1992 – Volume 17 – No 1
New techniques for predicting the multipath fading
distribution on VHF/UHF/SHF terrestrial line-of-sight links in Canada
Méthodes nouvelles pour la
prédiction de la distribution de l¹affaiblissement multivoie sur les liaisons
terrestres VHF/UHF/SHF en ligne de vue au Canada
R.L. Olsen and B. Segal, Communications Research Centre, Department of
Communications, P.O. Box 11490, Station H, Ottawa, Ont. K2H 8S2
Pages: 11-23
New methods are presented for
predicting the signal fading distribution due to multipath propagation for the
average worst month on VHF/UHF/SHF terrestrial line-of-sight links in Canada.
One method for the deep fading range does not require detailed path profile
information and is designed for preliminary planning or licensing purposes. A
second method which does employ the path profile is intended for more detailed
design purposes. A third method, complementary to the other two, is given for
predicting the distribution in the shallow fading range. All three methods are
presented in step-by-step form for ease of application. The detailed bases of
the methods, and their relationship to earlier methods, are also presented.
These methods are the first to employ refractivity gradient statistics in the
predictions and to cover the VHF/UHF bands in addition to the SHF band. Some
guidance is also given to the designer on the path clearances required to
minimize the effects of multipath fading.
De nouvelles méthodes sont présentées pour la prédiction de la distribution
de l¹affaiblissement du signal due à la propagation multivoie pour les mois
moyen le plus difficile sur les liaisons terrestres en ligne de vue au Canada.
Une première méthode pour les affaiblissements profonds ne requiert pas une
information détaillée sur le profil à l¹étude et elle est conçue pour les
ébauches préliminaires et l¹émission d¹autorisations. Une seconde méthode
nécessite la connaissance du profil détaillé du parcours et elle est destinée
aux conceptions plus élaborées. Une troisième méthode, complémentaire aux deux
premières, est adaptée à la prédiction de la distribution des affaiblissements
moins profonds. Les trois méthodes sont présentées étape par étape pour que
leur application soit plus facile. Les détails sur lesquels reposent ces
méthodes et leurs relations avec les méthodes disponibles précédemment sont
également présentés. Ces méthodes sont les premières à utiliser les
statistiques sur le gradient de l¹indice de réfraction dans les prédictions et
à couvrir les bandes VHF/ UHF en plus de le bande SHF. Quelques conseils sont
aussi donnés sur le dégagement des parcours requis pour minimiser les effets de
l¹affaiblissement multivoie.
Consideration of multi-state generating unit models
in composite system adequacy assessment using Monte Carlo simulation
Sur l¹utilisation des
modèles multi-états d¹unité génératrice pour déterminer la capacité des
systèmes composites par simulation de type Monte Carlo
R. Billinton and Li Wenyuan, Power System Research Group, Department of Electrical
Engineering, University of Saskatchewan, Saskatoon, Saskatchewan S7N 0W0
Pages: 24-28
This paper presents a Monte
Carlo method for reliability evaluation of large-scale composite
generation-transmission systems. The method is based on combining the basic
random sampling technique with a direct analytical approach for system
analysis, and the utilization of a minimization model for load curtailment. The
technique is particularly suited to simulating large-scale systems and multiple
states of generating units. It has been clearly demonstrated in the published
literature that modelling large generating units in generating capacity
adequacy assessment by simple two-state models using an equivalent or
derating-adjusted forced outage rate can yield a pessimistic appraisal. Many
utilities are now using multi-state models to assess capacity adequacy. The
utilization of multi-state models in a composite generation and transmission
study can create considerable computational difficulties when a conventional
contingency enumeration approach is used. The Monte Carlo method described in
this paper can be used to assess the effects of multi-state modelling in
composite system adequacy assessment. The technique is illustrated by application
to two test systems in order to demonstrate the effectiveness of the method.
Cet article présente une méthode de type Monte Carlo pour l¹évaluation
de systèmes composites génération-transmission de grandes dimensions. La
méthode s¹appuie sur la combinaison d¹une technique d¹échantillonnage de base
avec une approche analytique directe pour l¹analyse de systèmes et
l¹utilisation d¹un modèle pour minimiser la répartition de la charge. Cette
technique est particulièrement adaptée à la simulation de systèmes de grandes
dimensions et aux multiples états des unités génératrices. Il a été clairement
démontré dans la littérature qu¹une modélisation de grandes unités génératrices
en vue de déterminer leur aptitude à fournir une capacité donnée à l¹aide d¹un simple
modèle à deux états en utilisant un taux de mise hors service équivalent ou
ajustable selon la demande peut donner un estimé pessimiste. Plusieurs
fournisseurs utilisent maintenant les modèles multi-états pour déterminer si la
capacité dont il dispose est suffisante. L¹utilisation de modèles multi-états
dans une étude composite génération-transmission peut engendrer des difficultés
de calcul appréciables lorsqu¹une énumération conventionnelle des exigences est
utilisée. La méthode de Monte Carlo décrite dans cet article peut être utilisée
pour déterminer les effets d¹une modélisation multi-états en vue d¹établir si
la capacité du système composite est adéquate. On applique par la suite cette
technique à deux systèmes témoins afin de démontrer l¹efficacité de la méthode.
Weighted exact least squares lathce algorithm for adaptive noise
cancellation
Algorithme en treillis aux
moindres carrés pondérés exactement pour l¹annulation adaptative du bruit
P.G. Madhavan, Department of Electrical
Engineering, Purdue University, Indianapolis, Indiana, USA 46202, and H. de Bruin, Department of Medicine, McMaster
University, Hamilton, Ontario L8N 3Z5
Pages: 29-33
A new weighted exact least
squares lattice algorithm for adaptive noise cancellation is developed. In
addition to the forgetting factor, an independent weighting factor is included
in the performance criterion to be minimized. Such a weighting scheme can be
used to improve noise cancellation performance. We explore this by comparing
the features of the weighted and nonweighted algorithms. Using simulations, we
demonstrate the superior performance of the weighted exact least squares
lattice algorithm.
On développe un nouvel algorithme aux moindres carrés en treillis
pondérés exactement pour l¹annulation du bruit adaptif. En plus du facteur
d¹oubli, un facteur de pondération indépendant est inclus dans le critère de
performance à minimiser. Une technique de pondération de ce type peut être
utilisée pour améliorer la performance sur l¹annulation du bruit. Cette
possibilité est étudiée en comparant les caractéristiques des algorithmes
pondérés et non-pondérés. Par simulations, on montre que l¹algorithme en
treillis aux moindres carrés pondérés offre une performance supérieure.
Analytic spatial electric load forecasting methods:
a
survey
Les méthodes analytiques de
prédiction de la charge électrique spatiale: un relevé
Hesham K. Temraz and Victor H. Quintana, Department of Electrical & Computer Engineering, University of Waterloo,
Waterloo, Ont. N2L 3G1
Pages: 34-42
Analytic load forecast
methods perform analysis of past or present data, identifying trends and
patterns that are then used to project future load growth. A spatial load
forecast is a forecast of the future locations and magnitudes of electric load
within a utility¹s service territory. An analytic spatial load forecast is the
small area load forecast developed by using data analysis to predict future
load growth as well as its locations. Such forecasts are a necessary part
of power system distribution planning. In this paper, analytic spatial electric
load forecasting methods are classified into two approaches: trending and multivariate Trending approaches extrapolate load based on past values of load data.
Multivariate techniques either extrapolate or simulate load based on annual
small area peak load as well as other variables. Each approach is further
divided into two classes. The objective of this paper is to present a
comprehensive review of some of the existing methods that describe the general
concept of an analytic spatial load forecast, as well as the notable merits and
deficiencies associated with the various available techniques.
Les méthodes de prédiction de la charge font l¹analyse de données
passées ou présentes, identifiant les tendances et les stratégies qui sont par
la suite utilisées pour extrapoler l¹accroissement futur de la demande. La
prédiction spatiale de la charge consiste à prévoir les localisations futures
et l¹amplitude des charges électriques à l¹intérieur d¹un territoire desservi
par une organisation donnée. La prédiction analytique de la demande spatiale
s¹applique à la prédiction de la demande sur un petit secteur en utilisant l¹analyse
des données pour obtenir l¹accroissement futur de la charge ainsi que ses
localisations. Une telle prévision est une étape essentielle de la
planification de la distribution d¹un réseau de puissance. Dans cet article,
les méthodes de prédiction analytique spatiales sont classifiées selon deux
approches: prévisionnelles et multivariables. Les approches prévisionnelles
font une extrapolation de la charge en se basant sur les valeurs précédentes
des données de cette charge. Les méthodes multivariables font l¹extrapolation
ou la simulation de la charge en se basant sur les charges pointes annuelles de
petites zones et sur d¹autres variables. Chaque approche est subséquemment
divisée en deux classes. L¹objectif de cet article est de présenter une synthèse
des méthodes existantes qui décrivent le concept général de la prédiction
analytique spatiale et également des mérites évidents et des faiblesses
associées aux diverses méthodes disponibles.
The feasibility of static compensators for single-phase
distribution feeders
Utilisation possible de
compensateurs statiques sur les lignes de distribution uniphasées
D.A.N. Jacobson and R W. Menzies, Department of Electrical and Computer
Engineering, University of Manitoba, Winnipeg, Man. R3T 2N2
Pages: 43-47
This paper is an
investigation into the use of small static compensators for the control of
voltage on single-phase distribution feeders. A candidate feeder system is
examined to determine the type and size of compensator required. The compensator
is compared with the present state of the art. Through digital and network
analyser simulations, the concept of a bank of thyristor switched capacitors
arranged in binary units is shown to provide very fast, transient-free voltage
control. In steady state, the voltage can be controlled to within 1% of the
nominal system voltage. The economic analysis of the proposed compensator has
shown it to be cost-effective compared to step voltage regulators and switched
capacitor banks, for the control of steady state voltage. Where quality of
power is a problem that cannot be met with existing equipment, and the
alternatives are new or rebuilt distribution lines, the compensator is clearly
a feasible solution.
Cet article se veut une recherche sur l¹utilisation possible de petits
compensateurs statiques pour le contrôle de la tension sur les alimentations
uniphasées. Une alimentation possible est examinée pour déterminer le type et
la grosseur du compensateur qui serait requis. Ce compensateur est alors comparé
avec ce qui est disponible présentement. À l¹aide de simulations numériques et
d¹analyseurs de réseaux, le concept d¹une banque de condensateurs à thyristors
commutés montés en unités binaires s¹avère très rapide et non-soumis aux
fluctuations transitoires de la tension. En régime permanent, la tension peut
être maintenue à plus ou moins 1% de la tension nominale du système. Une
analyse économique du compensateur proposé montre qu¹il est moins coûteux que
les régulateurs de tensions en créneaux et les condensateurs commutés pour la
commande de la tension en régime permanent. Lorsque la qualité de
l¹alimentation est un problème qui ne peut être résolu avec l¹équipement
existant, et que les alternatives possibles sont des lignes nouvelles ou
reconstruites, le compensateur s¹avère alors la solution toute désignée.
A conceptual ANN-ES scheme for power system security
assessment and preventive control
Concept d¹une technique
ANN-ES pour la détermination de la sécurité d¹un réseau de puissance et la
surveillance préventive
Vidya Sagar S. Vankayala and Nutakki D. Rao, Department of Electrical and
Computer Engineering, University of Calgary, Calgary, Alta. T2N 1N4
Pages: 48-50
This paper proposes a coupled
Artificial Neural Network-Expert System (ANN-ES) scheme for on-line security
assessment and preventive control of power systems. A conceptual scheme for
this purpose is presented. Implementation is under way and full implementation
details will be reported in future publications.
Cet article présente une technique couplée de type ANN-ES pour la
vérification sécuritaire en charge et la surveillance préventive des réseaux de
puissance. Une approche conceptuelle pour l¹atteinte de ces objectifs est
présentée ici. Une réalisation est actuellement en cours et les détails de
celle-ci seront publiés ultérieurement.
1992 – Volume 17 – No 2
Electrical engineering: health of the discipline
L¹état de la discipline en
génie électrique
Alan Aitken, Canadian Semiconductor Design
Association, 400-340 March Road, Kanata, Ont. K2K 2E4 and Hans Kunov, Institute of Biomedical Engineering,
University of Toronto, Toronto, Ont. M5S 1A4
Pages: 53-57
This report was prepared by
the NSERC Communications, Computer and Components Engineering and
Electromagnetics and Electrical Systems Engineering Grant Selection Committees
as part of their mandate to inform the Natural Sciences and Engineering
Research Council of the ³health of the discipline.² The report highlights the
major contribution which the electrical engineering discipline makes to
research and development activities in Canada. The character of research in the
discipline is fundamentally changing due to the rapid developments in software
and microelectronics. Increasingly, research methodology is influenced by
advances in other disciplines. This has resulted in an increasing emphasis on
supporting research through cooperative multi-disciplinary initiatives whose
objectives are driven by the potential for application of the resulting
technology.
Ce rapport a été préparé par les comités de sélection de subventions
pour dépenses courantes du CRSNG dans le cadre de son mandat visant à informer
le Conseil de Recherches en Sciences Naturelles et en Génie sur ³l¹état de la
discipline². Ce rapport sur le Génie Électrique met en lumière les
contributions significatives que cette discipline apporte aux activités de
recherche et de développement au Canada. La recherche dans cette discipline est
soumise à des changements fondamentaux dûs aux développements rapides en
microélectronique et en informatique. De façon de plus en plus évidente, la
méthodologie de la recherche est influencée par les percées dans les autres
disciplines. Ceci se traduit par un besoin pressant pour un support accru à la
recherche pluridisciplinaire en collaboration dont les objectifs sont motivés
par les applications possibles de la technologie résultante.
Pattern classification and recognition based on morphology and
neural networks
Classification et
reconnaissance de formes basées sur la morphologie et les réseaux neuroniques
P. Yu, V. Anastassopoulos and A.N. Venetsanopoulos, Department of Electrical
Engineering, University of Toronto, Toronto, Ont. M5S 1A4
Pages: 58-64
Morphological transformations
are an efficient method for shape analysis and representation. In this work the
pecstrum (pattem spectrum), which is a morphological shape descriptor, is used
for object representation. Neural networks are then employed, instead of
conventional classification techniques, for object recognition and
classification. Various coding schemes and training procedures have been
examined in order to achieve a high classification performance. A complete
classification and recognition scheme is proposed, which is shown to work
satisfactorily even for small objects, where the quantization noise has
significantly distorted their shape. The classification results are compared
with those obtained using conventional methods, as well as with the results
obtained using other shape descriptors.
Les transformations morphologiques sont des méthodes efficaces pour
l¹analyse et la représentation de formes. Dans cette étude, le pecstrum
(pattern spectrum), un descripteur morphologique, est utilisé pour représenter
un objet. Au lieu de techniques de classification conventionnelles, on utilise
les réseaux neuroniques pour la reconnaissance et la classification des objets.
Plusieurs stratégies de codage et d¹apprentissage ont été étudiées afin
d¹assurer une performance supérieure pour la classification. On propose ici une
stratégie complète de classification et de reconnaissance fonctionnant même
pour de petits objets pour lesquels la forme est distorsionnée de façon
appréciable par le bruit de quantification. Les résultats de classification
obtenus sont comparés à ceux issus des méthodes conventionnelles, de même qu¹à
ceux obtenus en utilisant d¹autres descripteurs de formes.
Modelling of optical tapers for
high-angular-tolerance optical receivers application
Modélisation des réducteurs
optiques utilisés dans les récepteurs optiques à tolérance angulaire élevée
Xin Huang, Gang Yun and Mohsen Kavehrad, Department of Electrical
Engineering, University of Ottawa, 161 Louis Pasteur Ave., Ottawa, Ontario KIN
6N5
Pages: 65-70
The performance of optical
tapers used in an optical receiver for atmospheric communication applications is
analyzed numerically in this paper. A generalized mathematical ray-tracing
model and a computation algorithm are presented for numerical evaluations. With
this model, the taper can have an arbitrary shape and both the meridional rays
and skew rays can be simulated. Furthermore, a simple figure of merit is
proposed for evaluating the coupling efficiency of the optical tapers.
Cet article présente une analyse numérique de la performance des
réducteurs optiques utilisés dans les récepteurs optiques destinés aux
communications atmosphériques. Un modèle mathématique généralisée de la méthode
des rayons et un algorithme de calcul sont utilisés pour les évaluations
numériques. Avec ce modèle, le réducteur peut prendre une forme arbitraire et
les rayons méridionaux et obliques peuvent être simulés. De plus, on propose un
facteur de mérite pour évaluer l¹efficacité du couplage entre les réducteurs
optiques.
Analysis of the effect of regulators on power
system damping using a sensitivity technique
Utilisation d¹une technique
de sensibilité pour l'analyse de
l'effet de regulation sur l¹amortissement d¹un réseau de puissance
E .Z. Zhou, Department of Electrical Engineering,
University of Saskatchewan, Saskatoon, Sask. S7N 0W0 and O. P. Malik, Department of Electrical and Computer
Engineering, University of Calgary, Calgary, Alta. T2N 1N4
Pages: 71-77
A sensitivity concept, the
sensitivity-of-regulator¹s effect, is used to analyze the regulator¹s effect on
power system damping. Various types of regulators, including automatic voltage
regulators, power system stabilizers and speed governors, are investigated in a
one-machine infinite bus system and a 13-machine power system. The results are
compared with those obtained by the torque concept.
Un concept de sensibilité, la sensibilité à l¹effet de régulation, est
utilisé pour analyser l¹effet de régulation sur l¹amortissement d¹un réseau de
puissance. Divers types de régulateurs, y compris les régulateurs de tension,
les stabilisateurs de réseaux de puissance et les contrôleurs de vitesse sont
analysés dans un système machine-unique à bus infini et un réseau de puissance
de 13 machines. Les résultats sont comparés avec ceux obtenus avec le concept
de torque.
A heuristic algorithm for power-network clustering
Un algorithme heuristique
appliqué au problème de l¹îlotage des réseaux de puissance
Hesham K. Temraz and Victor H. Quintana, Department of Electrical and
Computer Engineering, University of Waterloo, Waterloo, Ontario N2L 3G1
Pages: 78-83
An efficient heuristic
algorithm for solving clutter problems associated with partitioning of power
networks is presented in this paper. The algorithm is divided into two stages.
The first stage creates an initial partition based on the electrical distance
between system buses. The second stage involves interchanging pairs of buses
among the various clusters of the initial partition. The first stage solves the
placement problem of n connected
buses in an r-dimensional
Euclidean space; such a problem is reduced to finding r eigenvectors of a connectivity matrix, defined as the
bus admittance matrix. The second stage is based on a node interchange
technique. The node interchange is an iterative heuristic method that can be
used to improve an initial partition. The method moves one bus at a time, from
one cluster of the initial partition to another, in an attempt to maximize the
total electrical distance between clusters of the final partition. Applications
of the proposed algorithm to both small and medium-size power systems are
illustrated in this paper.
Cet article présente un algorithme heuristique efficace pour solutionner
les problèmes d¹îlotage associés au fractionnement des réseaux de puissance.
L¹algorithme se divise en deux étapes. La première génère un fractionnement
initial basé sur la distance électrique entre les bus du réseau. La seconde
étape implique l¹échange de paires de bus entre les divers îlots obtenus au
cours du fractionnement initial. La première étape solutionne le problème de la
disposition de n bus interconnectées dans un espace Euclidien à r dimensions; un tel
problème se réduit à trouver r vecteurs propres d¹une matrice d¹interconnexion
définie comme la matrice admittance du bus. La seconde étape s¹appuie une
technique d¹échange de noeuds. L¹échange de noeuds est une méthode heuristique
itérative qui peut être utilisée pour améliorer le fractionnement initial. La
méthode se déplace sur un bus à la fois, d¹un îlot du fractionnement initial à
l¹autre, de façon à maximiser la distance électrique totale entre les îlots du
fractionnement final. Des applications de l¹algorithme proposé à des réseaux de
puissance de petite et moyenne dimensions sont présentées dans l¹article.
Interior point optimization methods: theory, implementations
and engineering applications
Les méthodes d¹optimisation
basées sur le point intérieur: théorie, réalisations et applications en
ingénierie
Anthony Vannelli, Victor H. Quintana, and Luis Vargas, Department of Electrical and Computer
Engineering, University of Waterloo, Waterloo, Ontario N2L 3G1
Pages: 84-94
The objective of this paper
is to present, in a tutorial way, the basic ideas involved in Narendra
Karmarkar¹s projective scaling algorithm for solving linear programming
problems and to show two of its most important extensions, the dual and the
dual affine algorithms. Implementation issues regarding the practical solution
of the search direction are also discussed. A new parallel preconditioned
conjugate gradient solution technique is introduced. This parallel search
direction solver provides almost perfect p speedup for p processors. A summary of application results on a very large scale
integration (VLSI) circuit layout and economic dispatch in power systems is
presented. In all these applications, the interior point methods exhibit an
average speedup of about six to 100 times over a well-known MINOS simplex code.
Cet article mets en lumière, avec un exposé de type magistral, les idées
fondamentales impliquées dans l¹algorithme de réduction par projection de
Narendra Karmarkar pour la solution de problèmes de programmation linéaire et
illustre deux de ses plus importantes extensions, les algorithmes dual et dual
par affinité. Les implications d¹une réalisation visant à déterminer des
solutions pratiques à la direction de recherche sont aussi discutées. On y
présente une nouvelle méthode de solution par le gradient conjugué
pré-conditionné. Cette solution, qui utilise une direction de recherche
parallèle, permet presque l¹atteinte d¹une augmentation de vitesse par un
facteur p lorsque p processeurs sont utilisés. On y présente un résumé des
applications possibles pour l¹architecture des circuits VLSI et pour la
répartition économique dans les réseaux de puissance. Pour toutes les applications
envisagées, la méthode du point intérieur montre une augmentation de vitesse de
traitement de 5 à 100 fois supérieure celle du code simplex bien connu
MINOS.
1992 – Volume 17 – No 3
Element reduction in phased arrays using dual-mode
self-scanning elements
Réduction du nombre
d¹éléments des réseaux à déphasage en utilisant des éléments auto-balayants en
mode dual
L. Shafai, Department of Electrical and Computer
Engineering, University of Manitoba, Winnipeg, Man. R3T 2N2, and H.A.
Ragheb, Department of Electrical Engineering, King Fahd University of
Petroleum and Minerals, Daharan, 31261, Saudi Arabia
Pages: 98-106
A method for reducing the
number of elements in phased arrays that uses dual-mode array elements such as
homs or microstrip patches is introduced. It is shown that the excitation of
the second mode can be used to locate preferentially a null on the element
radiation pattern. In particular, when the null is moved to the array grating
lobe location, it causes its cancellation and permits selection of large
interelement spacings. The number of array elements can therefore be reduced.
The method is then applied to both triangular and rectangular lattice
structures having uniform or tapered excitation. It is found that the method can
reduce the number of elements by as much as 26% for the triangular lattice and
by 45% for the rectangular lattice.
On présente une méthode pour la réduction du nombre d¹éléments des
réseaux à déphasage qui utilisent des éléments tels les comets ou les plaques
micro-rubans. On montre que l¹excitation du second mode peut être utilisée pour
localiser de façon privilégiée un zéro dans le diagramme de rayonnement de
l¹élément. En particulier, lorsque ce zéro est déplacé dans la région du lobe
discordant, il amène l¹annulation de celui-ci et permet le choix d¹un
espacement inter-éléments plus important. Le nombre d¹éléments du réseau peut
donc être réduit. Cette méthode est appliquée par la suite à des structures
maillées de façon triangulaire ou rectangulaire avec des excitations uniforme
ou à réduction progressive. On observe que la méthode permet de réduire le
nombre d¹éléments d¹un maillage triangulaire jusqu¹à 26% et par 45% dans un
maillage rectangulaire.
Phase centre analysis of planar array antennas:
application to a microwave landing system
Analyse du centre de phase
d¹un réseau d¹antennes planaire: application à un système d¹atterrissage
micro-ondes
H. Moheb, A. Helaly, A. Sebak and L. Shafai, Department of Electrical & Computer
Engineering, University of Manitoba, Winnipeg, Man. R3T2N2
Pages: 107-112
A mathematical model is
developed to determine the antenna phase centre and its uniqueness. The model
is then used to investigate the phase centre location for the azimuth antenna
of a Microwave Landing System (MLS) and to determine its movement due to beam
scanning and various design or operational errors. It is shown that, for an
ideal antenna, i.e., the error-free case, the phase centre coincides with the
antenna¹s geometrical centre. However, any deviation from ideal conditions, due
to design, fabrication or operational errors, phase shifter quantization and
the scan angle algorithm, causes its non-uniqueness and movement from the
antenna¹s geometrical centre. The method is also used to treat environmental
effects, such as ground reflection and thermal expansion or contraction, on the
location of the antenna phase centre.
Un modèle mathématique est développé pour déterminer le centre de phase
d¹une antenne et son unicité. Celui-ci est par la suite utilisé pour rechercher
le centre de phase de l¹antenne en azimut d¹un système d¹atterrissage
micro-ondes et déterminer son emplacement consécutif au balayage du faisceau et
aux diverses erreurs de conception ou d¹opération. On y montre que, dans le cas
de l¹antenne idéale, i.e. le cas sans erreur, le centre de phase coïncide avec
son centre géométrique. Toutefois, toute déviation des conditions idéales,
quelle soit due à la conception, à la fabrication ou aux erreurs
opérationnelles, à la quantification des déphaseurs ou à l¹algorithme de
balayage angulaire, résulte en une non-unicité et en un déplacement par rapport
au centre géométrique de l¹antenne. La méthode est également utilisée pour
analyser les effets environnementaux, telles que les réflexions au sol et
l¹expansion ou la compression thermique du centre de phase de l¹antenne.
L-band integrated feed array design for mobile communication
satellites
Conception du réseau
d¹alimentation intégré pour les satellites de communications mobiles en bande L
K. N. Patel and Y. Patenaude, Spar
Aerospace Limited, 21025 Trans-Canada Highway, Ste-Anne-de-Bellevue, Que. H9X
3R2
Pages: 113-119
The contract for the North
American Mobile Communication Satellite System (MSAT) was awarded to Spar
Aerospace Limited and Hughes Aircraft Company in December 1990. Spar is
responsible for the satellite payload design, integration and testing. The
space segment of a mobile communication satellite system such as MSAT must
provide high radiated power densities on the ground to allow mobiles with
small, low-gain antennas to communicate via satellite. With the emerging
high-power mobile communication satellite systems, the risk of interference
caused by Passive Intermodulation (PIM) is now recognized as a very important
spacecraft design performance parameter. Separate transmit and receive
reflector antennas are used on the MSAT spacecraft to reduce the risk of PIM.
In addition, PIM avoidance is a major design driver for the transmit antenna
reflector and primary feed array. Significant design effort and breadboard
activities at Spar have resulted in the development of a primary feed array
suitable for mobile satellite applications. This paper presents the integrated
feed design approach which has been selected to meet the challenging
requirements. The paper describes the feed element, which consists of an output
band-pass filter integrated with a cup dipole radiator. The measured test
results of the developed hardware are also presented.
Le contrat pour le système de satellites de communications mobile
nord-américain (MSAT) a été octroyé à Spar Aérospace Ltée et à la compagnie
Hughes Aircraft en décembre 1990. Spar est responsable pour la conception de la
charge utile du satellite, l¹intégration et la vérification. Le segment spatial
d¹un système de communications mobile tel MSAT doit fournir une puissance au
sol élevée afin de permettre à des mobiles, utilisant de petites antennes à
faible gain, de communiquer via le satellite. Avec les systèmes de satellites
mobiles à haute puissance en émergence, le risque d¹interférence causée par
I¹Intermodulation Passive (IMP) est maintenant reconnu comme un paramètre de
conception très important du véhicule spatial. Des antennes à réflecteurs sont
utilisées séparément en transmission et en réception pour réduire les risques
d¹IMP. De plus, éviter l¹IMP est un élément de conception majeur pour le
réflecteur de l¹antenne de transmission et le réseau d¹alimentation primaire.
Des efforts de conception significatifs et la mise en oeuvre de prototypes chez
Spar ont permis le développement d¹un réseau primaire d¹alimentation adapté aux
applications des satellites mobiles. Cet article présente l¹approche retenue
pour la conception de l¹alimentation intégrée requise pour rencontrer ces
exigences rigoureuses. On y décrit un élément de l¹alimentation, constitué d¹un
filtre de sortie passe-bande intégré avec un rayonnant de type dipôle à cavité,
Les résultats des mesures sur le matériel développé sont aussi présentés.
Reconfigurable L-band active array antennas for satellite
communications
Antennes réseau actives en
bande L reconfigurables pour les communications par satellite
K.S. Rao, G. Goyette, H.
Gauvin and S. Richard, Spar Aerospace Limited, 21025 Trans-Canada Highway, Ste-Anne-de-Bellevue,
Que. H9X3R2
Pages: 120-129
Active array antennas will
play a significant role in future communication systems due to the increased
need to generate a number of shaped beams and to reconfigure these beams on
command. Recent advances in solid-state technology have enhanced the
feasibility of employing active antennas for multiple or shaped beams on board
satellites. Design and experimental results for two different L-band active arrays
using helical and microstrip radiating elements are presented in this paper.
Receive feed arrays consisting of seven active modules have been breadboarded,
where each module comprises a circularly polarized radiating element, a
band-pass filter, a low-noise amplifier, a variable attenuator and a variable
phase shifter. The output ports of the active modules are combined through a
7-to-1 beam-forming network. Measured results of the breadboard active arrays
demonstrate that the beam shape can be reconfigured from 16° to 48° half-power
beam widths, while the beam location can be reconfigured over a ±16° angular
region. Low side-lobe and cross-polar levels have been maintained over the scan
region.
Les antennes réseau actives joueront un rôle important dans les systèmes
de télécommunications de l¹avenir en raison de la nécessité croissante de
générer un grand nombre de faisceaux modelés et de reconfigurer ces faisceaux
sur commande. Les progrès récents de la technologie des semi-conducteurs
ont augmenté la possibilité d¹utiliser des antennes actives à faisceaux
multiples ou modelés à bord des satellites. Cet article présente les résultats
de conception et d¹expérimentation obtenus par deux antennes réseau actives en
bande L faisant appel à des éléments rayonnants hélicoïdaux et àmicro-rubans.
Les sources d¹antennes à la réception, composées de sept modules actifs, ont
été montées en maquette de démonstration; chaque module comporte un élément
rayonnant à polarisation circulaire, un filtre passe-bande, un amplificateur à
faible bruit, un atténuateur et un déphaseur variables. Les sorties des modules
actifs sont combinées par un réseau répartiteur d¹énergie 7 à 1. Les résultats
mesurés avec la maquette de démonstration des antennes réseau actives indiquent
quels forme du faisceau peut être reconfigurée pour des ouvertures angulaires à
mi-puissance de 16° à 48°, alors que la localisation du faisceau peut être
reconfigurée sur une région angulaire de ± 16°. Des lobes latéraux
inférieurs et des niveaux contrapolaires sont maintenus sur la région balayée.
Polarimetric radar for
accurate navigation
Radar polarimétrique pour
la navigation de précision
Simon Haykin, Communications Research Laboratory,
McMaster University, Hamilton, Ont. L8S 4K1
Pages: 130-135
A novel and commercially
viable solution to the problem of blind navigation of a ship along a confined
waterway is described. The solution is based on the use of radar polarimetry.
At the heart of the system is a patented passive (nonpowered) retrodirective
reflector that is capable of rotating the incident polarization through 90°.
The reflector is efficient and robust, and has a wide azimuthal response. The
new navigation system involves a network of such reflectors placed at known
surveyed points along the shores of the waterway. Historical notes on the
development of the system are included. The paper presents experimental results
that provide the first demonstration of proof of concept. Subsequent sea trials
conducted with a version of the system built by Offshore Systems Limited have
confirmed the operational viability of this new polarimetric radar-aided system
for precise navigation. A section is included that summarizes the accuracy and
reliability of the system.
Une solution nouvelle et commercialement viable au problème de la
navigation aveugle d¹un bateau dans une voie maritime confinée est décrite.
Cette solution est basée sur l¹utilisation de la polarimétrie radar. Le coeur
du système est un réflecteur passif (non-alimenté) rétrodirectif capable de
faire une rotation de 90° de la polarisation incidente, Robuste et efficace, le
réflecteur possède une réponse élargie en azimut. Le nouveau système de
navigation exige un réseau de réflecteurs localisés à des endroits connus sur
les berges de la voie maritime. Des notes historiques sur le développement du
système sont données. Cet article présente les résultats expérimentaux qui
constituent une première démonstration de la faisabilité de ce concept. Des
essais subséquents en mer, avec une version du système réalisé par Offshore
Systems Limited, ont confirmé la viabilité opérationnelle de ce nouveau système
basé sur ce radar polarimétrique pour la navigation de précision. Une section
résumant la précision et la fiabilité du système est incluse.
A comparison of recursive weighted least squares
estimation and Kalman filtering for source dynamic motion evaluation
Une comparaison entre
l¹estimation récursive par moindres carrés pondérée et le filtrage de Kalman
pour l¹évaluation du mouvement dynamique de sources
Ferial El-Hawary, Faculty of Engineering, Technical
University of Nova Scotia, P.O. Box 1000, Halifax, N.S. B3J 2X4
Pages: 136-145
The problem of compensating
for underwater motion effects (heave component) arises in a number of areas of
current interest, such as control and operation of autonomous, remotely
operated vehicles; underwater seismic exploration; and float and buoy wave data
analysis. Earlier treatments of the problem relied on frequency response
methods to model the phenomenon, and subsequently applied Kalman filtering. Two
models of the heave process are discussed in this paper. In the first,
frequency-response-based higher-order models, including lead-lag factors, are
obtained as a prelude to the application of the standard Kalman filter to
estimate the heave component. The second model involves the discrete
AutoRegressive Moving Average with external variables (ARMAX) form, which has
proven useful in many application areas. The paper proposes the use of the
recursive weighted least squares (RWLS) algorithm to solve the filtering
problem on the basis of the ARMAX model. The algorithm is simpler than Kalman
filtering in terms of the required knowledge of noise statistics, and thus
provides an attractive alternative to Kalman filtering. The relation between
the RWLS technique and Kalman filtering is explored. Computational results
pertaining to the performance of the RWLS technique are given, and the effects
of the method¹s weighting functions are discussed.
Une compensation pour les effets des mouvements sous-marins (composante
due à la houle) est requise dans plusieurs disciplines d¹intérêt à l¹heure
actuelle, telles la commande et l¹opération de véhicules autonomes
télécommandés, l¹exploration sismique sous-marine, et les barges et les bouées
pour l¹analyse des données des vagues. Les approches précédentes pour
solutionner le problème s¹appuient sur les méthodes de réponses en fréquences
pour modéliser le phénomène et appliquer subséquemment un filtrage de Kalman.
Deux modèles de traitement du processus de soulèvement dû à la houle sont
discutés dans cet article. Dans le premier, les réponses en fréquences basées
sur des modèles d¹ordre élevés, incluant les facteurs d¹avance-retard, sont
obtenues comme élément précurseur à l¹application du filtrage de Kalman pour
estimer la composante due à la houle. Le second utilise une formulation avec la
méthode de la moyenne glissante auto-régressive discrète avec des variables
externes (ARMAX), qui s¹est avérée utile dans plusieurs secteurs. L¹article
propose l¹utilisation d¹un algorithme récursif des moindres carrés pondérés
(RWLS) pour solutionner le problème de filtrage sur la base du modèle ARMAX.
L¹algorithme est plus simple que le filtrage de Kalman en termes des
connaissances requises sur les statistiques du bruit et offre donc une
alternative intéressante au filtrage de Kalman. On y explore la relation entre
la technique RWLS et le filtrage de Kalman. Des résultats numériques sur la
performance de la technique RWLS sont données et les effets des fonctions de
pondération de la méthode sont discutés.
1992 – Volume 17 – No 4
Future public land mobile
telecommunication systems
Futurs systèmes de télécommunications
terrestres mobiles
Mike Callendar (Chairman CCJR Task Group 8/1), MPR
Teltech Limited, 8999 Nelson Way, Burnabv, B.C. V5A 4B5
Pages: 152-155
In March 1992, the World
Administrative Radio Conference (WARC) of the International Telecommunication Union
(ITU), identified global bands 1885-2025 and 2110-2200 MHz for Future Public
Land Mobile Telecommunication Systems (FPLMTSs), including 1980-2010 and
2170-2200 MHz for the mobile satellite component. The potential for all FPLMTS
radio interfaces to be in the same band provides a strong incentive for trying
to maximize the commonality between the satellite and terrestrial components of
FPLMTSs. This would simplify multimode mobile equipment and also greatly
increase the utility of FPLMTSs for the provision of basic telecommunications
needs in underdeveloped regions of the world. Extension of integrated voice,
video and data telecommunications to a person rather than a place will have a dramatic effect on the way we live,
and on the organizations which currently provide these services. The paper
outlines some of the international standards work in this area currently being
carried out by the International Radio Consultative Committee/International
Telegraph and Telephone Consultative Committee (CCIR/CCITT), in particular that
of CCIR TG8/1 (formerly IWP8/13) on FPLMTS.
En mars 1992, la World Administrative Radio Conference (WARC) de l¹ITU,
identifiait les
bandes globales 1885-2025 et 2110-2200 MHz pour les systèmes futurs de télécommunications
terrestres mobiles, incluant les bandes 1980-2010 et 2170-2200 MHz pour le service
mobile par satellite. Le potentiel, pour toutes les interfaces radios des
systèmes futurs, de se situer dans la même bande de fréquence, fournit une
forte incitation à la maximisation des fonctions communes entre les composants
satellites et terrestres de ces systèmes. Ceci simplifierait l¹équipement
multi-mode et augmenterait considérablement l¹utilité des systèmes futurs pour
satisfaire les besoins des régions sous-développées du monde. L¹extension des
télécommunications intégrées de la voix, de l¹image et des données à une
personne plutôt qu¹à un endroit aura un effet dramatique sur notre façon de
vivre, et sur les organismes qui fournissent actuellement ces services.
L¹article décrit quelques-uns des travaux sur les standards internationaux dans
ce domaine, actuellement effectués parle CCIR/CCITT, en particulier ceux du
CCIR TG8/1 (auparavant IWP8/13) sur les systèmes futurs de télécommunications
terrestres mobiles.
Aeronautical mobile
satellite services: the launching of a new era in mobile communications
Les services aéronautiques mobiles par satellite: le lancement d¹une
ère nouvelle en communications mobiles
Jack R. Rigley, P.O. Box 11490,
Station H, Communications Research Centre, Ottawa, Ont. K2H 8S2
Pages: 156-159
This paper introduces the
subject of aeronautical mobile satellite communications, a new communications
capability which will change the operation of airlines and air traffic control,
and offer new services to the flying public. A brief history of technical
development is presented, including an overview of the international standard.
This is followed by a description of the current status of equipment and
service development from a Canadian viewpoint.
Cet article introduit le sujet des communications aéronautiques mobiles
par satellite, une nouvelle forme de communication qui changera la façon de
faire des lignes aériennes, du contrôle aérien, et offrira de nouveaux services
aux passagers. Un brève histoire du développement technique est présentée ainsi
qu¹un survol du standard international. Le tout est suivi d¹une description,
d¹un point de vue canadien, de l¹état actuel du développement de l¹équipement
et du service.
Cellular capacity
Capacité cellulaire
Allan Angus, Novatel
Communications Ltd., 1020 64th Ave. N.E., Calgary, Alta. T2E 7V8, and Alan Sacuta, Next
Generation, Site 19, Box 84, S.S. 1. Calgary,
Alta. T2M 4N3
Pages: 160-166
This paper presents a
comparative analysis of the capacity of cellular systems configured to use
orthogonal (time division or frequency division) or nonorthogonal (code
division) multiple access methods. The analysis proceeds on the basis of
information theory, with minimum attention to the practical issues of
propagation and reception in the UHF bands. Our conclusion is that the maximum
Shannon capacities of orthogonal and nonorthogonal cellular systems are within
25% of one another, with TDMA/FDMA having a slight advantage.
Cet article présente une analyse comparative de la capacité de systèmes
cellulaires dont la configuration utilise des méthodes d¹accès multiples
orthogonales (Division Temporelle ou Division Fréquentielle) ou
non-orthogonales (Division de Code). L¹analyse est basée sur la théorie de
l¹information, en portant une attention minimale aux considérations pratiques
telles que la propagation et la réception dans les bandes UHF. Nous concluons
que les capacités maximales de Shannon de systèmes cellulaires orthogonaux et
non-orthogonaux sont en deçà de 25% l¹une de l¹autre, avec un
léger avantage pour le TDMA/FDMA.
Spread spectrum and coding for multiple access
communications
Étalement de spectre et
codage pour les communications avec accès multiples
Qiang Wang and Vijay K. Bhargava, Department of Electrical and Computer
Engineering, University of Victoria, Victoria, B.C. V8W SF6
Pages: 167-174
In this paper, we discuss the
use of spread-spectrum modulation and error correction coding for multiple
access communications such as mobile communications. Our emphasis is on the
connection between, and interdependence of, these two techniques. This
connection is illustrated through three examples arising from our recent
studies in this area. First, we consider frequency-hopped (FH) spread-spectrum
multiple access communications employing M-ary modulation and error correction
coding. We show that a mismatch between, for example, Q-ary Reed-Solomon (RS)
codes and M-ary modulation, which
is most likely to occur in practice, can drastically reduce network capacity.
As a remedy, a matched M-ary BCH code is shown to outperform an RS code with a
comparable code rate and decoding complexity when the number of users in the
system is large. Frequency hopping is a nonlinear multiple access system. For a
linear multiple access system such as a cellular, direct-sequence, code
division multiple access (CDMA) system, it is pointed out that the capacity is
linearly inversely proportional to the signal-to-noise ratio (Eb/N0) required at the receiver to maintain a given error
performance. Therefore, the key to increasing the CDMA capacity is to increase
the coding gain to reduce the required Eb/N0. In fact, differences in the prediction of CDMA
capacities are largely due to differences in the prediction of the required Eb/N0
value in a mobile fading channel.
Finally, we demonstrate a connection between spread spectrum and coding by
considering the analysis of the multiple access interference in an FH system.
The system employs RS hopping sequences derived from an RS code. This system is
shown to have better access performance than a random hopping system, due to
the coding structure of RS codes.
Dans cet article, nous discutons de l¹utilisation de la modulation par
étalement de spectre et du codage de correction d¹erreurs pour les
communications avec accès multiples tels que les communications mobiles.
L¹emphase est mise sur le lien et l¹inter-dépendance entre ces deux techniques.
Ce lien est illustré par trois exemples résultant de nos études récentes à ce
sujet. Premièrement, nous considérons les communications avec accès multiples
par sauts de fréquence utilisant M niveaux de modulation et du
codage de correction d¹erreurs. Nous démontrons que la capacité du réseau peut
être drastiquement réduite par une mauvaise adaptation, par exemple, de codes
Reed-Solomon (RS) à Q niveaux et une modulation à M niveaux, probables
en pratique. Nous démontrons qu¹un code adapté BCH à M niveaux est
supérieur à un code RS à taux et complexité comparables, quand le nombre
d¹utilisateurs du système est grand. Le système avec accès multiples à sauts de
fréquence est non linéaire. Pour un système linéaire tel que le système avec
accès multiples à séquence directe avec division de code (CDMA) cellulaire, il
est montré que la capacité est linéairement inversement proportionnelle au
rapport signal bruit (Eb/N0) requis au récepteur pour maintenir un certain
taux d¹erreur. Ainsi, la clé pour augmenter la capacité d¹un système CDMA
réside dans l¹acroissement du gain de codage réduisant le rapport signal bruit
requis. En fait, les différences dans la prédiction de la capacité de systèmes
CDMA sont largement dues aux différences dans la prédiction du rapport signal
bruit requis sur un canal mobile à évanouissement. Finalement, nous démontrons
un lien entre l¹étalement spectral et le codage en considérant l¹analyse de
l¹interférence de l¹accès multiple dans un système à sauts de fréquence. Le
système emploie des séquences de sauts RS dérivées d¹un code RS. Ce système
donne des performances d¹accès meilleures qu¹un système à sauts aléatoires à
cause de la structure du code RS.
Envelope, phase and data-transmission
characterization for mobile radio channels at UHF frequencies
La caractérisation de
l¹enveloppe, de la phase et des transmissions de données sur un canal radio
mobile dans la bande de fréquence UHF
Michel Lecours, Gilles-Y. Delisle, Jean-Yves
Chouinard* (*Department of Electrical Engineering, University of Ottawa,
Ottawa, Ont. KIN 6N5) and John Ahern,
Electrical Engineering Department, Université LavaI, Québec, Qué. G1K 7P4
Pages: 175-182
This paper presents results of envelope, phase and data-transmission
measurements for mobile radio transmissions in the 900 MHz band as
well as statistical characterization of the channel-envelope and phase
behaviour, of the effect of space diversity, and modelling of error sequences
experienced with 20 kb/s BPSK and 10 kb/s differential phase-shift keying
(DPSK) data transmission. All experiments were conducted in medium-sized cities,
namely Quebec City and Ottawa, and the results show evidence in most cases of a
main or direct component superimposed on the multipath components, as is
typical of a Rice channel, rather than the fully random behaviour of Rayleigh
channels. Actual recordings of the error sequences indicate that the
error-generation process is well characterized by Fritchman¹s channel model
consisting of two to four error-free states and a single error state, and the
paper concludes by presenting typical values of Fritchman parameters as a
function of different values of the mean error rate.
Cet article présente des résultats de mesure des caractéristiques de
l¹enveloppe, de la phase et des transmissions de données en radio-mobile dans la
bande de 900 MHz. On y présente une caractérisation statistique de l¹enveloppe
du signal, du comportement de la phase, de l¹effet de la diversité d¹espace, et
une modélisation des séquences d¹erreurs observées lors de transmissions BPSK à
20 kb/s et de transmissions DPSK à 10 kb/s. Les mesures expérimentales ont été
menées dans des villes de taille moyenne, c¹est-à-dire Québec et Ottawa, et les
résultats démontrent dans la plupart des cas la présence d¹un signal principal
ou d¹un signal direct superposé aux composantes multi-voies, ce qui est
indicatif d¹un canal de Rice, plutôt que le comportement aléatoire d¹un canal
de Rayleigh. Les enregistrements des séquences d¹erreur indiquent que le
processus de génération des erreurs est bien caractérisé par un modèle de
Fritchman comportant deux à quatre états libres d¹erreur et un état en erreur
et on présente des valeurs typiques des paramètres de ce modèle pour
différentes valeurs du taux d¹erreur moyen.
On the validity of the slow and moderate fading
models for matched filter detection of Rayleigh fading signals
Sur la validité des modèles
d¹évanouissement lent et modéré pour la détection par filtre adapté de signaux
évanouis de Rayleigh
James K. Cavers, Communications
Science Laboratory, School of Engineering Science, Simon Fraser University,
Burnaby, B.C V5A 1S6
Pages: 183-189
Published analyses of data
transmission on flat fading channels often assume that the pulses arrive
without distortion, and that random amplitude and phase are applied on a
per-pulse basis. In reality, however, multiplicative distortion in the channel
operates overeach pulse. If the receiver uses a matched filter, an error floor
results even for isolated pulse transmission. This paper is the first to
examine the effect systematically. By obtaining the error floor as a function
of fade rate and pulse roll-off, it defines the limits, or ³safe zone,² of the
distortion-free approximation, which is here termed the moderate fading model.
The results should be of interest to those working in modelling and analysis of
fast fading channels.
Les analyses publiées à propos de la transmission de données sur canaux
à évanouissement plat assument souvent que les impulsions arrivent sans
distortion, et que l¹amplitude et la phase aléatoires sont appliquées sur
chaque pulse individuellement. En réalité cependant, le distortion
multiplicative du canal agit sur chaque pulse. Si le récepteur utilise un
filtre adapté, ceci produit un plateau d¹erreur, même dans la transmission de
pulses isolés. Cet article est le premier où l¹on examine ces effets
systématiquement. En obtenant le plateau d¹erreur exprimé comme une fonction du
taux d¹évanouissement et du taux de décroissance du pulse, une limite ou
une ³zone libre² de l¹approximation sans distorsion est définie, laquelle est
appelée modèle d¹évanouissement modéré. Les résultats inclus devraient intéresser
ceux qui travaillent à modéliser et à analyser les canaux d¹évanouissement
rapide.