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Las principales fuentes de ruido e interferencias y métodos para combatirlas. Tipos de interferencia con el proceso de obtención de información sobre las condiciones del aire y de la superficie.

Enciendes el televisor para ver las noticias o el hockey y, de repente, la pantalla se llena de puntos negros y, en lugar de la voz del locutor, se escucha un silbido desagradable en los parlantes. ¿Qué es esto? Y este es tu vecino afeitándose con una afeitadora eléctrica defectuosa. Se apagó la afeitadora, pero la situación fue aún peor: la pantalla se contrae, la sincronización de la imagen se interrumpe y algo retumba y explota en el canal de sonido. ¿Qué es esto? – preguntas. Y este vecino cogió el receptor de un radioteléfono chino que, por extraña casualidad, estaba sintonizado en la operadora del canal de televisión de primer metro.

En las últimas décadas, el problema de la influencia mutua de las interferencias involuntarias en los dispositivos radioelectrónicos (los expertos hablan del problema de la compatibilidad electromagnética, EMC) se ha vuelto tan grave que a veces, para garantizar la EMC, es necesario reducir artificialmente las características técnicas de el equipo.

La situación no es mejor cuando se transmiten imágenes y sonido a largas distancias. El ojo y el oído humanos son instrumentos muy sensibles que detectan instantáneamente la más mínima alteración de la calidad. Los ingenieros tienen que buscar soluciones técnicas cada vez más complejas y costosas para garantizar la transmisión de imagen y sonido a largas distancias sin pérdidas significativas de calidad.

disturbios industriales;
Recogida en circuitos vecinos;
Conectores de baja calidad;

Hasta hace poco, la lucha contra el ruido y las interferencias se llevaba a cabo mediante prueba y error, con poca comprensión de la física de los procesos que provocan ese ruido y estas interferencias. Este enfoque consumía mucho tiempo y, al más mínimo cambio en la configuración del equipo, había que empezar todo de nuevo.

Dejando de lado los canales de transmisión de información aérea, consideremos brevemente las fuentes de ruido e interferencia en las líneas cableadas para transmitir información de audio y video.

Entonces, necesitas transmitir una señal (televisión, computadora, sonido, etc.) desde un punto ( Fuente) a otro punto ( Receptor). Si el cable es corto (por ejemplo, 1 metro), lo más probable es que no surjan muchos de los problemas en cuestión, aunque en algunos casos incluso esta distancia puede perjudicar la señal.

Si un cable real está destinado a recorrer un camino largo y sinuoso en interiores o exteriores, la señal que contiene inevitablemente estará expuesta a muchos factores negativos.

Se considera que las principales fuentes de ruido e interferencias son:

disturbios industriales;
Recogida en circuitos vecinos;
Conectores de baja calidad;
Reactancia del cable y mala calidad del cable;
Coincidencia inexacta del cable con la impedancia característica del transmisor y el receptor;
Suministro de energía desde diferentes fases y presencia de “bucles de tierra” que causan interferencias a lo largo de la “tierra”.

Las fuentes secundarias de ruido son los procesos galvánicos y electrolíticos, el efecto triboeléctrico 1 y las vibraciones de los cables.

Interferencia industrial: esta interferencia, también llamada interferencia industrial, se manifiesta en áreas donde operan plantas de energía y diversas instalaciones, aparatos y dispositivos eléctricos: motores eléctricos, dispositivos de telecomunicaciones, dispositivos médicos, computadoras, soldadoras eléctricas, timbres eléctricos, sistemas de encendido eléctrico para motores de combustión interna. Las interferencias causadas por la recepción de otras estaciones de radio también pueden clasificarse como interferencias industriales.

El ruido de circuitos adyacentes ocurre cuando un alambre o cable de señal está dentro del rango de un campo electromagnético creado por otro alambre o cable.

Recogida en circuitos vecinos. Ocurre cuando un alambre o cable de señal entra dentro del alcance de un campo electromagnético creado por otro alambre o cable. Por ejemplo, si hay un cable telefónico y una línea de transmisión de radio cerca de un apartamento, cuando levanta el auricular del teléfono, a veces puede escuchar música o palabras. Se trata de interferencias de circuitos vecinos. Los cables para señales no balanceadas (por ejemplo, coaxiales) con blindaje de baja calidad (una capa de trenza hecha descuidadamente) son especialmente sensibles a este tipo de interferencias.

Los conectores de baja calidad suelen estar mal blindados, pero eso no es tan malo. La principal fuente de ruido en los conectores es el llamado ruido de contacto, que surge debido al contacto imperfecto entre los materiales del pin y el zócalo. El ruido de contacto es directamente proporcional a la cantidad de corriente que fluye a través del par de contactos y la densidad de distribución de potencia del ruido es la inversa de la frecuencia. Si el conector es de muy mala calidad, pueden producirse incluso “rebotes” y chispas. Si los materiales del conector se seleccionan incorrectamente, sin tener en cuenta su posición relativa en la serie galvánica, puede surgir entre ellos una especie de elemento electroquímico que genera ruido y acelera la corrosión.

El cable en sí, especialmente si está blindado, no es una fuente de ruido significativo; sin embargo, la atenuación de la señal en la línea depende en gran medida de su calidad y la distorsión de la señal transmitida depende de su carácter inductivo y capacitivo (reactivo); características. Cualquier cable tiene resistencia óhmica, capacitancia e inductancia de paso. Los dos últimos parámetros, así como las pérdidas en el dieléctrico del cable (tgδ) y algunos otros factores, tienen una influencia particularmente fuerte en la calidad de transmisión de los componentes de alta frecuencia de la señal: información sobre pequeños detalles y color en video analógico. Frentes de pulso en una señal digital. Cuanto más largo sea el cable y más amplio sea el espectro de la señal transmitida, mayores serán las pérdidas.

Cuanto más largo sea el cable y más amplio sea el espectro de la señal transmitida, mayores serán las pérdidas.

La impedancia característica de un cable puede fluctuar a lo largo de su longitud (debido a su calidad insuficiente o errores de instalación), lo que provoca reflejos, "desenfoque" y ondulaciones en la imagen.

Un cable mal conectado a tierra es una poderosa fuente de distorsión e interferencia.

El modo de un circuito eléctrico en el que la resistencia del receptor es igual a la resistencia de la línea se llama modo de carga coincidente. Si la carga no es igualada, entonces parte de la señal transmitida no llegará al receptor, sino que se reflejará como una onda de retorno, reduciendo el nivel de la señal transmitida y creando distorsión.

Si la carga no es igualada, entonces parte de la señal transmitida no llegará al receptor, sino que se reflejará como una onda de retorno, reduciendo el nivel de la señal transmitida y creando distorsión.

La fuente de alimentación de los equipos mal diseñada (de diferentes fases de la red de CA) y los circuitos de conexión a tierra mal organizados pueden causar interferencias poderosas, cuya lucha en los equipos ya instalados es extremadamente difícil e ineficaz. Conectar la "tierra" del cable de señal a un circuito de tierra común (o conexión a tierra) en varios puntos conduce a la formación de "bucles" de tierra, y alimentar el receptor y la fuente de señal desde diferentes fases de la red de CA puede, incluso con completamente fuentes de alimentación de dispositivos operativos, provocan la aparición de una diferencia de voltaje significativa entre ellas (y pequeñas corrientes que se "igualarán" a través del blindaje del cable de señal, creando un fondo de CA característico).

Todos los factores anteriores conducen a una disminución en la distancia a la que se puede transmitir una señal sin una distorsión notable (con un nivel de calidad aceptable). En la práctica, utilizando únicamente medidas pasivas para garantizar la calidad de la transmisión (más sobre ellas a continuación), generalmente se logran las siguientes distancias:

Vídeo analógico

vídeo compuesto– transmitido a través de un cable coaxial con una impedancia característica de 75 ohmios, se utilizan conectores de bayoneta (BNC, "tulipanes" se utilizan en electrodomésticos - RCA). El espectro de una señal estándar no supera los 6 MHz y la distancia de transmisión alcanza los 50-100 metros. La distancia está limitada principalmente por la atenuación de la señal (una caída en su amplitud). El cable coaxial grueso con un conductor central sólido y grueso proporciona mejores resultados. La caída de la amplitud se contrarresta en cierta medida mediante el control de la luminosidad; al aumentar aún más la distancia se pierde la sincronización de la señal.

Señal de vídeo S-vídeo (YC)– transmitido a través de dos cables coaxiales paralelos. Tiene casi los mismos parámetros espectrales que el compuesto. Se transmite un poco peor, porque Puede haber alguna diferencia de fase entre las señales en los dos cables.

Vídeo por componentes (YUV/YPbPr, RGB, RGBS, RGBHV/VGA)– transmitido a través de varios (3-5) cables coaxiales paralelos. La señal tiene un espectro mucho más amplio (hasta 30 MHz para YUV/RGBS, más de 300 MHz para VGA/UXGA). Limita la distancia (5-30 metros), supresión de componentes HF (pérdida de nitidez), atenuación de la señal, diferencia de fase de la señal. La distancia máxima (hasta 30-60 metros) se logra solo con cables gruesos (caros) y de muy alta calidad.

vídeos digitales

La señal de vídeo digital SDI (Serial Digital Interface) se transmite a través de gruesos cables coaxiales con una impedancia característica de 75 Ohmios, mediante conectores de bayoneta (BNC). Una señal de vídeo estándar tiene un ancho de banda de hasta 270 Mbit/s (en realidad MHz), las señales HDTV pueden tener un ancho de banda de hasta 1300 Mbit/s. A pesar de un ancho de banda de señal tan amplio, SDI normalmente se puede transmitir a una distancia de hasta 50-200 metros, limitado principalmente por la atenuación de la señal y el aumento del jitter (jitter en las fases de los pulsos digitales). Para una señal HDTV, las distancias suelen ser mucho más cortas.

La señal de vídeo digital DVI (Digital Video Interface) se transmite a través de un cable especial fabricado con pares trenzados de cobre. El ancho del espectro de la señal es de hasta 165 MHz (para dos canales se obtiene un total de hasta 330 MHz), mientras que la distancia de transmisión está limitada a 5 metros.

Señales de audio

Las señales de audio no balanceadas generalmente se transmiten a través de un cable blindado usando conectores RCA (a veces se usan otros conectores). No se utiliza una carga coincidente en la entrada del receptor (la entrada debe ser de alta impedancia). Con un espectro de señal de hasta 20 kHz, realmente no merece la pena transmitir este tipo de señales a más de 10-30 metros.

Existen métodos pasivos y activos para combatir el ruido y las interferencias.

Las señales de audio balanceadas se transmiten con mayor frecuencia a través de cables de par trenzado blindados con conectores XLR. Estas señales son mucho más resistentes a las interferencias y las interferencias, por lo que a menudo se utilizan para conectar micrófonos. Las señales de niveles superiores (lineales y superiores) se pueden transmitir a distancias de hasta 200 mo más.

En la etapa de diseño se deben prever todas las posibles fuentes de interferencia y luego se deben incorporar al sistema métodos y medios para contrarrestarlas.

Distinguir pasivo Y activo métodos para combatir el ruido y las interferencias.

Métodos pasivos

Reducir la longitud de las redes de cable a un mínimo razonable y reducir el número de cables;
Utilice únicamente cables y conectores de alta calidad de fabricantes conocidos;
Al tender cables con radios de curvatura grandes, para evitar interferencias del llamado efecto triboeléctrico (acumulación de carga dentro del cable);
En la separación de troncales de cables de señal y de potencia;
En el uso de cargas coordinadas;
Al utilizar el equipo de tal manera que sus condiciones de funcionamiento sean significativamente inferiores a las máximas;
Al utilizar la interfaz más resistente a interferencias. Lo mejor es transmitir la señal digital SDI, luego compuesta, S-video y, finalmente, componente y VGA.

Métodos activos El ruido de combate y las interferencias consisten en:

En el uso de amplificadores de señal intermedia, que compensan su atenuación en la línea por resistencia óhmica y pérdidas en altas frecuencias por reactancia del cable;
En la transición al par trenzado. Si en lugar de un cable coaxial utilizamos un par trenzado sin blindaje (UTP), además de una ganancia económica muy significativa (el par trenzado es mucho más barato que el cable coaxial), tenemos la oportunidad de transmitir señales a distancias muy largas: un compuesto o La señal S-video se extiende a una distancia de hasta 1 km y la señal VGA, a 300 m. Se reducen significativamente los problemas con las interferencias y las interferencias del suelo.
En la transición al cable de fibra óptica, si es necesario transmitir señales a distancias muy largas (hasta 25 km). La línea de comunicación de fibra óptica está completamente desacoplada del suelo y se garantiza que estará libre de interferencias.

Si se agotan las posibilidades de una solución pasiva al problema de la entrega de la señal (o no ofrecen una garantía total de calidad), se deben introducir elementos activos adicionales en el circuito.

Cuando se trabaja en una línea de comunicación larga, es posible que muchas fuentes de señal no puedan "extender" dicha línea. Además, normalmente no proporcionan ningún ajuste que pueda compensar las pérdidas de señal en la línea. Una solución puede ser agregar un amplificador de potencia a la salida de la fuente de señal.

Usando un amplificador de potencia

Un amplificador de este tipo suele proporcionar tanto control de ganancia (amplitud de la señal de salida), que permite compensar la resistencia óhmica del cable, como ajuste de la respuesta amplitud-frecuencia (AFC) en la región de alta frecuencia, para compensar la alta frecuencia. Pérdidas en el cable debido a su capacitancia e inductancia de paso y pérdidas dieléctricas.

Ventajas:

El amplificador compensa la atenuación de la señal (debido a la resistencia del cable) y las pérdidas en altas frecuencias (debido a capacitancia e inductancia);
Mejora ligeramente la relación señal-ruido o la interferencia (en términos de su ganancia, generalmente no más de 1-2 dB);
El amplificador puede tener varias salidas para funcionar en varios receptores (llamado amplificador de distribución; la salida de vídeo estándar de la fuente de señal no puede funcionar en varios receptores simultáneamente);
En algunos casos, le permite compensar (con sus propios controles) las diferencias en los niveles de señal producidas por la fuente (a veces, incluso pequeñas desviaciones en el voltaje de salida del transmisor y la sensibilidad del receptor pueden provocar distorsiones en el brillo y el color). en la pantalla y, en ocasiones, a interrupciones en la sincronización).

Defectos:

El amplificador no puede hacer frente a las interferencias de forma eficaz. La distancia máxima está limitada en este caso precisamente por interferencias, porque el cable funciona en el mismo entorno ruidoso que sin amplificador.
La señal puede verse cortada si la amplificación es demasiado fuerte. Las capacidades de cualquier amplificador no son ilimitadas y no será posible compensar pérdidas demasiado grandes en la línea; en este caso, es aconsejable dividir el cable largo en partes con amplificadores intermedios entre ellas (conexión en cascada), o cambiar a otro método de transmisión (por ejemplo, par trenzado o cable de fibra óptica)
La conexión en cascada de varios amplificadores (ver párrafo anterior) puede provocar distorsión y ruido de la señal, ya que cada amplificador posterior también amplifica todo el ruido y las interferencias que se han acumulado en la línea de comunicación anterior.

Uso de par trenzado (UTP)

A veces, el uso de cables coaxiales no da el resultado deseado: la distancia es demasiado larga, la interferencia es demasiado fuerte y los problemas con los "bucles" a lo largo del circuito de tierra son difíciles de resolver. En este caso, se deben utilizar dispositivos especiales para convertir la señal en una señal balanceada y transmitirla a través de cables de par trenzado comunes y, al mismo tiempo, eliminar los problemas enumerados.

A veces, el uso de cables coaxiales no da el resultado deseado: la distancia es demasiado larga, la interferencia es demasiado fuerte y los problemas con los "bucles" a lo largo del circuito de tierra son difíciles de resolver. En este caso, se deben utilizar dispositivos especiales para convertir la señal a balanceada y transmitirla a través de cables de par trenzado normal.

Un transmisor especial convierte la señal de entrada en una señal para un cable UTP estándar de categoría 5 o superior (utilizado para tender redes informáticas Ethernet), el receptor en el otro extremo de la línea de comunicación realiza la conversión inversa. Para la comunicación, solo se utiliza un cable no blindado (par trenzado sin blindaje, UTP); un cable STP blindado no funcionará (tiene demasiada capacidad de paso). El cable UTP es mucho más económico que el cable coaxial de alta calidad y, con líneas de comunicación de gran longitud (incluso teniendo en cuenta el coste de un transmisor y receptor adicionales), la ruta de transmisión de la señal en su conjunto es incluso más económica. Los cables UTP generalmente se instalan en edificios modernos que ya se encuentran en la etapa de diseño, lo que significa que, en muchos casos, el cableado existente se puede utilizar para transmitir señales complejas de video y audio, lo que reduce aún más el costo del proyecto. El uso de una señal balanceada especial y un par trenzado de alta calidad le permite transmitir señales a distancias muy largas: compuesto o S-video - hasta 1 km, VGA - más de 300 m, mientras que los problemas con interferencias y interferencias del suelo también son reducido.

Usando líneas de comunicación de fibra óptica.

Si necesita transmitir una señal de video a distancias particularmente largas, puede pasar a utilizar una línea de comunicación de fibra óptica (FOCL).

Si necesita transmitir una señal de video a distancias particularmente largas, puede pasar a utilizar una línea de comunicación de fibra óptica (FOCL). En este caso, en principio, no surgen problemas con interferencias y bucles de tierra. Cuando se utiliza un cable multimodo, se puede transmitir una señal compuesta a una distancia de hasta 5 km, y cuando se utiliza un cable monomodo, hasta 25 km.

Conclusiones:

El diseño de sistemas de transmisión de señales a larga distancia debe tener en cuenta su protección frente al ruido y las interferencias.
Proteger sistemas que ya han sido diseñados sin tener en cuenta la CEM contra los efectos del ruido y las interferencias suele ser difícil, caro e ineficaz.
Se considera que las principales fuentes de ruido e interferencias son: interferencias industriales; interferencia de circuitos vecinos; conectores de baja calidad; reactancia del cable y mala calidad del cable; coincidencia inexacta del cable con la impedancia característica del transmisor y el receptor; suministro de energía de diferentes fases y la presencia de "bucles de puesta a tierra". Las fuentes secundarias de ruido son los procesos galvánicos y electrolíticos, el efecto triboeléctrico y las vibraciones de los cables.
Los métodos para combatir el ruido y las interferencias suelen dividirse en pasivos y activos. Los métodos pasivos son generalmente más baratos pero menos eficaces. El mayor efecto se logra mediante métodos activos, que consisten en el uso de amplificadores de señal intermedios especiales, la transmisión de una señal balanceada a través de cables de par trenzado y la conmutación a líneas de comunicación de fibra óptica.

Mesa. Limitación de la distancia de transmisión

Tipo de señal	Tipo de cable	Conectores	Ancho de banda	Rango de transmisión
señal de vídeo
compuesto	cable coaxial 75 ohmios	Conectores BNC, en electrodomésticos - RCA	hasta 6MHz	a 50-100metros
S-vídeo (YC)	casi lo mismo que para compuesto (conectores - mini-DIN de 4 pines)
componente (YUV, RGB, VGA)	cable coaxial de 75 ohmios	Conectores BNC (en electrodomésticos - RCA) o D-Sub 15 para VGA	hasta 300 MHz (UXGA), hasta 70 MHz (HDTV/1080i)	hasta 5-30m
SDI digital (vídeo estándar sin comprimir)	cable coaxial de 75 ohmios	Conectores BNC	hasta 270 Mbit/s (estándar), hasta 1300 Mbit/s (HDTV)	a 50-200metros
DVI-D digital	par trenzado	Conectores DVI	hasta 165/330MHz	hasta 5 metros
señal de audio
analógico no balanceado	cable blindado	Conectores RCA	hasta 20kHz	hasta 10-30m
analógico balanceado	cable de par trenzado blindado	Conectores XLR	hasta 20kHz	hasta 200 metros

1 El efecto triboeléctrico es el proceso de acumulación de carga eléctrica sobre el dieléctrico de un cable. Suele deberse a una flexión mecánica del cable. Como resultado del efecto triboeléctrico, el cable comienza a hacer ruido.

Interferencia externa son recibidos por la antena junto con la señal útil y se crean:

a) procesos electromagnéticos que ocurren en la atmósfera, la ionosfera y el espacio exterior;

b) instalaciones eléctricas y estaciones de radio vecinas;

c) medios para causar interferencia intencional.

Interferencia interna localizado en diversos elementos del sistema de radiocomunicaciones (ruido de fluctuación de lámparas y dispositivos semiconductores, inestabilidad de las tensiones de alimentación, etc.). Las características de ruido interno del dispositivo receptor generalmente se convierten en su entrada.

Las interferencias internas y externas son aditivas cuando la señal en la entrada de la PrU se representa en la forma:

donde S(t) es la señal transmitida, n(t) es la interferencia. Ruido aditivo: fluctuación, pulsado y sinusoidal.

ak Interferencia de fluctuación (FI) incluyen el ruido del receptor y el ruido del medio de propagación de la señal. Su espectro en la entrada de PU suele ser más amplio que la banda de paso de PU. La densidad de probabilidad de FA suele ser normal. En la mayoría de los casos lo aceptan como el aditivo BGS.

B. Interferencia de pulso Son una secuencia no periódica de pulsos de radio únicos y son creados por fuentes de interferencia atmosféricas e industriales. (En algunos casos, a través de canales de comunicación de terceros).

EN. Interferencia sinusoidal (SP)- interferencia concentrada a lo largo del espectro (el ancho de su espectro es pequeño en comparación con el ancho de banda de la ruta de recepción). Fuentes SP:

estaciones de interferencia intencional;
generadores de señales de RF;
estaciones de radio de frecuencias de referencia. La interferencia sinusoidal incluye la interferencia combinada dentro del propio receptor.

Distorsión de señal en líneas de comunicación.

La distorsión de las señales en la LAN es causada por un cambio caótico en el coeficiente de transmisión del medio físico en el que se propaga la señal. Los cambios en el coeficiente se manifiestan en fluctuaciones de amplitud y fase en el punto de recepción. En los rangos de frecuencia HF y VHF, las distorsiones de la señal se producen en forma de desvanecimiento debido a la propagación de la señal por trayectos múltiples. Normalmente, estas distorsiones se denominan ruido multiplicativo. En este caso, la señal de radio se representa como un producto.

x(t)=m(t) * S(t),

señal transmitida S(t), e interferencia m(t).

En general, la señal útil se ve afectada por aditivo Y multiplicativo interferencia.

Mensajes de voz y métodos para su transformación.

Discurso- un proceso aleatorio continuo no estacionario formado por sonidos que se suceden unos a otros.

Los sonidos del habla se producen por el paso del aire desde los pulmones a través de las cuerdas vocales, la boca y la nariz. La densidad espectral del proceso del habla S(t), determinada experimentalmente, se presenta en la Figura 1.

Alcanza su valor máximo a una frecuencia de 500 Hz. El ancho del espectro en el nivel 0,5 es de aproximadamente 3 KHz (DF=3400-3100) para intercomunicador. En radiodifusión de programas artísticos (HF) - 50-4500 Hz, en VHF el espectro de TLF KS - 30-10000 Hz.

Los posibles métodos de transmisión del habla se dividen en:

transmisión directa de señales de voz;
transmisión con conversión preliminar de la señal de voz.

Transferencia directa La comunicación por voz se puede realizar a través de canales analógicos, de pulso y digitales. En CS analógico, la señal es una oscilación armónica, uno de cuyos parámetros (amplitud, frecuencia, fase) cambia según la ley del mensaje de voz. Al transmitir mensajes de voz mediante CS pulsado, de acuerdo con la ley del proceso del habla, los parámetros de los pulsos de radio (amplitud, duración y tiempo de aparición) cambian. En la CS digital, los mensajes de voz continuos se transmiten mediante señales digitales.

La transmisión con conversión preliminar de la señal de voz se realiza a través de canales de comunicación que tienen limitaciones físicas, en particular un ancho de banda bajo (velocidad de transmisión de información). Para ello, primero se distorsiona la señal analógica principalmente de dos maneras:

por compresión directa (compresión por amplitud, frecuencia o duración de la transmisión del sonido);
>basado en métodos de transformación funcional y luego, en el lado receptor, restaurado. Este último enfoque se utiliza ampliamente en las redes celulares modernas.

La gama de cuestiones consideradas al diseñar un complejo de equipos técnicos de seguridad (TSS), que también incluye sistemas de videovigilancia, debería ser bastante amplia: desde técnicas de conexión a tierra hasta tipos de protección, desde interferencias electromagnéticas, ruido generado por elementos del TSE y asociados. sistemas, hasta equipos de “conectividad”; desde los principios de construcción de sistemas de suministro de energía (incluidos los de respaldo) hasta la selección de materiales para el blindaje de las carcasas; desde la tecnología de los trabajos de instalación hasta la gama de productos y componentes de cables

Todos los equipos incluidos en el CTSO no sólo deben tener compatibilidad electromagnética, sino también ser compatibles en sus parámetros eléctricos. El entorno electromagnético de la instalación debe analizarse seriamente en términos de determinar o predecir el nivel de interferencia electromagnética de los equipos y equipos de los sistemas relacionados para garantizar la seguridad y las funciones vitales del edificio: subestaciones transformadoras, ventilación de suministro y extracción, sistemas y métodos. de iluminación de salas y territorios, potentes consumidores de electricidad, sistemas de alimentación ininterrumpida, sistemas de alerta y comunicación, lugares donde se realizan trabajos periódicos mediante soldadura eléctrica. En realidad, la previsión del nivel del entorno electromagnético debe realizarse teniendo en cuenta la posibilidad de que se produzcan situaciones de emergencia en los sistemas (nodos) mencionados anteriormente y permitir prever formas de proteger los equipos más sensibles de las consecuencias del impacto de una emergencia. situaciones sobre el rendimiento y la fiabilidad del CTSO.

Fuentes de ruido y ruido inducido por alambres y líneas de cables.

El principal ejemplo de este tipo de comunicación es el ruido que penetra en los dispositivos a través de los cables de alimentación. Si es imposible controlar la red u otro equipo (potente consumidor de energía) está conectado a la red, es necesario desacoplar los cables de la red. Luego está la cuestión del respaldo de energía para los sistemas CCTV. Para estos fines, se utilizan sistemas de alimentación ininterrumpida para computadoras (como UPS) o fuentes para equipos contra incendios y de seguridad. Los problemas siguen siendo los mismos: diferentes voltajes necesarios para alimentar los componentes del sistema de videovigilancia, requisitos estrictos para los umbrales superiores de los voltajes de salida, condiciones de compatibilidad electromagnética, etc. Se agregan requisitos para garantizar un tiempo mínimo de respaldo de la fuente de alimentación de CCTV: 0,5 horas, según GOST R 51558–2000, pero en la práctica es necesario respaldar la fuente de alimentación durante un tiempo mucho más largo.

Comunicación a través de la resistencia común

El acoplamiento de resistencia común ocurre cuando las corrientes de dos dispositivos diferentes pasan a través de la misma resistencia. En este caso, la caída de voltaje creada por cada uno de los dispositivos en una sección de resistencia específica es una fuente para otro sistema. interferencia, y cuanto mayor es el consumo, mayor es la amplitud interferencia.

Campos electromagnéticos

Otro tipo de comunicación es la radiación de campos electromagnéticos. La eficacia del blindaje depende de: la frecuencia de la radiación, la configuración de la pantalla, la posición del punto de medición dentro de la pantalla, el tipo de campo que se atenúa, el vector de su propagación y polarización. Al omitir los cálculos teóricos aplicados y intermedios, podemos sacar conclusiones que determinan la efectividad del blindaje:

para campos eléctricos y ondas planas, las pérdidas durante su reflexión son muy grandes;
en el caso de campos magnéticos de baja frecuencia, las pérdidas durante su reflexión son muy pequeñas;
una pantalla con un espesor igual a la profundidad de la capa de piel proporciona pérdidas de absorción de aproximadamente 9 dB;
los campos magnéticos son más difíciles de proteger que los campos eléctricos;
se deben utilizar materiales magnéticos para proteger contra campos magnéticos de baja frecuencia;
para protegerse contra campos eléctricos, ondas planas y campos magnéticos de alta frecuencia, se debe utilizar una pantalla hecha de un conductor de alta calidad;
la eficacia real del blindaje lograda en la práctica suele estar determinada por las fugas en las costuras y uniones, y no por la eficacia real del material utilizado;
la cantidad de fuga está determinada por el tamaño lineal máximo del orificio y no por su área;
la fuga a través de una gran cantidad de orificios pequeños es menor que a través de un orificio de la misma área;
la presencia en el mercado de servicios de equipos que no crean interferencia, es tan necesaria como la presencia de equipos que protejan contra interferencias;
la supresión del ruido debería abordarse en la fase más temprana posible del diseño del CTSO;
el ruido se produce en los siguientes casos: en presencia de interferencias a través de cables, cuando se comunica a través de una resistencia común, así como en presencia de radiación electromagnética;
los metales utilizados en los circuitos de señales y en contacto entre sí deben ser galvánicamente compatibles;
No siempre existe un método universal para resolver la mayoría de los problemas de lucha contra las interferencias electromagnéticas y el ruido; por lo general, se utilizan varios métodos simultáneamente.

Toma de tierra

La conexión a tierra es una de las principales formas de reducir el ruido y las interferencias no deseadas que provocan mal funcionamiento del sistema de vídeo o fallos del equipo. Una conexión a tierra y un blindaje adecuados pueden resolver una parte importante de los problemas de reducción de ruido.
presión. Un sistema debidamente puesto a tierra debe diseñarse para funcionar como una sola unidad.

El diseño de sistemas con puesta a tierra de alta calidad tiene dos objetivos principales: el primero es minimizar el voltaje de ruido que se produce cuando las corrientes de dos o más equipos pasan a través de la resistencia de tierra común; el segundo es eliminar la formación de bucles de tierra que son sensibles a los campos magnéticos y a las diferencias de potencial de tierra. Sin embargo, hay que recordar que una conexión a tierra realizada incorrectamente puede convertirse en la principal causa de ruido e interferencias.

Puesta a tierra de protección

Por motivos de seguridad, la carcasa del equipo y todo el sistema deben estar conectados a tierra. Cuando se produce una avería (situación de emergencia), la corriente pasa a través del bus de tierra, se podría decir, a la velocidad del rayo, lo que provoca la rotura del circuito por parte de los dispositivos de protección. Dado que la corriente de carga no fluye a través de la conexión a tierra de protección, no hay caída de voltaje a través de ella y las carcasas de los equipos conectados a ella siempre están en potencial de tierra. En este caso, el neutro y el bus de puesta a tierra de protección deben conectarse solo en un punto. Este punto debe seleccionarse de manera que esté lo más cerca posible del panel de distribución.

Tierras de señal

Las tierras de señal se dividen principalmente en dos clases: puesta a tierra de un solo punto o de múltiples puntos.

Al profundizar en los métodos de conexión a tierra, tenga en cuenta lo siguiente:

todos los conductores tienen una impedancia finita, que normalmente consta de resistencia e inductancia;
Los puntos de puesta a tierra separados en el espacio rara vez tienen el mismo potencial.

La tierra de alimentación es prácticamente inadecuada para la organización o como tierra de señal. El voltaje medido entre dos puntos del suelo suele ser de cientos de milivoltios y, a veces, incluso de unos pocos voltios. Este voltaje es lo suficientemente alto para circuitos con señales de bajo nivel. Desde el punto de vista del ruido, lo más indeseable es la conexión a tierra con un bus común o un cable común. Cuando se utiliza esta disposición, los dispositivos más críticos (aquellos con el mayor consumo de corriente) deben conectarse lo más cerca posible del punto de tierra principal.

Sistema de puesta a tierra en varios puntos.

Para minimizar la impedancia de tierra a altas frecuencias, se utilizan esquemas de puesta a tierra multipunto (Fig. 2). En este circuito, los dispositivos se conectan, si es posible, al bus puesto a tierra más cercano con baja impedancia, mientras que la resistencia R1ER3 y la inductancia L1EL3 deben ser lo más pequeñas posible. Aumentar el espesor del conductor de puesta a tierra (superficie) no afecta la impedancia de alta frecuencia, ya que debido al efecto piel, la corriente fluye solo a lo largo de su superficie.

Sistemas de puesta a tierra prácticos

Las disposiciones de puesta a tierra más prácticas son una combinación de puesta a tierra en serie y en paralelo en un solo punto. Esta combinación suele venir dictada por un compromiso entre la necesidad de cumplir criterios de ruido eléctrico (interferencias) y la tarea de evitar aumentar la complejidad de la instalación del cableado más allá de lo necesario. La clave para combinar con éxito estos factores radica en la agrupación selectiva de cables de tierra de modo que los circuitos con niveles de consumo de energía suficientemente diferentes no compartan un cable de retorno a tierra común. Por lo tanto, grupos de dispositivos de baja corriente pueden tener un cable de retorno a tierra común, mientras que otros grupos de dispositivos están conectados a tierra mediante un cable de retorno diferente.

La mayoría de los sistemas integrados requieren un mínimo de cuatro conductores de retorno a tierra (Figura 3), excluyendo los cables neutro y de protección a tierra.

El uso de tal configuración del circuito de puesta a tierra del complejo integrado de seguridad y los sistemas de soporte vital de un edificio (instalación) puede reducir significativamente los problemas de inestabilidad del funcionamiento de los subsistemas individuales.

Además de los dos métodos enumerados para combatir las interferencias (blindaje y conexión a tierra), existen los siguientes:

equilibrio;
filtración;
aislamiento;
espaciado y orientación;
ajuste del valor de impedancia;
selección de gama de productos de cables;
reducción de la amplitud de la corriente de arranque;
minimizar el consumo de energía;
método software-hardware.

Los métodos de reducción de ruido discutidos son aplicables tanto a sistemas analógicos como digitales, incluidos los sistemas de videovigilancia.

La interferencia activa se puede modular o modular. Los primeros se caracterizan por una amplitud, frecuencia y fase constantes de las oscilaciones emitidas, los segundos, por parámetros de radiación variables.

La interferencia modulada para los medios técnicos acústicos de reconocimiento se crea como oscilaciones continuas casi armónicas (cercanas a ellas) emitidas en frecuencias ubicadas por encima de la banda de transmisión de la señal de voz y que afectan los elementos de la ruta de entrada de los medios técnicos para interceptar información de voz ( por ejemplo, marcadores de radio telefónicos) de tal manera que el espectro de la señal confidencial interceptada se "difumina", la posibilidad de interceptación no autorizada de información se reduce o se evita por completo. La dirección de dicha interferencia está determinada en este caso por líneas de transmisión por cable (telefónicas).

Los dispositivos ultrasónicos para suprimir los equipos de reconocimiento acústico influyen en la ruta de recepción de TSR a través de los micrófonos de estos dispositivos receptores.

La dirección de la interferencia está determinada por la ubicación de los emisores ultrasónicos en una habitación con un determinado TTT por supresor de volumen.

Estos dispositivos proporcionan la supresión de la TSR en áreas protegidas.

La interferencia modulada se crea cambiando uno o más parámetros de la onda portadora generada por el transmisor de interferencia.

La interferencia continua es una oscilación modulada en amplitud, frecuencia (fase) o simultáneamente en amplitud y frecuencia (fase).

De acuerdo con el tipo de modulación, se distinguen las interferencias moduladas en amplitud (AM), moduladas en frecuencia (FM) o moduladas en amplitud y frecuencia. Si se utiliza ruido como voltaje modulador, interferencia de ruido.

La interferencia modulada en amplitud se forma, en el caso más sencillo, modulando la amplitud de la oscilación de la portadora del dispositivo perturbador con oscilaciones armónicas o ruido de paso de banda.

La interferencia de frecuencia modulada se forma por un cambio en el tiempo de la frecuencia portadora del bloqueador de acuerdo con la ley del cambio en la frecuencia de la oscilación moduladora.

La interferencia de ruido más utilizada son las vibraciones acústicas continuas con cambios caóticos de amplitud, frecuencia y fase según una ley aleatoria. Por lo tanto, a menudo se les llama fluctuantes.

El voltaje de interferencia de ruido en la entrada de un TSR acústico es un proceso aleatorio que tiene una ley de distribución normal de valores instantáneos y un espectro de frecuencia uniforme dentro de la banda de paso del TSR.

El ruido, cuyos parámetros permanecen aproximadamente constantes en una amplia gama de frecuencias (ruido suave), se denomina blanco debido a la similitud de su espectro de frecuencias con el espectro de la luz blanca, que es continuo y uniforme en la parte visible.

Según el principio de generación se distingue entre interferencias de ruido directas e interferencias moduladas en forma de portadora modulada por la tensión de ruido (interferencias de ruido moduladas).

La interferencia directa de ruido generalmente se forma como resultado de la amplificación del ruido intrínseco que se produce en los dispositivos electrónicos (diodos semiconductores, transistores, etc.). Esta interferencia permite cubrir una banda de frecuencias bastante amplia con una densidad de potencia espectral relativamente alta. Sin embargo, debido a la potencia relativamente baja de la fuente de ruido primaria y la necesidad de su posterior amplificación en múltiples etapas (para crear la potencia requerida de la fuente de interferencia), la interferencia de ruido directa no se ha utilizado ampliamente.

La interferencia modulada por ruido se ha generalizado. Dicha interferencia se crea modulando la portadora de la fuente de interferencia en amplitud, fase o frecuencia mediante la fluctuación del voltaje de ruido. En la práctica, a menudo se utiliza una modulación combinada de amplitud-frecuencia o amplitud-fase.

El ruido de pulso es una serie de pulsos modulados o modulados. Los parámetros de ruido de pulso deben seleccionarse en relación con el tipo de señal que se protege (funcionamiento de una impresora, máquina de escribir, etc.). Modulando la amplitud, la frecuencia de repetición, la duración de los pulsos de interferencia o varios parámetros al mismo tiempo, es posible aumentar la eficiencia de reducción de ruido de una señal acústica.

Recientemente, los sistemas de enmascaramiento acústico y vibroacústico han utilizado ruido, interferencias similares al habla y combinadas.

Más utilizado;

- ruido "blanco": ruido con una densidad espectral constante en el rango de frecuencia del habla (Fig. 4.1a);

- ruido "rosa": ruido con una disminución de la densidad espectral de 3 c1B por octava hacia las frecuencias altas (Fig. 4.16);

- ruido "marrón" con una disminución de 6 eB en la densidad espectral por octava hacia las frecuencias altas (Fig. 4.1c);

La interferencia de ruido “similar al habla” es un ruido con una envolvente de espectro de amplitud similar a una señal de voz (Fig. 4.1d).

La interferencia “similar al habla” se forma a partir de la superposición de un cierto número de señales de voz.

Un representante típico de la interferencia generada por fragmentos de voz no correlacionados con la señal oculta es la interferencia del tipo "coro de voz". Esta interferencia se forma mezclando fragmentos del habla de varias personas (hablantes).

En este caso, es posible utilizar la señal oculta como tal utilizando un sintetizador de interferencia similar al habla: un clonador de fonemas. La formación de señales de interferencia se lleva a cabo en dos etapas: en la primera etapa, utilizando una computadora y un software especial, se sintetiza un "pseudo discurso" a partir de la grabación de voz de una o varias personas mediante la clonación de los principales componentes fonémicos de su habla, que representan una determinada secuencia de señales. En la segunda etapa, el sintetizador de interferencias, cuya memoria contiene "pseudohabla", toma de acuerdo con una ley aleatoria fragmentos aleatorios de esta secuencia de señales, que llegan a la entrada del canal de interferencias.

Entre las interferencias generadas por la señal oculta se pueden distinguir dos tipos: reverberación “similar al habla” e inversión “similar al habla”. La interferencia de reverberación "similar al habla" se forma a partir de fragmentos de una señal de voz oculta superponiéndolos repetidamente con diferentes niveles. La interferencia por inversión “similar al habla” se forma a partir de una señal de voz oculta mediante una inversión compleja de su espectro.

La interferencia combinada se forma mezclando diferentes tipos de interferencia, por ejemplo, "coro de voz" y ruido "blanco", reverberación "similar al habla" e interferencia de inversión, etc.

La evaluación de la eficacia de las interferencias "similares al habla", y especialmente las formadas a partir de una señal de voz oculta, se lleva a cabo mediante el método de pruebas (mediciones) de articulación.

La figura 4.2 (L.113) muestra la dependencia de la inteligibilidad verbal XV de la relación integral señal/ruido μ en la banda de frecuencias 180-5600 Hz con diversos tipos de interferencia de ruido.

Fig.4.2. Dependencia de la inteligibilidad verbal de la relación integral señal-ruido en la banda de frecuencia 180-5600 Hz 1 - ruido "blanco"; 2 - ruido "rosa"; 3 - ruido con una disminución de la densidad espectral de 6 dB por octava hacia las altas frecuencias; 4 - interferencia de ruido "similar al habla".

La tabla 4.2 (L. 113) muestra los valores de las relaciones señal-ruido en bandas de octava q l en las que la inteligibilidad verbal es \U = 0,2; 0,3 y 0,4.

Tabla 4.2

Valores de las relaciones señal-ruido en los que se garantiza la eficiencia requerida de protección de la información acústica (del habla)

Especies	Inteligibilidad verbal W,%	Relación software/agua q. en bandas de octava					Relación S/N en la banda
Interferencia		250	500	1000	2000	4000	frecuencias 1800-5600 Hz
Ruido "blanco"	20	+0,8	-2,2	-10,7	-18,2	-24,7	-10,0
	30	+3,1	+0,1	-B.4	-15,9	-22,4	-7,7
	40	+5,1	+2,1	-6,4	-13,9	-20,4	-5,7
"Rosa"	20	-5,9	-5,9	-11,4	-15,9	-19,4	-8,8
ruido	30	-3,7	-3,7	-9,2	-13,7	-17,2	-6,7
	40	-1,9	-1,9	-7,4	-11,9	-15,4	-4,9
Ruido	20	-14,1	-11,1	-3.6	-15,1	-15,6	-13,0
con un declive	30	-12,0	-9,0	-11,5	-13,0	-13,5	-10,8
densidad espectral en 6 dB por octava	40	-10,0	-7,2	-9,7	-11,2	-11,7	-9,0
Ruido	20	-3,9	-7.9	-12,9	-15,9	-16,9	-9,0
"como un discurso"	30	-Y	-5,7	-10,7	-13,7	-14,7	-6,8
interferencia	40	+0,1	-3,9	-8.9	-11,9	-12,9	-5,0

El análisis de las proporciones dadas en la Tabla 4.2 muestra que:

1. Los más eficaces son el ruido "rosa" y el ruido "similar al habla". Cuando se utilizan para ocultar el contenido semántico de una conversación en curso (\U = 0,4), es necesario asegurarse de que el nivel de interferencia exceda el nivel de la señal oculta en el punto de posible ubicación del sensor de reconocimiento acústico en 4,9- 5,0 dB y ocultar el tema de la conversación ( \¥ = 0,2) - entre 8,8 y 9,0 dB;

2. La interferencia del tipo de ruido "blanco", en comparación con la interferencia del tipo de ruido "rosa" y del tipo de ruido "similar al habla", tiene propiedades de enmascaramiento ligeramente peores, perdiendo entre 0,8 y 1,2 dB de energía;

3. La interferencia de ruido con una disminución de la densidad espectral de 6 dB por octava hacia frecuencias más altas tiene propiedades de enmascaramiento más bajas. En comparación con interferencias como el ruido "rosa" y el ruido "similar al habla", pierde energía entre 4,1 y 4,2 dB y, con igual potencia, aumenta la inteligibilidad en más de una vez y media.

Los documentos reglamentarios actuales establecen los valores requeridos para el exceso de interferencia sobre la señal informativa para la interferencia de ruido al proteger la información del habla de fugas a través de canales acústicos y vibroacústicos. Los estándares se definen para bandas de frecuencia de octava dentro del espectro de señales de voz.

La gama de generadores de ruido vibroacústico (acústico) que se ofrecen en el mercado para medios de seguridad de la información incluye al menos entre 20 y 30 tipos.

Los sistemas de enmascaramiento acústico y vibroacústico utilizan interferencias tanto del ruido "blanco" como del "rosa", así como interferencias "similares al habla". En los complejos de protección, para enmascarar el habla se utiliza una interferencia de estructura similar a la del habla enmascarada. Esto puede ser una interferencia de una fuente externa o una interferencia generada por un sintetizador de ruido similar al habla (clonador de fonemas). La interferencia creada por un sintetizador de este tipo no es sólo similar al habla; el clonador de fonemas garantiza la formación de dicha interferencia que, en la mayor medida posible, corresponde a los sonidos del habla de una persona o grupo de personas específico cuyas conversaciones están protegidas. escuchas a escondidas.

La presencia de diversos tipos de interferencias de ruido permite a alguien que protege la acústica de una habitación neutralizar este método, bastante utilizado por un atacante, de extraer información de varios sensores ubicados en el espacio a la vez y luego restar la recibida. señales para compensar el componente de ruido. Por lo tanto, los sistemas modernos de protección acústica utilizan varios tipos de interferencias y canales de interferencia independientes.

Por ejemplo, el complejo Baron-2 utiliza los siguientes tipos de interferencias:

- ruido "blanco";

- interferencia “similar al habla” del clonador de fonemas;

Una mezcla de señales de tres emisoras;

Interferencia de una fuente externa;

Una mezcla de interferencias de ruido, señales de estaciones de transmisión e interferencias de una fuente externa.

El sistema de interferencia acústica y vibroacústica Shorokh-1 utiliza tres canales independientes de generación de ruido.

En el sistema de enmascaramiento acústico “Echo” se utiliza interferencia combinada “similar al habla” (reverberación e inversión). La interferencia se forma mediante la superposición repetida de retrasos de diferentes niveles de señales desplazadas en diferentes momentos, obtenidos multiplicando y dividiendo los componentes de frecuencia de la señal de voz interrumpida (L. 60).

Junto con el uso de varios tipos de interferencias en los sistemas modernos de ruido por vibración, es posible ajustar las características de amplitud y frecuencia de los canales de ruido. Gracias a esto, es posible tener en cuenta una amplia variedad de propiedades vibroacústicas de estructuras de ingeniería y edificios ruidosas, así como garantizar que los elementos de estructuras ruidosas cumplan con los requisitos para el nivel de la señal de interferencia en diferentes partes de la rango de frecuencia. Esto último se debe al hecho de que para cumplir con los requisitos del nivel de la señal de interferencia en la región de baja frecuencia, es necesario establecer un nivel de señal de interferencia más alto que el necesario para cumplir con los requisitos en la región de alta frecuencia. -región de frecuencia, y esto conduce a un aumento del ruido en la habitación debido al ruido lateral de los transductores de vibración. La solución al problema se puede lograr introduciendo ecualizadores en la ruta del ruido.

Varias herramientas de reducción de ruido de vibración brindan la capacidad de corregir los parámetros espectrales de interferencia utilizando ecualizadores integrados (estas herramientas incluyen generadores de vibración como "Cabinet", "Baron 1 y 2", "Rustle", etc.). En el complejo Baron-2, es posible ajustar de forma independiente el nivel de la señal de interferencia en cinco rangos de frecuencia (subrangos: 60-350 Hz, 350-700 Hz, 700-1400 Hz, 1400-2800 Hz, 2800-16000 Hz). El sistema “Shorokh-1” le permite ajustar la forma de la interferencia generada con un ecualizador de octava de cinco bandas, con una profundidad de ajuste de banda de 20 dB.

En varios sistemas de enmascaramiento vibroacústico, es posible ajustar el nivel de la señal de interferencia. Por ejemplo, en los sistemas "Cabinet" y ANG-2000, se realiza un ajuste suave manual del nivel de la señal de interferencia, y en el sistema "Zaslon-2M" es automático (dependiendo del nivel de la señal de voz enmascarada ).

De diversas formas, además del ruido, es posible generar interferencias "similares al habla" en forma de una mezcla de señales de estaciones de radiodifusión. Esta interferencia, que contiene una señal dominante y una mezcla "ruidosa" de señales de voz, tiene mejores propiedades de enmascaramiento. Proporciona una ganancia de energía de 2 a 4 dB y, con igual energía, conduce a una disminución relativa de la inteligibilidad del habla entre un 25 y un 40%.

Se han desarrollado sistemas de ruido vibroacústico digitales (SEL SP 51/A), en los que el rango de frecuencia de la señal de ruido es de 0,09 a 11,2 kHz.

Según la mayoría de los expertos, la forma más efectiva de proteger activamente la información del habla es el método de formar interferencias "similares al habla" correlacionadas en nivel, espectro y tiempo con la señal oculta, que consiste en una transformación especial de la señal del habla oculta debido a complejos inversión del espectro y pseudo-reverberación acústica multiplicando y dividiendo sus componentes de frecuencia y superposición múltiple de las señales acústicas reflejadas recibidas.

Aunque la formación de tales interferencias es una tarea técnicamente compleja asociada con el procesamiento y la conversión de señales protegidas en tiempo real, ya se han desarrollado sistemas de este tipo.

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