CC BY
118
УДК 621.396
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗАЩИТНЫХ ОТНОШЕНИЙ В ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ УСТРОЙСТВАХ, ИСПОЛЬЗУЮЩИХ ФАЗО- И ЧАСТОТНО-МАНИПУЛИРОВАННЫЕ СИГНАЛЫ
И.С. Бобылкин, И.В. Остроумов, А.Ю. Савинков
В статье представлена разработанная методика определения защитного отношения, которая позволяет без проведения высокозатратных испытаний определять защитное отношение по высокочастотному тракту и промежуточной частоте для радиоэлектронных средств, использующих фазо- и частотно- манипулированные сигналы, относительно разных видов импульсных и непрерывных радиопомех на основе фазоманипулированных сигналов, частотно-модулированных сигналов и сигналов, модулированных по частоте гармоническим или пилообразным напряжением
Ключевые слова: модуляция, значение защитного отношения, системы связи, промежуточная частота
Значение защитного отношения сигнал/помеха (ЗО) используется во всех задачах, связанных с оценкой и разработкой мероприятий по обеспечению
электромагнитной совместимости (ЭМС). Учитывая перспективы применения простых и сложных двух и четырех фазо- и частотно-манипулированных сигналов в системах связи, процессах модуляции и демодуляции подобных сигналов была разработана методика расчета защитных отношений по высокочастотному тракту и на промежуточной частоте приемопередатчиков фазо- и частотно-манипулированных сигналов, в том числе и сложных, с различными видами огибающей элементарной посылки.
Отличительной особенностью
разработанной методики является
использование свертки и пошагового сдвига результирующих гистограмм уровней откликов системы на полезный сигналы, что обеспечивает определение ЗО с заданной точностью и без проведения высокозатратных и трудоёмких расчетов по моделированию и имитирования прохождения однотипных радиопомех по приемопередающему тракту с различными значениями уровней мощности, смещения по фазе относительно полезных сигналов [1]. Существенное уменьшение объема нужных вычислений дает возможность в короткие сроки определить значение ЗО для радиопомех, имеющих изменения по времени (случайные характеристики), путем накопления необходимого объема данных. При этом в
Бобылкин Игорь Сергеевич - ВГТУ, канд. техн. наук, ст. преподаватель, 8(473) 243-77-06, e-mail: kipr@vorstu.ru Остроумов Иван Владимирович - ВГТУ, аспирант, 8(473) 243-77-06, e-mail: kipr@vorstu.ru Савинков Андрей Юрьевич - ВГТУ, д-р техн. наук, профессор, 8(473) 243-77-06, e-mail: kipr@vorstu.ru
разработанной методике под ЗО при заданных значениях параметров канала передачи информации полезного и мешающего сигнала понимается минимальный уровень сигнала по отношению к уровню мешающего сигнала, при котором вероятность сбоя приема информации не превышает заданного уровня.
На рис. 1 представлена укрупненная разработанная схема процедуры определения защитного отношения согласно приведенной методике.
Начало
Бл.З Генерация фильтров Бл.4
1 "^-^гаст;. помеху "
Генерация (Ьильтров
▼
Фильтрация помехи
Определение и вывод 30
т
Бл.£
Конед
Рис. 1. Алгоритм методики определения ЗО
В первом блоке определяются параметры элементов приемопередающих трактов, которые нужно установить для получения результатов. Если информация не установлена, то в качестве полосовых фильтров на выходе передатчиков устанавливаются фильтры Баттерворта 2-го порядка с шириной полосы равной значению необходимой ширины полосы частот соответствующих сигналов. В качестве полосового фильтра на входе приемника, также
устанавливается аналогичный фильтр 3-го порядка.
В блоке два проверяется: создавалась ли гистограмма откликов полезного сигнала при заданных параметрах задачи. Если же гистограмма для полезного сигнала уже создана, то происходит переход к блоку пять, в противном случае к блоку три.
В блоке три генерируется амплитудно-частотная характеристика фильтра на выходе модулятора сигнала, фильтр основной селекции приемника и согласованного фильтра демодулятора. В зависимости от того определяется ли защитное отношение по высокочастотному тракту или по промежуточной частоте, из трех фильтров складывается два: фильтр на выходе модулятора и фильтр, согласующий фильтр основной селекции, фильтр приемникаи один -фильтр на выходе модулятора и основной селекции приемника, второй - согласованный фильтр демодулятора.
В четвертом блоке происходит обращение к процедуре моделирования прохождения сигнала по каналу приема передачи информации. В этой же процедуре формируется гистограмма откликов на полезный сигнал взятых в заданные моменты времени, определяется среднее значение сигнала и на выходеформируется часть отклика на полезный сигнал на выходе согласованного фильтра приемника, соответствующая обработанной порции информационной последовательности с помощью быстрого преобразования Фурье [2].
В пятом блоке проверяется: создавалась ли гистограмма откликов для мешающего сигнала при значимых параметрах задачи. Если гистограмма для мешающего сигнала уже создана, то происходит переход к блоку восемь, иначе к блоку шесть.
Шестой блок по аналогии с блоком три, за исключением того, что вместо фильтра на выходе модулятора полезного сигнала используется фильтр на выходе модулятора мешающего сигнала и при определении защитного отношения по промежуточной частоте, сформированная амплитудно-частотная характеристика фильтра мешающего сигнала сдвигается на величину отстройки.
В блоке семь для мешающего сигнала выполняются процедуры, что и в четвертом блоке для полезного сигнала за исключением процедуры формирования гистограммы откликов. Гистограмма уровней откликов на непреднамеренные радиоэлектронные помехи
формируется с учетом несогласованности полезного и мешающего сигнала по времени. Снятие значений откликов на входе решающего устройства осуществляется для каждого отсчета по времени и для 100 равномерных значений начальной фазы помехи.
В восьмом блоке для заданной, и вполне допустимой вероятности сбоя определяется защитное отношение по высокочастотному тракту и промежуточной частоте и осуществляется вывод результатов и графиков полученных гистограмм.
Защитное отношение qсп определяется: вычисляются коэффициент изменения уровня мешающего сигнала на основе свертки полученных гистограмм Арнс и поправка на разницу КП мощностью помехии мощностью полезного сигнала. Далее эти логарифмических коэффициенты складываются по соотношению 1.
Чсп = ^Рнс + КП . (1)
Сверткой полученных гистограмм определяется оценка вероятности превышения отклика мешающего сигнала над уровнем отклика на сигнал на входе решающего устройства рпр при текущем отношении сигнал/помеха по соотношению 2.
( Л
Рпр=Е ¿с Е еП , (2)
7=1 V }=' )
где - количество точек,
сформированных гистограмм откликов на полезный и мешающий сигналы;
с •
¿7 - значение 7-й точки гистограммы откликов на полезный сигнал;
¿П - значение }-й точки гистограммы
откликов на помеху.
Если такое превышение ведет неправильному приему символов, то при несовпадении знаков откликов и оценивается вероятность сбоя приема символов из-за воздействия помехи.
В представленном примере на рис. 2 показаны результаты, полученные с помощью разработанной программной реализации методики определения защитного отношения для приемников бинарных сигналов, определяемого спецификациями стандарта 802.11а [3]. Такие сигналы широко используются в системах беспроводного доступа. Результирующее значение минус 3 дБ существенно отличается от значения, сопоставляемого данным классам РЭС по
таблице защитных отношений [2], согласно которой для радиорелейных линий с мешающим сигналом аналогичной структуры составляет 24 дБ, а для средства связи прямой радиосвязи - 18 дБ. Кадр физического уровня стандарта 802.11 является отдельным импульсом со скважностью близкой к 1 [3], то значение защитного отношения уменьшается на 10 дБ.
Рис. 2а. Результат однократного определения защитного отношения при заданных параметрах
Рис. 2б. Результат определения ЗО для набора из 20-ти значений отстройки
В качестве результатов программа, реализующая методику определения защитного отношения, отображает графики сигналов, нормированные на максимальное значение отклика. Если в методике определения необходимой ширины полосы частот предусмотрен интерактивный процесс, то для методики определения защитного отношения предусмотрена автоматическая процедура, которая сразу выводит результат для одного (рис. 2а) или множества заданных параметров отстройки (рис. 2б).
Разработанная методика определения защитного отношения позволяет без проведения высокозатратных испытаний определять защитное отношение по высокочастотному тракту и промежуточной частоте для радиоэлектронных средств, использующих фазо- и частотно-манипулированные сигналы, различных видов импульсных и непрерывных мешающих сигналов на основе фазоманипулированных сигналов аналогичных полезным. Программная реализация разработанной методики позволяет в короткие сроки определять значение защитного отношения при различных значениях отстройки по частоте
Литература
1. Владимиров, В.И. Электромагнитная совместимость радиоэлектронных средств и систем [Текст] / В.И. Владимиров, А.Л. Докторов ; под ред. Царькова Н.М. - М.: Радио и связь, 1985.
2. Кремер, И.Я. Модулирующие (мультипликативные) помехи и прием радиосигналов [Текст] / И.Я. Кремер, В.И. Владимиров, В.И. Карпухин // М.: Сов. Радио, 1972.
3. Ромащенко, М.А. Основные задачи анализа обеспечения ЭМС в конструкциях РЭС и принципы его выполнения [Текст] / М.А. Ромащенко // Вестник Воронежского государственного технического университета. - 2011. - Т. 7, № 4. - С. 106-109.
Воронежский государственный технический университет
THE DETERMINING PROTECTION RATIOS IN TELECOMMUNICATION DEVICES USING AND PHASE FSK SIGNALS
I.S. Bobylkin, I.V. Ostroumov, A.Yu. Savinkov
The developed technique of definition of the protective relation which allows to determine without carrying out highspending tests the protective relation by a high-frequency path and intermediate frequency for the radio-electronic means using faze- and the frequency manipulated signals, rather different types of a pulse and continuous radio noise on a basis the faze manipulated of signals corresponding useful, the frequency-modulated signals and signals modulated on frequency by harmonious or sawtooth tension is presented in article
Key words: modulation, value of the protective relation, communication system, intermediate frequency
