角分辨率的要求。是适合设计解决方案,提高干扰缓解和角分辨率,CR可以用来设计技术解决方案,提高地面射电天文学观测(30.]。然而,使用CR在这方面需要进一步考虑。

2.2。高性能计算基础设施利用率

HPC用于处理天文学源GTs接收到的无线电波。它是通过光纤连接到GTs链接。地面射电天文学组织应该最大限度地利用高性能计算。巴博萨et al。15)指出,阿尔玛HPC有38%表示在阿尔玛周期0时利用报告。这个结果在低功率效率,因为在HPC的所有时间15]。

由此产生的HPC空置使用多路复用技术可以解决的情形。多路复用技术已经用于无线通信共享带宽资源,适合提高HPC利用率。使用多路复用提出(15)也可以被扩展以适应从认知陆地无线网络数据处理。这样的应用程序可以提高CR自治能力见(31日,32]。CR (31日,32)有自主的能力有限,因为它不autogenerate和培训新的学习机制。生成人工智能(32)可以使CR autogenerate和培训新的智能机制。自动生成学习机制可以用于确定CR传输参数训练后(33,34]。讨论在31日,32没有考虑使用HPC的闲置计算资源培训自动生成学习机制。Andreani [35]给出了结果,可用于估计GT nonobservation时间分数在阿尔玛周期3生成从2015年10月至2016年8月。讨论在35)还确定因素导致GT观察透明度和相位稳定性等局限性。观察发生的局限性影响GTs观察和独立于种干扰或陆地无线网络。从估计观测分数了35),阿尔玛HPC离开unutilised 51.4%的时间驱动。不过,阿尔玛空置减少10.6%,情形依然存在开工不足容量的48.6%。

3所示。问题定义

本节描述地面射电天文学的挑战是解决组织使用GTs意识到从地球未使用的转换站。它分为两个部分。第一部分着重于优化目标。在第一部分,讨论的挑战是避免干扰和提高角分辨率。第二部分描述了增强HPC利用率的问题。

3.1。优化:对地面射电天文学观测定义的挑战

考虑场景包括低地球轨道卫星,GTs,认知基站,高性能计算。使用种卫星连接。这些实体具有以下功能:(1)卫星:它们是位于低地球轨道,最短路径路由和站保持算法(2)高性能计算(HPC)基础设施:HPC peta-scale,通用和无线电频率干扰的屏蔽。它分配计算单位每个GT和访问高速互联网链接。HPC还可以确定当观测限制条件导致HPC空置。情形(3)地面望远镜(GTs): GTs安装后启动卫星星座。它们是由光纤连接到HPC链接。他们现在观察到的天文学源HPC的无线电信号。每个GT HPC分配计算单位。HPC分配计算单元用于处理从GT收到信号(4)认知基站(CBS):哥伦比亚广播公司(CBS)是一个巨大的multiantenna系统和中央实体在陆地无线网络。它包含生成人工智能,autogenerates学习机制,通过高速互联网连接到HPC链接。哥伦比亚广播公司使用正交频分multiplex-space分多路访问技术和接收来自多个陆地无线网络用户的信号流。个人用户信号从多路信号中提取一个人工神经网络多用户检测器。多用户检测旨在减少用户的比特误码率。哥伦比亚广播公司接收用户通过控制信道误比特率。比较订户比特误码率与一个预定义的比特误码率阈值。CBS autogenerates新的人工神经网络多用户检测器,当用户误比特率超过了比特误码率阈值。它使现有的人工神经网络多用户检测器和检查他们在不同的未来环境的适宜性

让,,,表示一组卫星,GTs, HPC计算单位分配给GTs和HPC的利用率计算单位分配给GTs,分别。 在哪里和分别是种的最大数量和GTs。

此外,让,,,是一套卫星天空区域,GT的天空区域,ISL频率,分别和GT频率。

通过种卫星是相互联系的,在天空中地区的GTs导致互调干扰地面射电天文学观测。光谱主要和边带信号传播ISL天线主瓣和旁瓣,分别。低地球轨道中的多个卫星的存在会导致多个侧叶与每个ISL的存在主瓣由于非理想的卫星旁瓣抑制。ISL信号干扰天文学无线电信号因为ISL的主要来源和旁瓣信号具有更高的无线电信号功率比天文学电源。

种和GTs之间产生干涉,,,。场景显示发生的干涉图中可以看到1。在图1,天文学来源和卫星高度,和分别在哪里。GTs的操作频率,,,都是和,分别。有三个卫星,卫星天空区域,,,这是与种。种,,上传输,,,分别。在图的干扰点1时通过加法或乘法或其他组合射电天文学和ISL的信号。

的干扰是因为ISL和天文学的源信号的非线性组合。ISL信号互调产品,通过卫星天线辐射的主要和侧叶。辐射信号构成互调的产品和有权力高于天文学源信号。ISL辐射越强信号造成干扰较弱的天文学源信号。在这里的问题公式化,本文旨在证明ISL信号造成干扰天文学源信号。ISL信号包含多个互调认可产品;这里的目标不是列出这些产品,而是为了证明他们的存在干扰地面射电天文学组织。

让表示ISL来自卫星的信号,,遍历在。此外,让表示天文学无线电信号来源收到的在,分别。没有干扰的保护,GT收到信号,,鉴于 和产生的互调产品加法和乘法的组件和。加法和乘法组件出现由于不同ISL的组合信号组件与组件的天文学无线电信号来源。

此外,让,,表示组(1)陆地无线网络在GT附近,(2)GTs基线时,(3)GT观察波长,分别。

角分辨率,在时间鉴于GTs是 考虑到基线可以使用额外的GT,这样增加了角分辨率,,是

然而,地面天文组织需要一个算法,使得它能够增加其基线通过使用一个额外的GT。访问额外的GT确保没有建设一个新GT。此外,让是陆地无线网络的设置在GT附近频率: 在哪里陆地无线网络通道的最大数量。陆地无线网络之间的干扰出现时,GTs,。因此,GTs需要干涉保护机制。

上面的讨论中没有考虑信号的处理每个GT分配每个GT收到。HPC计算单元,每个利用率。GTs的关系和HPC的HPC空置和附近最佳的利用情形如图2和3,分别。

图2显示的情况,,GTs利用高性能计算。第一、第二、和GTs利用率躺在12%到50%至80%,低于12%,分别。在这种情况下,HPC unutilised计算单位。

图3显示的情况GTs附近有最佳的HPC利用率,因为所有的GTs利用计算单位80%。在这种情况下,HPC开工不足的计算单位和。

图中给出的场景2可以被描述为

图中给出的场景3可以被描述为

考虑到HPC共享所需的阈值计算单元,开工不足的HPC和外部应用程序如果可以共享吗或。然而,HPC需要一种机制来验证时或。

4所示。提出了加强地面射电天文学观测方案

本节介绍了提出方案,由两部分组成。第一部分论述了优化方案。优化方案保护地面射电天文学观测ISL干扰和提高角分辨率。第二介绍了投机取巧的计算方案(OCS)提出提高HPC利用率。

拟议的计划将可重构的CR和为不同的上下文中可以决定一个给定的应用程序。尽管大多数CR应用关注陆地无线网络,CR能力可以提高地面射电天文学观测目标。CR通过遥感获得的环境意识,使推断使用感知结果,决定重新配置选项,并执行重新配置决策。

4.1。提出了优化机制

地面射电天文学观测目标的优化来实现干扰缓解和增强角分辨率。在本文中,我们提出一个CR干扰减轻框架,扩展了(8)通过考虑天文学的相似之处观察订单来源。

干扰减轻框架位于卫星,假定的天文学组织数据库时代以前观测天文学的来源,和由三个实体。的实体如下:(1)认知reasoner (CRE):认知推理程序接收来自地面射电天文学两套信息组织。第一组包括正确的提升,偏,观测频率、持续时间,和日期。这些都是在元组举行。第二组包含同样的观察,与赤经,和总观察时间。上的信息和在举行。上的信息,,在元组举行吗。CRE使用的信息和确定ISL激活时代和持续时间。的元组和分别是第一和第二元组吗(2)认知ISL减活化剂(里昂证券):里昂证券中国接收CRE输出和使用这些来确定ISL传输状态和持续时间(3)计划收购渠道(PAC): PAC是一个控制通道,使卫星之间的通信的CRE和地面射电天文学组织。第一次和第二次元组被传输到地面射电天文学的CRE组织通过PAC

考虑相似之处意味着卫星没有分析类似的模式,从而增加没有干扰GTs ISL持续时间。卫星没有分析类似的模式。因此,利用相似性信息可以防止干扰正在进行地面射电天文学观测,同时增加ISL传输时间。

框架的流程图如图4。如图4天文学组织传播第一和第二元组通过卫星的PAC PAC开始之前一个观察。CRE接收第一和第二元组和分析确定干扰免费ISL传播时代和持续时间。CRE也决定一个新的观察到类似的模式在接收到的数据通过PAC来源。新的类似的模式是用于更新卫星上的二元组。里昂证券中国接收CRE输出,并使用它们来配置ISL传输状态和持续时间。

除了干扰保护,优化地面射电天文学观测还需要加强角分辨率。CR的重构性在这方面是一个有用的功能。摘要CR用户分类适用于地面射电天文学观测。地面射电天文学观测可以进行使用GTs主要或次要的GTs。主要GT是GT是专为地面射电天文学观测。二级GT是GT的多个应用程序。它可以用于其他应用程序除了地面射电天文学观测。Goonhilly-3 GT (14用于卫星通信和射电天文学观测是一个次要的GT。本文扩展了(14)通过考虑CR是适用于设计一个次要GT。

二级GT包括一个CR和模式切换和光谱传感机制。模式切换机制使二级GT过程通信数据包和射电天文学的信号。提出了一个框架,使地面射电天文学机构之间的相互作用(与主GTs)和次要的GTs。主要和次要GTs通过互联网交互。二次GTs属于其他组织。射电天文学二级GT观测的数据被传输到地面射电天文学组织通过互联网。

框架提出了增强角分辨率有两个结束属于陆地天文学组织和组织,拥有二级GTs。两端有两个实体。地面射电天文学的实体组织如下:(1)天文数据处理机(ADP): ADP过程从中小学GTs射电天文学数据(2)卫星天文接口(SAI):赛拥有地面射电天文学上的信息组织的观测目标。它通过互联网访问访问二级GTs信息能力的实体组织,拥有二级GTs如下:(1)可视化界面(VIF): VIF整理卫星可见性时代和持续时间的信息。VIF访问从赛射电天文学观测需求,确定合适的二次GTs。此外,VIF获得从二级GTs射电天文学数据用于地面射电天文学观测。获得的数据通过互联网发送到赛。赛发送射电天文学收到VIF的ADP数据(2)卫星包处理器(SPP):卫星通信数据包的SPP过程当二级GTs用于卫星通信。本文次要GTs属于卫星通信网络运营商。

VIF ADP的关系,SAI, SPP图所示5。在图5二次GT的数据包和卫星时代传播到VIF的可见性。VIF将数据包转发到SPP。它获取和传输卫星可见性赛通过互联网时代。CES的ADP数据处理。二次GT的天文数据也通过互联网发送到ADP。赛是意识到地面射电天文学观测目标和检查SVB可用二次GTs用赛信息。赛和VIF之间存在双向链接。

VIF从赛使用获得的数据来选择二级GTs满足地面射电天文学组织的观测目标。选择是在VIF完成的。选择算法认为所需的观测经度,纬度,和频率,的,。上的信息,,在举行。选择过程考虑了二次GT的经度,纬度,CR的频率,。信息,,在举行。赛选择二级GTs的欧几里得距离是最低的。

二级GT主持一个周期平稳检测器,可以完全区分射电天文学和陆地无线网络信号。完美的实现差异化,因为陆地无线网络使用具有已知周期平稳信号的调制方案。二级GT停止射电天文学观测地面检测到无线信号。的概率,使用二级GTs帮助地面射电天文学组织实现其观测目标

使用二次GTs也增强了角分辨率。一个小角分辨率更有益。角分辨率,时,地面射电天文学组织不使用二次GTs 在哪里观察的波长GT和是天文台基线。

陆地无线网络的情况下有附近的中小学GTs,中小学GTs经验干扰。由此产生的干扰减少了基线的贡献提高角分辨率。角分辨率退化,因为电磁辐射模式的陆地无线网络浸润的天文源被GTs收到。考虑到基线是减少了的角分辨率当二级GTs不整合和初级GTs经验陆地无线网络干扰

使用二级GTs除了主要GTs改善角分辨率,在使用额外的二级GTs增加基线。在这种情况下,基线是增加了。假设两个主要和次要GTs不受陆地影响无线网络的干扰,角分辨率是 在哪里是二次波长和GT的观察是二级GTs的最大数量。

在中小学GTs陆地无线网络在他们的附近。认为中小学GTs不合并,合并的理想比较探测器,分别。角分辨率,,是

4.2。投机取巧的计算方案(OCS)

提出了OCS CBS和HPC之间的协同作用。哥伦比亚广播公司使用人工神经网络多用户检测器,以确保低比特误码率信号接收。多用户检测器是由训练神经网络具有不同的已知调制信号和用户模式不同的信道状态和multiantenna配置。cyberphysical系统有两个网络实体与CBS和HPC交互。这些实体如下:(1)神经资源监控器(全国抵抗运动):全国抵抗运动监控CBS的计算资源的使用。它决定当CBS资源不足对发展新自动生成人工神经网络多用户检测器。全国抵抗运动训练数据和指令接收的哥伦比亚广播公司和发送测试请求信息(2)培训资源监控器(TRM): TRM收到哥伦比亚广播公司从全国抵抗运动训练数据和指令。它发送CBS训练数据和指令开工不足HPC的人工神经网络多用户。HPC执行CBS训练指令当观测限制条件导致HPC空置GTs的情形。

OCS系统显示CBS和HPC的时代之间的关系和如图6。CBS autogenerates新人工神经网络多用户检测器获得的误比特率超过了预定义的阈值。

如图6最初,哥伦比亚广播公司(CBS)有四个人工神经网络多用户检测器,即大脑喜欢学习机制在时代。实现了比特误码率超过预定义的阈值在时代比特误码率。因此,开发新的人工神经网络多用户检测器是必需的。CBS autogenerates新的人工神经网络多用户检测器。然而,在,哥伦比亚广播公司(CBS)没有足够的计算单元训练两个自动生成人工神经网络多用户检测器。制定商务成功概率是使用有足够的HPC的概率计算单位GTs时刻,,CCM失败的概率望远镜在时间,。口服避孕药失败在下列情况下:(1)TRM失败事件,虽然有足够的高性能计算资源。(2)TRM不失败但有HPC计算资源不足。

商务的成功概率,,可以得到如下: 评估使用新修改的威布尔函数(36)模型和。口服避孕药影响陆地无线网络吞吐量。吞吐量是商务的能力制定研究开发一种人工神经网络多用户检测器,提高信号接收通过减少误比特率在执行多用户检测。商务成功执行高概率的结果在一个多用户检测器,减少损坏的数量比特每秒接收陆地无线网络用户。收到损坏的比特数量的增加减少的数量的廉洁的比特每秒接收每个订阅者,从而提高陆地无线网络吞吐量。

在制定陆地无线网络吞吐量使用口服避孕药时,我们考虑一个场景:CRs传输传输能量的哥伦比亚广播公司(CBS),,通过通道增益,。干扰的传输CR体验从邻近用户。干扰通道的收益和权力和,分别。理想的人工神经网络多用户检测器的发展发生在;当人工神经网络多用户检测器是由于干扰效果不理想的。香农的吞吐量当陆地无线网络用户传输通道

用户还可以使用多种渠道每个通道都有自己的干扰用户。使用人工神经网络多用户检测器的开发通过商务减少了收到损坏部分的数量和提高信号干扰比,从而提高吞吐量。让成功的概率执行商务频道。此外,让和CR传送通道增益和权力,分别。同样,让和是用户的干扰信道增益和功率在。吞吐量,,当CR传送过去渠道,每个容量赫兹,

5。性能研究

本节讨论的仿真结果提出了机制。它分为两个部分。第一部分介绍了地面射电天文学观察优化的结果。频谱使用情况分析,提出了结果类似的天文学观测字符串的来源,和角分辨率。第二部分调查商务商务增强执行的成功概率和陆地无线网络吞吐量。

5.1。频谱使用情况分析

本节给出结果的频谱使用射电天文学观察和检查ISL背靠背的持续时间和类似的天文学观测源字符串。频谱利用率和传输机会计算第二天:21/01/13,16/02/13,14/10/12,15/10/12,16/10/12,28/10/12,07/11/12,14/11/12,15/11/12,05/02/13,11/02/13 23/02/12,06/11/12。数据用于06/11/12 [8]描述了观测17:15:54.8和23:37:42.6之间进行,而这里观察16:12:24.8和23:59:45.2担忧。数据分析结果如表所示1。

使用数据在计算平均频谱利用率8),也使用新数据重新计算。据估计25.6%的数据仅用于(8当新的数据合并,分别)和29.1%。射电天文学观测的平均频谱利用率增加3.5%额外的数据时。传播的机会减少了3.5%。观察一天,观察持续时间、频谱利用率、传输机会之前考虑了数据集和额外的8个样品展示在表1。

标准差之前和之后的包含更多的数据概括评价是8.2%和11.9%,分别。因此,每日发送持续时间大约是九分之一的最大传输获得机会。这些传输机会独家机会现有在射电天文学的进行观察。

我们也分析了连续的持续时间确定ISL传输时间,而地面射电天文学观察正在进行。ISL传输机会出现时由于观察切换事件。转换发生在天文学组织刚刚完成观察一位天文学源和即将开始另一个源的观测。转换结果期间,地面射电天文学观测不进行了。这些时期潜在抗干扰的ISL传播机会和重复的天文学观测模式的来源。聪明的框架用于确定传输时间。

在分析,我们使用额外的观测数据进行06/11/12(阶段1)和07/11/12(阶段2)除此之外的16/02/13(阶段3)用于(8]。观察时间1、2和3数据为30,85年和95年观察时期,分别。在呈现数据分析结果,时间分为(1)清晨,00:00:00.0-06:00:00.0,(2)早上,08:42:05.3-12:02:55.5,(3)下午,中期12:02:55.6-15:07:5.7,和(4)下午晚些时候,15:07:15.8-18:34:55.7。这些时代的观察时间如表所示2。

背靠背的情节连接进行的观测时间1、2和3所示的数据7,8,9,分别。结果的数据7,8,9,它可以观察到,额外的分析数据显示,ISL传输可以受益于传输机会由于背靠背连接持续时间。进一步的分析显示,平均ISL背靠背连接持续时间1,2,3 = 49.5秒,58.8秒和43.7秒。

类似的天文学观测源字符串不同观测日期如下:(1)源字符串1:= PKS 1934 - 638,= PKS j0010 - 4153,= PKS J0022 + 0014,= PKS j0024 - 4202,= PKS j0042 - 4414,= PKS J0059 + 0006,= PKS j0044 - 3530,= 3 c348(2)源字符串2:= PKS j0240 - 2309,= PKS j0252 - 7104,= PKS j0303 - 6211,= PKS j0309 - 6058,= PKS J0318 + 1628,= PKS J0323 + 0534,= PKS j0351 - 2744,= PKS j0405 - 1308,= PKS j0409 - 1757,= 3 c123(3)源字符串3:= PKS j0408 - 6544,= PKS j0420 - 6544,= PKS j0440 - 4333,= PKS j0442 - 0017,= PKS j0444 - 2809,= PKS j0453 - 2807,= PKS j0519 - 4546,= PKS J0534 + 1927,= PKS j0635 - 7516,= PKS j0744 - 0629,= PKS j0831 - 1951

源字符串1、2和3在14/11/2012观察,28/10/2012,06/11/2012,和14/11/2012 06/11/2012 14/11/2012,分别和14/11/2012 06/11/2012。假设相似性分析智能框架需要600秒,ISL的可实现的增量传输持续时间是726秒。此增量适用于观察进行14/11/2012,28/10/2012,06/11/2012,和14/11/2012 06/11/2012 14/11/2012,分别和14/11/2012 06/11/2012。

源子字符串- - - - - -,,,反复出现在16/02/2012,05/02/2013、28/10/2012 06/11/2012 06/11/2012和05/02/2013。与子相关联的传输时间,,,360秒、320秒、340秒、190秒,分别。

源子字符串,,,反复出现在28/10/2012(2时代)和06/11/2012(2时代),分别。与子相关联的传输时间,,,360秒、160秒、300秒、120秒,分别。这些字符串和子字符串显示一些天文的观测数据来源是重复的。因此,干扰保护框架是可行的。种可以利用这些传输机会当他们意识到天文数据库。如果智能框架不是合并,最大和最小传输时间是49.5秒和43.7秒,分别。这些最大和最小值的范围描述背靠背连接持续时间没有智能的框架。平均背靠背连接持续时间的范围是43.7 - -49.5秒。当使用提出了智能框架时,平均背靠背连接持续时间的范围是769.7 - -775.5秒。

此外,所有权的成本和角分辨率地面射电天文学的组织,利用中小学GTs模拟,如图10和11,分别。仿真是进行5例,病例1,2,3,4,5。所有权的成本计算中使用给定的参数表3。

的情况下可以描述如下。

案例1。地面射电天文学组织中观察到有七个主要GTs IEEE超高频乐队。主要的GTs没有周期平稳探测器和陆地无线网络不容易受到干扰。本案例描述的场景中发现(11),因为它不使用二次GTs。基线是2100公里。

例2。地面射电天文学组织使用四个主要GTs三次要GTs。二级GTs能够处理卫星通信数据包和天文学无线电信号来源。初级和二级GTs IEEE超高频波段操作。包含二次GTs双打基线。主要GTs合并一个周期平稳检测机制。二级GTs不在附近陆地无线网络。

例3。地面射电天文学组织使用四个主要GTs三次要GTs IEEE超高频和IEEE C波段操作,分别。主要GTs不包含周期平稳探测器干扰保护。二次GTs不受陆地影响无线网络的干扰。基线是4200公里。

例4。地面射电天文学组织使用四个主要GTs三次要GTs在IEEE超高频波段操作。主要和次要的GTs结合周期平稳探测器。基线是4200公里。

例5。地面射电天文学组织使用四个主要GTs三次要GTs操作在IEEE超高频波段和IEEE C波段,分别。中小学GTs之间最大的分离距离是4200公里。初级和二级GTs包含周期平稳检测机制。

如图10一起,使用二次GTs主要GTs减少了地面射电天文学组织的所有权成本。如果GTs的数量是5和7之间,所有权的成本是最大的1比情况下2,3,4,5,分别。相比成本1,使用次要GTs的情况下2,3,4,5降低所有权成本17.9%,25.6%,12.6%,和12.6%,分别。成本的情况下4和5是平等的,因为这种情况下仅由GT观测频率进行了区分。仿真参数表所示3不观察频率的依赖。

它还可以看到成本情况1最低时相比,有四个主要GTs的箱子吗2,3,4,5,分别。这是因为主GTs以防1没有任何周期平稳模块、多模控制软件或互联网连接费用。周期平稳模块增加成本的情况下4和5。夹杂物的控制软件和互联网链接增加成本的情况下2,3,4,5。因此,成本的增加是由于公司的特性提出了。添加注册的成本特性增加了前四GTs的成本为例2,4,5相比情况1。它导致增加的成本对比情况1和3。这是因为,在这种情况下1和3,第一个四个GTs主要GTs具有类似的功能。的平均成本增加情况2,4,5相比情况1观察到的是相同的和等于11.4%。成本的增加等于因为只有周期平稳模块添加到主GT的情况下2,4,5相比情况1。

进一步分析结果呈现在图11表明,角分辨率的情况下2,3,4,5比的情况下167.5%,59.2%,75%,和66.7%的平均,分别。可以看出,二次的机会使用GTs增强了角分辨率。周期平稳的合并模块中4和5也增强了角分辨率,因为干扰保护能力。

角分辨率的改善更大当中小学GTs使用IEEE超高频波段见病例2和4由于波长较短。然而,二级GT公司提高角分辨率。因此,使用一个次要GT包含周期平稳检测器提高角分辨率当它包含增加基线。因此,地面射电天文学机构要结合中小学GTs减少所有权成本,提高角分辨率。

5.2。投机取巧的计算方案(OCS)

成功的概率的机会(OCS-SEP)也研究了计算方案。OCS-SEP取决于GTs的数量和HPC计算单元(CUs)。OCS-SEP是不同数量的GTs和HPC前来调查。仿真结果如图12。增加铜从10来100来改善OCS-SEP相同数量的GTs。增加客户从10来100来改善OCS-SEP从0.0387到0.9087。OCS-SEP也提高了铜时增加从100年来1000来。从1000年100来增加铜来增加OCS-SEP从0.0726到0.9085。因此,更多的HPC CUs改善OCS-SEP的可用性。

商务对陆地无线网络吞吐量的影响也在调查中。时获得的陆地无线网络吞吐量是商务执行用于开发人工神经网络多用户检测器。模拟环境考虑一个场景:三CRs共享一个信道来提高频谱利用率。模拟OCS吞吐量图所示13。

见图13吞吐量降低,减少HPC铜。获得最低的吞吐量在时代CUs不能支持功能GTs的数量。是最小的可实现吞吐量在HPC Kbits还有71 GTs当HPC有100来,有141 GTs。

进一步分析表明,CBS吞吐量平均提高60.4% HPC铜时1000 Kbits HPC铜时相比,10来71望远镜。CBS吞吐量时平均提高59.3% HPC有100 Kbits相比HPC有10来71 GTs。当有141 GTs, HPC铜从100年来增加到1000来提高吞吐量平均37.7%。

6。结论

本文地址挑战影响地面射电天文学观测未来的行为。地面射电天文学机构正在考虑使用地面望远镜意识到将未使用的地球站。的挑战是优化地面射电天文学观测,提高高性能计算基础设施利用率。优化目标旨在保护地面射电天文学观测卫星间的干扰,提高角分辨率。干扰减轻框架利用观测天文学的相似的订单来源。使用相似的保护地面望远镜从星际链路干扰,增加了星际链路连接持续时间。本文还提出了使用二次望远镜增强角分辨率。此外,提出了机会计算方案提高高性能计算基础设施利用率。投机取巧的计算方案是射电天文学观测之间的协同作用和认知基站。它能增强认知基站自主权。 Investigations show that the intersatellite links that use cognitive radios with the proposed intelligent framework have an interference-free connection duration lying between 43.7 seconds and 49.5 seconds. The interference-free intersatellite link transmission duration is increased when the similarity in radio astronomy observation patterns is considered. Analysis also shows that the opportunistic computing scheme enables the realisation of cognitive base stations. In addition, the opportunistic computing scheme enhances terrestrial wireless network throughput. It is also shown that the use of secondary telescopes enhances angular resolution by up to 59% and reduces costs by up to 12.6%.

相互竞争的利益

作者宣称没有利益冲突。

确认

作者要感谢通信研究小组,研究电机工程系,开普敦大学,为他们提供有用的意见。作者承认国家研究基金会的资金支持,南非(NRF SA)之间南非Jasco / TeleSciences和工业贸易部/技术和人力资源计划(DTI /蓟马)。

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