Análisis de la inmunidad al ruido de una estación de radio expuesta a interferencias organizadas. Extracto del trabajo
2. Tarea para el trabajo del curso.
3. Datos iniciales.
4. Diagrama de bloques del sistema de comunicación.
5. Temporal y diagramas espectrales en las salidas de los bloques funcionales del sistema de comunicación.
6. Diagrama de bloques del receptor.
7. Tomar una decisión basada en un cargo.
8. Probabilidad de error en la salida del receptor.
9. Gane en la relación señal-ruido cuando utilice un receptor óptimo.
10. La mayor inmunidad al ruido posible para un determinado tipo de señal.
11. Toma de decisiones por parte del receptor en base a tres muestras independientes.
12. Probabilidad de error al utilizar el método de acumulación síncrona.
13. Cálculo del ruido de cuantificación al transmitir señales mediante el método IKN.
14. Uso de señales complejas y filtro adaptado.
15. Respuesta al impulso de un filtro adaptado.
16. Circuito de filtro adaptado para recibir señales complejas. La forma de señales complejas en la salida del SF cuando se transmiten los símbolos "1" y "0".
17. Umbrales óptimos del dispositivo de decisión para métodos de toma de decisiones síncronos y asíncronos al recibir señales complejas con un filtro adaptado.
18. Ganancia de energía cuando se utiliza un filtro combinado.
19. Probabilidad de error en la salida del receptor cuando se utiliza una señal de filtro adaptada compleja.
20. Ancho de banda del sistema de comunicación desarrollado.
21. Conclusión.
Introducción.
El objetivo de este trabajo de curso es describir un sistema de comunicación para la transmisión de mensajes continuos utilizando señales discretas.
La transmisión de información ocupa un lugar destacado en la vida de la sociedad moderna. La tarea más importante a la hora de transmitir información es transmitirla sin distorsión. Lo más prometedor en esta dirección es la transmisión de mensajes analógicos mediante señales discretas. Este método da gran ventaja en la inmunidad al ruido de las líneas de información. Todo moderno redes de información se basan en este principio.
Además, el canal de comunicación discreto es fácil de operar y cualquier información puede transmitirse a través de él, es decir, tiene versatilidad. Todo esto hace que estos canales de comunicación sean los más prometedores en este momento.
1. Tarea para el trabajo del curso.
Desarrollar un diagrama de bloques generalizado de un sistema de comunicación para transmitir mensajes continuos utilizando señales discretas, desarrollar un diagrama de bloques de un receptor y un diagrama de bloques. filtro óptimo, calcular las principales características del sistema de comunicación desarrollado y sacar conclusiones generales en base a los resultados del trabajo.
2. Datos iniciales.
1) Número de opción N=1.
2) Tipo de señal en el canal de comunicación. PRESA .
3) Velocidad de transmisión de señal V=6000 Baudios.
4) amplitud señales de canal A = 3 mV.
5) Dispersión del ruido x*x=0,972 μW.
7) Método de transmisión de señal kilos .
8) El ancho de banda del receptor real es Df=12 kHz.
9) Valor de lectura Z(t0)=0,75 mV
d f=12kHz.
10) Valor de lectura Z(t1)=0,75mV
11) Amplitud máxima en la salida del ADC b max=2,3 V.
12) Factor pico P.=1,6.
13) Número de dígitos código binario n=8.
14) Ver secuencia discreta señal compleja
1 -1 1 -1 -1 -1 1 1 -1
3. Diagrama de bloques del sistema de comunicación.
Un sistema de comunicación es un conjunto de equipos de radio que asegura la transmisión de información desde una fuente a un destinatario. Consideremos el diagrama del sistema de comunicación.
Un dispositivo que convierte un mensaje en una señal se llama dispositivo transmisor, y un dispositivo que convierte una señal recibida en un mensaje se llama dispositivo receptor.
Considere el dispositivo transmisor:
El filtro de paso bajo limita el espectro. mensaje original, de modo que satisface el teorema de Kotelnikov, que es necesario para una mayor transformación.
Un convertidor analógico a digital (ADC) convierte un mensaje continuo en formulario digital. Esta transformación consta de tres operaciones: primero, el mensaje continuo se muestrea en el tiempo a intervalos; las muestras recibidas de valores instantáneos se cuantifican (Quantum); la secuencia resultante de valores cuantificados mensaje transmitido representado como una secuencia de combinaciones de códigos binarios mediante codificación.
La señal recibida de la salida del ADC se envía a la entrada del modulador de amplitud, donde la secuencia de pulsos binarios se convierte en pulsos de radio que ingresan directamente al canal de comunicación.
En el lado receptor del canal de comunicación, una secuencia de pulsos después de la demodulación en el demodulador se suministra a la entrada de un convertidor digital a analógico (DAC), cuyo propósito es restaurar un mensaje continuo basado en la secuencia recibida. de combinaciones de códigos. El DAC incluye un decodificador, diseñado para convertir combinaciones de códigos en una secuencia cuántica de muestras, y un filtro de suavizado (LPF), que restaura un mensaje continuo a partir de valores cuantificados.
4. Diagramas temporales y espectrales en las salidas de los bloques funcionales del sistema de comunicación.
1) Mensaje continuo.
2) Filtro de paso bajo.
3) Discretizador.
4) Cuantizador.
6) Modulador.
7) Canal de comunicación.
8) Demodulador.
10) Filtro de paso bajo.
11) Destinatario.
5. Diagrama de bloques del receptor.
En la recepción coherente se utiliza un detector síncrono, que elimina la influencia de la componente ortogonal del vector de interferencia. Componente x=E norte · cosj tiene una ley de distribución normal y potencia
. Por lo tanto, la probabilidad de distorsión de la parcela. r(0/1) y pausar la probabilidad de distorsión r(1/0) será igualLa señal Z(t) pasa al multiplicador, donde se multiplica por la señal procedente de la línea de retardo. A continuación, se integra la señal, después de lo cual ingresa al dispositivo de decisión, donde se toma una decisión a favor de la señal S1(t) o S2(t).
6. Tomar una decisión basada en un cargo.
Los mensajes se transmiten como una secuencia de símbolos binarios “1” y “0”, que aparecen con probabilidades previas P(1)=0,09 y P(0)=0,91, respectivamente.
Estos símbolos corresponden a las señales iniciales S1 y S2, que se conocen exactamente en el lugar de recepción. En el canal de comunicación, las señales transmitidas se ven afectadas por ruido gaussiano con dispersión D=0,972 μW. Un receptor que es óptimo según el criterio de un observador ideal toma decisiones basadas en una muestra de la mezcla de señal y ruido durante un intervalo de duración de señal. t .
Para aceptar “1” según el criterio del observador ideal, se debe cumplir la siguiente desigualdad:
de lo contrario, se acepta "0".
Para aplicar el criterio del observador ideal se deben cumplir tres condiciones:
Para que las señales sean plenamente conocidas.
1) Para que en el canal de comunicación opere interferencia con la ley de distribución gaussiana.
INMUNIDAD AL RUIDO DE LOS SISTEMAS DE TRANSMISIÓN DE MENSAJES DISCRETOS
Conceptos y términos básicos.
Los principales desafíos que enfrenta la tecnología de las comunicaciones son resolver dos problemas:
1) eficiencia de la comunicación;
2) inmunidad al ruido de la comunicación.
La eficiencia de la comunicación consiste en transmitir la mayor cantidad de información de la forma más económica.
La velocidad de transmisión de información a través de un canal de comunicación se mide por la cantidad de información transmitida por unidad de tiempo. La velocidad máxima de transferencia de información que puede proporcionar un canal de comunicación con estas características se llama rendimiento.
La inmunidad al ruido de las comunicaciones es la capacidad de un sistema de mantener sus funciones sin cambios o cambiando dentro de límites aceptables cuando se expone a interferencias.
La inmunidad al ruido se evalúa cuantitativamente mediante varios indicadores utilizando una descripción probabilística de señales e interferencias. Por ejemplo, se utilizan indicadores como la relación señal-ruido en la entrada y salida del dispositivo receptor, la probabilidad de detección correcta de la señal cuando se transmiten mensajes discretos, la probabilidad de error y cuando se transmiten mensajes continuos; Se utiliza como medida de la diferencia entre la transmisión y la mensaje recibido A menudo se utiliza la desviación estándar.
En la teoría de la inmunidad al ruido se distinguen dos tareas principales: análisis y síntesis de señales.
La tarea del análisis es calcular los indicadores de inmunidad al ruido de los sistemas existentes (desarrollados). En este caso, suponiendo que se conoce la descripción probabilística de la señal y el ruido en la entrada, se determinan las características probabilísticas del proceso de salida y, en base a ellas, se determinan los indicadores de inmunidad al ruido. Esta tarea, en esencia, se reduce a analizar el paso de un proceso aleatorio a través de las cadenas lineales y no lineales que componen el sistema.
La tarea de síntesis es determinar el diagrama estructural del sistema o, en una versión más simple, el diagrama estructural de un dispositivo receptor de radio que tendría los mejores u óptimos indicadores de inmunidad al ruido para un propósito determinado del dispositivo y con un descripción probabilística conocida de la señal y el ruido en la entrada.
El problema de síntesis también se denomina problema de recepción de radio óptima y se divide en cuatro subtareas: detección de señales, discriminación de señales, estimación de parámetros de señales y filtrado de señales o mensajes.
En la subtarea de detección, de acuerdo con un criterio de optimización dado, basado en la observación del proceso, se requiere responder a la pregunta: ¿el proceso observado contiene una señal junto con ruido o es solo ruido?
En la subtarea de discriminación, es necesario, de acuerdo con un criterio de optimización dado, responder a la pregunta de qué señal, junto con el ruido, está presente en el proceso observado, ya que este proceso, junto con el ruido, puede contener uno de dos señales mutuamente excluyentes.
En la subtarea de estimación de parámetros, es necesario estimar parámetros de señal desconocidos según un criterio determinado. Se cree que en el proceso observado, junto con el ruido, hay una señal con uno o más parámetros desconocidos (el parámetro es un valor aleatorio pero constante durante el intervalo de observación).
Estrechamente relacionado con el problema de la estimación de parámetros está el problema de la resolución de la señal, cuando se cree que, junto con el ruido, pueden existir una o dos señales en el proceso observado, cuyos parámetros desconocidos difieren ligeramente entre sí. Sin embargo, se desconoce de antemano cuántas de estas señales (una o dos). Es necesario, al aumentar la diferencia entre los parámetros de la señal, determinar la diferencia más pequeña a la que se produce una resolución confiable de las señales.
En la subtarea de filtrado óptimo, se requiere estimar un parámetro cambiante en cada momento de acuerdo con un criterio de optimización dado. Se cree que, de acuerdo con la ley de modulación aleatoria, en el proceso observado existe, junto con el ruido, una señal con un parámetro que varía en el tiempo, es decir, el parámetro es función aleatoria tiempo.
En el proceso de transmisión de mensajes en sistemas de comunicación se realizan diversas transformaciones, las principales de las cuales se muestran en un diagrama de bloques simplificado. sistema discreto conexiones (Fig. 17.1).
Arroz. 17.1. Diagrama de bloques simplificado de un sistema de comunicación discreto.
El IC de fuente de señal incluye una fuente de mensaje y un convertidor de mensaje. a(t) en la señal primaria b(t). La señal primaria se codifica (económica y/o resistente al ruido) en el codificador. A, después de lo cual la señal b ts ( t), llamado digital, ingresa al modulador M (transmisor), que produce una señal tu(t), adaptado según sus características para la transmisión a través de una línea de comunicación LAN. En la línea de comunicación, la señal se distorsiona e interactúa con interferencias. ξ (t) (en el caso más simple, aditivo), como resultado de lo cual la oscilación observada se recibe en la entrada del demodulador (receptor) DM z(t). El demodulador realiza la función inversa de la modulación, por lo que lo ideal es generar una señal en su salida. b ts ( t). Sin embargo, en realidad, debido a la interferencia, el resultado de la demodulación difiere de la señal. b ts ( t), por lo que el resultado de la decodificación no coincide con la señal primaria b(t).
Para facilitar la percepción, consideramos además un canal de comunicación idealizado sin memoria, en el que no hay distorsiones de la señal, entonces lo observado
, (17.1)
Dónde s(t) – mensaje de duración τ, ξ (t) es un obstáculo.
La tarea del demodulador es utilizar la oscilación observada para z(t) tomar tal decisión sobre la señal transmitida b ts ( t), lo que garantizaría la máxima fidelidad. La regla de toma de decisiones (algoritmo) es la ley de transformación. z(t) V . Dado que la interferencia es aleatoria, el problema de construir el (mejor) demodulador óptimo es un problema estadístico y se resuelve basándose en los métodos de la teoría de la probabilidad y la estadística matemática (teoría de la decisión estadística).
En el caso analizado, el material para tomar una decisión en el demodulador es la implementación de la oscilación. z(t) en el intervalo de duración t. Si no hubiera interferencia, entonces esta implementación coincidiría con una señal elemental (mensaje), que puede considerarse un punto en el espacio de Hilbert de señales definidas en un intervalo de tiempo determinado. Todos los mensajes posibles en un determinado sistema de comunicación están representados por diferentes puntos, y el demodulador debe desarrollar sus decisiones en función de a qué punto corresponde la implementación adoptada. z(t).
La implementación de la interferencia, al interactuar con la premisa, desplaza el punto que representa la implementación recibida, y el desplazamiento es aleatorio debido a la naturaleza aleatoria de la interferencia. Si las compensaciones son significativas, es posible que el demodulador tenga un error. Un error es un evento aleatorio, por lo que la calidad de una decisión puede caracterizarse por la probabilidad de cometer un error.
El problema de sintetizar un receptor óptimo (demodulador) se formula de la siguiente manera: encontrar algoritmo óptimo procesamiento y una regla óptima que asegure la máxima probabilidad de una decisión libre de errores (correcta).
El académico de la Academia de Ciencias de Rusia V.A. Kotelnikov llamó al máximo de esta probabilidad inmunidad potencial al ruido, y el receptor que realiza este máximo es un receptor ideal.
El algoritmo de operación del receptor consiste en dividir el espacio de Hilbert de implementaciones de oscilación de entrada en regiones de manera que se tome la decisión de acuerdo a a qué región pertenece la implementación aceptada. El número de áreas es igual al número de símbolos de código diferentes de un sistema de comunicación determinado. Se produce un error si, como resultado de una interferencia, la implementación termina en un área "extraña". El receptor óptimo divide el espacio de realizaciones de la mejor manera, por lo que la probabilidad de error promedio es mínima para todas las particiones posibles.
Cada área corresponde a la suposición (hipótesis) de que se transmitió una de las posibles señales.
Ejemplo. Supongamos que el resultado del procesamiento en un sistema de comunicación de telegrafía de amplitud binaria es el valor y, correspondiente al final del intervalo de observación. si en duda z(t) solo hay ruido que tiene una distribución gaussiana con expectativa matemática cero, entonces la densidad de distribución de la cantidad y tiene la forma:
, (17.2)
Si, además del ruido, se recibe una señal en la entrada del receptor, entonces el resultado del procesamiento tiene un valor promedio distinto de cero (para ser más específicos, positivo). a, y la densidad de distribución de la cantidad. y tiene la forma:
. (17.3)
Las hipótesis correspondientes a las expresiones (17.2) y (17.3) son simples. Si la desviación estándar σ desconocidas, las hipótesis son complejas.
Considere un sistema de comunicación que utiliza k varios símbolos. Entonces el demodulador debe distinguir k varias hipótesis. En este caso, es posible que se cometan errores: se puede tomar una decisión. DJ a favor j aésima hipótesis, mientras que la correcta es i-yo hipótesis. Esta situación se caracteriza por una probabilidad de error condicional. p ij = PAG{DJ/ Hola). Diferentes errores pueden causar diferentes daños, por lo que se introduce una característica numérica. pij llamado pérdida o riesgo.
Cada ( i-i) la hipótesis se caracteriza por cierta probabilidad p yo implementación, lo que se llama probabilidad a priori. Al resumir los posibles errores, podemos introducir una característica (criterio) promedio de la calidad de la toma de decisiones, llamada riesgo promedio: 
.
El riesgo promedio es la expectativa matemática de pérdidas asociadas con la toma de una decisión.
Si las probabilidades previas de las hipótesis se conocen con precisión y las pérdidas se asignan razonablemente, entonces el receptor que proporcione el riesgo promedio más bajo será el más rentable. El criterio de riesgo medio mínimo también se denomina criterio de Bayes.
A veces se supone que las pérdidas asociadas con diferentes errores son iguales entre sí, P ij =P; P yo yo = 0; i= 1,… A, entonces el receptor bayesiano óptimo proporciona la probabilidad promedio mínima de error (criterio del observador ideal) y se denomina receptor Kotelnikov ideal:
.
Si tomamos las probabilidades a priori de las hipótesis iguales p yo = 1/k;
i= 1,…A, entonces el criterio de Bayes se reduce al criterio de la probabilidad de error condicional total mínima :
Titulares de la patente RU 2439794:
La invención se relaciona con el campo de las comunicaciones por radio y se puede utilizar para proporcionar comunicaciones por radio si hay gran número interferencias de diversa índole. Resultado técnico- aumentar la inmunidad al ruido y la movilidad del sistema de comunicación. El dispositivo contiene M (M≥2) estaciones de radio, cada una de las cuales contiene N (N≥1) antenas de diversidad conectadas a las primeras entradas de las rutas de recepción correspondientes, N convertidores analógicos a digitales, un módem de radio con un transceptor conectado antena, un multiplexor, un demultiplexor, un cancelador de ruido adaptativo, un generador de referencia y una unidad de control. 4 enfermos.
La invención se refiere al campo de las comunicaciones por radio y puede utilizarse para proporcionar comunicaciones por radio en presencia de una gran cantidad de interferencias de diversa naturaleza.
Se conoce un sistema de comunicación por radio en el que se utilizan compensadores de interferencias adaptativos (AIC) en estaciones de radio (PC), como se indica, por ejemplo, en la descripción del modelo de utilidad nº 30044 "Compensador de interferencias adaptativo", 2002.
La desventaja de esta transmisión automática es la baja eficiencia al operar un sistema de comunicación en un entorno de interferencia complejo con más de un número de interferencia.
El más cercano en esencia técnica es un sistema de comunicación por radio, cuya estación de radio utiliza un cancelador de interferencias adaptativo multicanal, descrito en el libro "Compensación adaptativa de interferencias en canales de comunicación" / Ed. Yu.I Loseva, M., Radio and Communications, 1988, p. 22, adoptado como prototipo.
En la Fig. 1 se muestra un diagrama de bloques de un sistema prototipo que consta de N estaciones de radio.
En la Fig. 2 se muestra un diagrama de la parte receptora del prototipo de estación de radio, donde se indica:
1 - N - elementos de antena espaciados;
2 - N - caminos receptores;
3 - unidad de control;
4 - generador de referencia;
6 - Cancelador de ruido adaptativo (ACP) de canal N.
La parte receptora de la estación de radio prototipo contiene N antenas de diversidad 1 conectadas a las primeras entradas de las N correspondientes rutas de recepción 2. La salida del oscilador de referencia común 4 está conectada a las segundas entradas de las N correspondientes. canales de recepción 2, salidas de línea los cuales a través de los correspondientes N convertidores analógico-digital 5 se conectan a las correspondientes entradas de la transmisión automática de N canales 6, cuya salida es la salida de la señal útil. La salida de la unidad de control 3 está conectada a las terceras entradas de las vías de recepción 2.
El dispositivo prototipo funciona de la siguiente manera.
La señal útil y las interferencias provenientes de diferentes direcciones son recibidas simultáneamente por todas las antenas 1. De las salidas antenas receptoras se suministra una mezcla de señal e interferencia a las entradas de las rutas de recepción 2 correspondientes, donde se realiza la selección de frecuencia, la oscilación de entrada se convierte a una frecuencia intermedia y se realiza la amplificación lineal necesaria. Para la recepción coherente de señales mediante N antenas espaciadas 1, se utiliza un oscilador de referencia común 4. La unidad de control 3 genera señales que controlan la frecuencia de sintonización y otros parámetros de todas las rutas de recepción simultáneamente.
Las mezclas de señal y ruido de la salida de cada ruta de recepción se convierten en convertidores analógicos a digitales de N 5 V. lecturas digitales y se suministran a la entrada del compensador de interferencias de canal N 6. En la salida de la transmisión automática 6, se forman muestras de la señal útil, libre de interferencias, para su posterior procesamiento en la estación de radio: demodulación, decodificación, etc.
Por un lado, la necesidad de suprimir simultáneamente un gran número (más de una) de interferencias surge muy raramente. Y por tanto, las grandes dimensiones y el peso de la PC, debido a la presencia de un dispositivo receptor multicanal y un sistema de antena multielemento, son en la mayoría de los casos redundantes. Por otra parte, en el caso, por ejemplo, de las comunicaciones por radio militares, incluso una breve interrupción de la comunicación debido a interferencias provoca pérdidas extremadamente importantes. De ahí surge la necesidad de un compromiso que consiste en aumentar el número de canales de compensación para recibir la transmisión automática sólo cuando aparecen interferencias, es decir, la necesidad de cambiar dinámicamente la configuración del dispositivo receptor de PC dependiendo de la situación de interferencia. Y esto es posible con intercambio canales receptores y antenas ubicadas cerca (a una distancia de varias longitudes de onda) del mismo tipo de PC, por ejemplo, un centro de comunicaciones.
Una desventaja del sistema de comunicación conocido es la complicada implementación de un dispositivo receptor multicanal y un sistema de antena multielemento en estaciones de radio. Esta desventaja es decisiva, por ejemplo, en el caso de las comunicaciones móviles.
El objetivo de la solución técnica propuesta es aumentar la inmunidad al ruido y la movilidad del sistema de comunicación.
Para resolver el problema, se construye un sistema de comunicación por radio que consta de M (M≥2) estaciones de radio, cada una de las cuales contiene N (N≥1) antenas espaciadas conectadas a las primeras entradas de las rutas de recepción correspondientes, cuyas salidas lineales están conectadas. a través de los correspondientes N convertidores analógicos a digitales a las correspondientes N entradas del cancelador de ruido adaptativo, así como un oscilador de referencia, cuya salida está conectada a las segundas entradas de N rutas de recepción, y una unidad de control conectada al terceras entradas de las rutas de recepción, según la invención, en la parte receptora de cada estación de radio del sistema se inserta un módem de radio con una antena transceptora conectada, así como un multiplexor y un demultiplexor, y las salidas del N analógico Los convertidores -a digital están conectados a las entradas correspondientes del multiplexor, cuya salida está conectada a la entrada de información del módem de radio, cuya salida de información está conectada a las entradas de la unidad de control y el demultiplexor, el K cuyas salidas están conectadas a las correspondientes entradas K del cancelador de ruido adaptativo, mientras que las entradas de control del multiplexor, demultiplexor y radiomódem están conectadas a las correspondientes salidas de la unidad de control.
El diagrama de la parte receptora de la PC incluida en el sistema de radiocomunicación propuesto se muestra en la Fig. 3, donde se indica:
1.1-1.N - elementos de antena espaciados;
2.1-2.N - rutas de recepción;
3 - unidad de control;
4 - generador de referencia;
5.1-5.N - convertidores analógico-digital (ADC);
6 - Cancelador de ruido analógico (ACP) de canal N;
7 - multiplexor;
8 - demultiplexor;
9 - radiomódem;
10 - antena transceptora del radiomódem.
El dispositivo propuesto contiene N antenas receptoras 1 conectadas a las primeras entradas de los correspondientes N caminos receptores 2, cuyas salidas están conectadas a las entradas del correspondiente N ADC 5, cuyas salidas están conectadas a las correspondientes N entradas del transmisión automática 6, cuya salida es la salida de la señal útil. En este caso, la salida del oscilador de referencia 4 está conectada a las segundas entradas N de las rutas de recepción 2. Además, las salidas N del ADC 5 están conectadas a las entradas correspondientes del multiplexor 7, cuya salida es conectada a la entrada de información del radiomódem 9 con una antena transceptora 10 conectada a su otra entrada, la salida de información del radiomódem 9 está conectada a las entradas del demultiplexor 8 y la unidad de control 3. Además, las K salidas de el demultiplexor 8 están conectados a las entradas K de la transmisión automática 6, respectivamente. La primera salida de la unidad de control 3 está conectada a las segundas entradas de las vías de recepción 2. Las entradas de control del multiplexor 7, demultiplexor 8 y módem de radio 9 están conectadas a las salidas correspondientes de la unidad de control 3.
Cada estación de radio que tiene un número mínimo de antenas N (por lo tanto, dimensiones mínimas), por ejemplo dos, tiene una transmisión automática incorporada con (N+K) entradas, lo que permite compensar (N+K- 1) interferencia. De ellas, N entradas cuentan con antenas propias y K entradas adicionales son proporcionados por antenas de PC vecinas, cuyas señales digitalizadas se transmiten mediante módems de radio incorporados. Cuando se exponen más de una interferencia simultáneamente, el compensador de dos canales no permite aislar la señal útil.
En este caso, en el sistema de comunicación propuesto, la PC que atiende a un suscriptor con alta prioridad tiene la oportunidad de aumentar la cantidad de interferencias suprimidas sin aumentar su tamaño mediante el uso de antenas adicionales y rutas de recepción ubicadas en otras estaciones de radio del centro de comunicaciones. .
Para garantizar esta posibilidad, cada PC está equipado adicionalmente con un módem de radio con una antena transceptora que opera en un rango de frecuencia diferente. Proporciona, en primer lugar, control externo a través de un canal de radio de un abonado de mayor prioridad mediante el modo de funcionamiento (frecuencia de sintonización, etc.) de las rutas de radio individuales en el PC. En segundo lugar, a través del módem de radio se transmiten (o reciben) valores digitales de muestras de señales procedentes de la salida de rutas de radio lineales de los PC vecinos.
El sistema de comunicación propuesto funciona de la siguiente manera.
Cada PC puede operar en el sistema como maestro (con alta prioridad) o como esclavo (con baja prioridad).
En el primer caso (con alta prioridad), la PC funciona de la siguiente manera.
Organización inicial red local no requiere módems de radio incorporados equipos externos y es proporcionado por su software interno tan pronto como estén al alcance mutuo. En este caso, los radiomódems intercambian automáticamente datos tecnológicos, en particular, sobre el valor de la hora del sistema, prioridades mutuas, etc. Esto se implementa en la mayoría de los módems de radio integrados más conocidos, por ejemplo, Bluetooth, ZigBee, etc.
A continuación, la unidad de control 3 de la PC maestra, a través de su módem de radio, transmite comandos a las PC esclavas para garantizar que estas PC estén sintonizadas en la misma frecuencia, y luego inicia la transmisión de muestras digitales de las señales recibidas a través de sus dispositivos incorporados. en radiomódems.
Las señales digitalizadas de los PC esclavos, recibidas a través del canal de radiomódem, después de la demodulación, se envían al demultiplexor 8 y a la entrada de la unidad de control 3. Dependiendo del número individual del PC esclavo y del número de su antena en el red local, la unidad de control dirige las muestras de señales de esta PC a las mismas salidas del demultiplexor 8 Así, las N entradas de la transmisión automática reciben muestras de las señales de sus propias rutas de radio, y las K otras entradas reciben muestras de la K PC esclavas. Como resultado, la cantidad de interferencia suprimida aumenta a (N+K-1) sin aumentar el tamaño de la PC.
En el segundo caso (baja prioridad), la PC funciona de la siguiente manera.
Después de la organización inicial de la red local de radiomódems, la PC esclava, a través de su radiomódem, recibe comandos de control de configuración (son recibidos por la unidad de control de la PC), y luego la unidad de control 3 envía secuencialmente a través del multiplexor 7 muestras de las señales de N canales de recepción a la entrada de información del módem de radio 9. Las muestras de las señales de la ruta de radio se transmiten en forma de paquetes al PC anfitrión.
La Figura 4 muestra un diagrama de tiempo de las señales (paquetes) recibidas por la estación de radio líder a través del canal de módem de radio 9. En el momento T = 0, en la propia estación de radio líder (en el ADC 5), se toman muestras de señales del salida de sus propios caminos de recepción 2.
La duración de la trama en la que se transmiten periódicamente datos desde otras PC no debe exceder la duración del intervalo de muestreo T d =1/F d, donde F d es la frecuencia de muestreo de la señal recibida. Se sabe que es al menos dos veces más alta que la frecuencia máxima del espectro de la señal. Por lo tanto, hasta el final del intervalo Td, el PC líder contiene muestras de la señal recibida por los PC vecinos al mismo tiempo.
Gracias a la presencia en la red local reloj del sistema, las señales se muestrean en todas las rutas de radio espaciadas simultáneamente. El modo de transmisión de muestras por lotes permite entonces combinar muestras de señales tomadas en el mismo momento en PC esclavos espaciados entre sí en la entrada de la transmisión automática 6 del PC maestro.
La recepción distribuida espacialmente, que se lleva a cabo utilizando las rutas de radio de recepción de otros objetos conectados a través de una red local, se denominará recepción de red.
Por lo tanto, en condiciones de recepción de red, todas las antenas conectadas a sus rutas de radio de PC ubicadas en el centro de comunicaciones representan recurso compartido, que se puede redistribuir rápidamente utilizando una red local formada por módems de radio integrados en las PC, dependiendo del número y la prioridad de los suscriptores atendidos y de la cambiante situación de interferencia.
Tal construcción del sistema de comunicación garantiza, en el caso más extremo, cuando se expone a un complejo de interferencias, la agrupación de todos los recursos disponibles en el nodo de comunicación de la PC para proporcionar una comunicación estable al funcionario de mayor prioridad.
Además, el sistema de comunicación propuesto proporciona un aumento significativo en la confiabilidad de las comunicaciones por radio al proporcionar viabilidad técnica cualquier funcionario (si es necesario desde el punto de vista operativo o en caso de falla de su PC) puede utilizar cualquier PC funcional de los objetos vecinos cubiertos por la red local de comunicación y control.
En un caso particular, cada sistema de PC puede tener una antena y una ruta de recepción (N=1). Una PC de este tipo carece de la capacidad de suprimir las interferencias. Sin embargo, gracias a la presencia de una transmisión automática con entradas (K+1), es posible suprimir las interferencias K si hay un PC K en el área de la red local.
La combinación de recursos descrita para lograr la inmunidad al ruido de las líneas de comunicación más críticas es posible no sólo cuando se organiza un centro de comunicaciones, sino también cuando los PC están al alcance de los módems de radio incorporados. Por ejemplo, cuando las PC individuales se mudan vehículos en una columna, cuando las PC ubicadas cerca se pueden conectar a través de una red local.
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1 UDC ANÁLISIS DE LA INMUNIDAD A LAS INTERFERENCIAS DE UNA ESTACIÓN DE RADIO BAJO LA INFLUENCIA DE INTERFERENCIAS ORGANIZADAS A. Kh Abed, V. M. Zhukov Departamento de “Diseño de sistemas radioelectrónicos y de microprocesadores” FSBI HPE “TSTU”; Palabras clave y frases: métodos; inmunidad al ruido; inmunidad al ruido, interferencias de radio; inteligencia de radio, comunicaciones por radio; estación de radio; contramedidas electrónicas. Resumen: Se consideran métodos técnicos para aumentar la eficiencia de las comunicaciones por radio relacionadas con la inmunidad al ruido. Se indican y analizan los métodos para aumentar la inmunidad al ruido y la inmunidad al ruido, y se dan los factores que los forman. Los repetidores se identifican como las interferencias más peligrosas que afectan el funcionamiento de una estación de radio. La mejora constante de los medios de reconocimiento de radio (RR) y de interferencia de radio (RF), la introducción de sistemas automatizados de contramedidas electrónicas (REC) ha llevado a últimos años a un aumento significativo en las capacidades de un enemigo potencial para la supresión de radio de estaciones de radio (RS) HF-VHF de potencia media. Teniendo esto en cuenta, la tarea de garantizar comunicaciones por radio estables en condiciones de comunicación por radio electrónica se vuelve muy difícil. Su solución exitosa es imposible sin tomar medidas técnicas y organizativas especiales para proteger contra la inteligencia de radio y las interferencias de radio. Métodos técnicos El aumento de la eficiencia de las comunicaciones por radio en entornos de guerra electrónica tiene como objetivo aumentar su reconocimiento y su inmunidad al ruido. Para aumentar la inmunidad al ruido en los RS existentes, se utilizan los mismos métodos que para combatir la interferencia aleatoria de las estaciones. Los principales son: - transmisión y recepción por diversidad de frecuencias; - comunicación a través de un repetidor remoto; - utilización de compensadores de interferencias y módems de alta velocidad; - método de utilización grupal de frecuencias; - uso de señales de banda ancha.
2 En general, la supresión electrónica incluye dos etapas sucesivas: reconocimiento técnico y contramedidas. En relación con las estaciones de radio, el objetivo del reconocimiento técnico es establecer la transferencia de información entre objetos y determinar los parámetros de las señales. El objetivo de la contraataque es crear condiciones que compliquen el trabajo de la RS o conduzcan al fracaso de la tarea. Criterio de inmunidad al ruido siguiente formulario: ¿Dónde está la probabilidad de reconocimiento de los parámetros de la señal? Trabajo RS. RS se puede representar en PMZ 1 H, (1) H probabilidad de violación Con base en los resultados del análisis de las capacidades de los medios técnicos de inteligencia modernos, se puede afirmar que se puede presentar en la forma: donde en (1) casi siempre será igual a 1. Entonces (1) es posible PMZ 1, (2) H PMU P PMU probabilidad de realizar la tarea RS en condiciones de supresión (criterio de inmunidad al ruido). La fórmula (2) es correcta para el caso en que el reconocimiento técnico no tiene la tarea de revelar el significado de la información transmitida, sino solo detectar una señal portadora. El valor de PH es una medida cuantitativa de la inmunidad al ruido del RS cuando se expone a interferencias. La inmunidad depende de la combinación. gran cantidad factores: la forma de la señal útil, el tipo (forma) de interferencia, su intensidad, la estructura del receptor, los métodos utilizados para combatir la interferencia, etc. Inmunidad al ruido del RS en relación con la simulación de interferencias diferentes tipos con distintos grados de proximidad a la señal útil está determinada en gran medida por las características mutuas y de autocorrelación de las señales consideradas y su función de incertidumbre. La práctica de la interferencia electrónica muestra que la eficacia de la simulación de interferencias depende de la táctica de su uso y del grado en que la inteligencia técnica revela la estructura de la señal útil. Un factor importante Las estructuras sigilosas son la diversidad y las características del conjunto de la señal útil. El secreto de la información de una PC está determinado por la capacidad de resistir medidas destinadas a revelar el significado de la información transmitida mediante señales. Revelar el significado de la información transmitida significa identificar cada señal recibida con el comando que se está transmitiendo. La presencia de a priori y
3 la información a posteriori hace que esta tarea sea probabilística, y la medida del secreto de la información es la probabilidad de revelar el significado de la información transmitida p inf, siempre que la señal sea detectada y aislada. Por lo tanto, los siguientes factores importantes influyen en la inmunidad al ruido del RS: el tipo de señal que se medios fisicos información y suministro de eficiencia espectral y energética; estructura de señales, asegurando el secreto estructural y de la información; Métodos y algoritmos para la conversión de señales en el transmisor y receptor, asegurando la resistencia a los efectos de la interferencia organizada. tiene la forma donde RS criterio de inmunidad al ruido, teniendo en cuenta los principales factores que influyen, p mz 1 rn rstr rinf rn, (3) p str, r inf - las probabilidades de revelar la estructura y el significado de la información transmitida, respectivamente. Las condiciones iniciales bajo las cuales es necesario garantizar el nivel requerido de inmunidad al ruido del RS son las siguientes: el organizador del partido contrario de la supresión electrónica (criptoanalista) conoce las coordenadas espaciales de los transmisores y receptores de señales; se conoce el rango de frecuencia del canal de radio RS; se conoce la estructura de la información transmitida; el intercambio de información entre objetos se lleva a cabo de forma continua; la probabilidad de una contraataque organizada es prácticamente igual a uno. En estas condiciones, la elección de la señal para el canal de radio RS se determina en función de la eficiencia espectral y energética, y no de las propiedades de enmascaramiento, porque Se conoce la ubicación de los objetos. las mejores caracteristicas en este sentido, las señales moduladas en fase continua (CPM) tienen la capacidad de hacerlo. En general, una señal manipulada por fase (PMS) en el intervalo de reloj se puede escribir de la siguiente manera: (4) donde A 0 es la amplitud de la señal; diferentes tipos de frecuencias portadoras; 0 t, C A cost t 2 C h qt i T, t 0 0 i i 1 i1 0 1 T, T, h i índice de modulación en el i-ésimo intervalo de reloj; 0 fase inicial; C C C, 1 2 vector m - C ary símbolos de información que toman un valor de la serie C i 1; 3; metro 1; t q pulso de fase (PI) de longitud L intervalos de reloj.
4 La longitud L del pulso de fase es una de las características más importantes que determinan las propiedades de la señal; en L 1, la señal MNF generalmente se denomina señal con respuesta completa, y en L 2, señal con respuesta parcial. Entre la amplia variedad de señales MNF, las más famosas son las señales (para t 0, LT t t LT rectangular; q 2 q q t 1 cuesta LT 4), que se pueden utilizar en la PC: medio ciclo de una sinusoide; t t 2LT sin2 t LT 4 coseno elevado. El tipo de FI determina directamente las características espectrales de la señal MNF, en particular, la tasa de caída B del estudio fuera de banda. Además del ruido blanco, pueden existir interferencias organizadas en el canal de radio RS. Se debe considerar la interferencia más probable, teniendo en cuenta las condiciones de funcionamiento del RS: t A t Пг П 0 cos interferencia armónica; m t A a t P -PM P 0 PSP señal cos con manipulación por desplazamiento de fase binaria secuencia pseudoaleatoria(PSP-FM) interferencia; interferencia retransmitida, Pr 0 i i 1 T i1 t A cos t 2 C h qt i donde A P A0 es la amplitud de la interferencia; intensidad relativa de la interferencia; P m un símbolo de interferencia PSP-FM binario aleatorio con duración T P T M; M es la velocidad relativa de manipulación de interferencias; retardo de la interferencia retransmitida. Se presentan los resultados de un análisis de la inmunidad al ruido del demodulador de señal MNF óptimo con una profundidad de solución de N intervalos de reloj bajo la influencia de los 3 ruidos organizados especificados. Se creía que las frecuencias portadoras de señales útiles y la interferencia organizada coinciden. El análisis se realizó utilizando la distancia euclidiana entre los puntos de los extremos de los vectores correspondientes a las señales informativas. Fórmula (5) La distancia euclidiana entre puntos de señal D ab NT NT N D ab se calculó a partir de T dt, 2 at b t dt A0 2 1 cos2 C a Cb hi q t i i1
5 donde los vectores de símbolos de información son posiciones. C a y C a son necesariamente los primeros en diferir. El análisis se llevó a cabo con una relación señal/ruido de 2 E N 0 20 y una intensidad relativa de una determinada interferencia μ 0,2, se tomó como número de intervalos de reloj. óptimo N 3. La Figura 1 muestra la probabilidad de reconocimiento erróneo de una señal en forma de coseno elevado bajo la influencia de una interferencia organizada. Fig. 1. Probabilidad de reconocimiento erróneo de señales bajo la influencia de interferencias organizadas: - en una situación sin ruido; - bajo la influencia de interferencias PSP-FM; - bajo la influencia de interferencias retransmitidas. El análisis muestra que lo más peligroso para la RS es la interferencia retransmitida. Esto se debe al hecho de que función de correlación recibe la señal útil y la interferencia transmitida valores grandes en comparación con los valores de PSP-PM e interferencia armónica. Cabe señalar que varias opciones La codificación de la fuente de información no afecta fundamentalmente a la inmunidad al ruido del RS bajo la influencia de la interferencia especificada. Referencias 1. Zhukov, V.M. Determinación operativa del impacto de las interferencias en los canales de comunicación / V.M. Zhukov // Ingeniería de radio S Zhukov, V.M. Características de la recepción de señales multiposición ortogonales en canales de comunicación multitrayecto / V.M. Zhúkov, I.G. Karpov, G.N. Nurutdinov // Radiotekhnika S
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Inmunidad al ruido del canal de comunicación por radio con control remoto. objetos estacionarios
Tipo de trabajo: Resumen Materia: CIENCIAS TÉCNICASTrabajo original
Extracto del trabajo
Automatización. Informática. Control. Dispositivos UDC 621.396.96
INMUNIDAD A LAS INTERFERENCIAS DE UN CANAL DE COMUNICACIÓN POR RADIO CON OBJETOS ESTACIONARIOS REMOTOS V. V. Aksenov, V. I. Pavlov Departamento de “Diseño de sistemas radioelectrónicos y de microprocesadores”, Institución Educativa Presupuestaria del Estado Federal de Educación Profesional Superior “TSTU” - [correo electrónico protegido]
Presentado por el miembro del consejo editorial, Profesor D. Yu Muromtsev Palabras y frases clave: funciones indicadoras. canal de interferencia comunicaciones - inmunidad al ruido.
Resumen: Considerado modelos matemáticos señales e interferencias intencionales en relación con el canal de comunicación con objetos estacionarios remotos. Se propone utilizar un conjunto de funciones indicadoras de interferencia para aumentar la inmunidad al ruido de un canal de comunicación por radio. Se presenta un ejemplo del uso de la función indicadora.
Los sistemas de radiocontrol y comunicación, por regla general, son una parte integral de sistemas de control complejos (objetos, personas) y están destinados a transmitir información de medición que caracteriza el vector de estado de los objetos controlados, transmitir comandos y diversos tipos de información conectada. Al mismo tiempo, la precisión requerida en la transmisión de mensajes, así como el desempeño de otras funciones, debe lograrse en un entorno de interferencia complejo, que estará determinado en gran medida por la inmunidad al ruido del canal de comunicación.
En relación con la compleja situación criminal y la amenaza terrorista, es importante la resistencia del canal de comunicación a los efectos de una interferencia intencional. creado por terceros personas con el fin de distorsionar, suspender o terminar la transmisión de información. Atención especial requieren objetos de importancia crítica (por ejemplo, canales de productos principales) que utilicen canales de comunicación abiertos para monitorear la condición técnica.
Como regla general, para tales objetos se conoce la naturaleza y estructura de la información transmitida a través del canal de comunicación (señales de sensores, comandos de control de dispositivos individuales). Los mensajes suelen transmitirse periódicamente y en lotes. Terceros, utilizando herramientas de inteligencia electrónica, pueden acumular información sobre el modo de comunicación, rangos de frecuencia utilizados, tipos de señales, modulación, etc. durante mucho tiempo.
Esta información se puede utilizar tanto para formular un modo de contrarrestar el sistema de comunicación en su conjunto como para formular una interferencia intencional específica al canal. Por lo tanto, para aumentar la inmunidad al ruido, existe la necesidad de detectar oportunamente la presencia de interferencia intencional en la señal recibida y adaptar el canal de comunicación al efecto de la interferencia.
Como se sabe, la inmunidad al ruido de las comunicaciones por radio (RCF) se logra mediante un conjunto de medidas, métodos y medios organizativos destinados a garantizar el funcionamiento estable del CRC bajo la influencia de interferencias organizadas (deliberadas) de interferencias electrónicas (REC).
El proceso de funcionamiento del SRS en condiciones de interferencia organizada, en su esencia física, puede representarse como un conflicto electrónico, en el que, por un lado, participa el SRS y, por otro lado, el sistema de guerra electrónica, que consiste en el caso general de una estación de reconocimiento de radio (RTR) y la propia estación de interferencia. La Figura 1 muestra de manera general el diagrama estructural de un conflicto electrónico.
Se presta mucha atención al problema de proteger el canal de comunicación de interferencias intencionales. Un canal se considera seguro si proporciona el secreto de transmisión de información requerido y resistencia a interferencias intencionales. El modelo de canal de comunicación seguro (SCC) debe contener además un modelo de señal transmitida especialmente diseñada, un modelo de interferencia intencional y métodos para combatir la interferencia.
Modelo de la señal transmitida. En el caso general, las señales s (t) se transmiten en el ZCS bajo la influencia del ruido multiplicativo ^(t) y aditivo ?(t) (Fig. 1). Esta interferencia debe considerarse involuntaria. Si no hay interferencia intencional, entonces se observan implementaciones de un proceso aleatorio en la entrada del receptor.
x (t)=Kt)s (t)+^(t). (1)
La función ^(t) es un proceso aleatorio y ^(t) > 0, t e R = . - M.: Radio y Comunicaciones, 2003. - 640 p.
5. Borisov V.I. Inmunidad al ruido de los sistemas de radiocomunicaciones: fundamentos de la teoría y principios de implementación. - M.: Nauka, 2009. - 358 p.
6. Varakin, L. E. Teoría de señales complejas / L. E. Varakin. - M.: Sov. radio, 1970. - 376 p.
7. Pavlov, V. I. Detección óptima de cambios en las propiedades de secuencias aleatorias utilizando información del medidor y el indicador / V. I. Pavlov // Automatización y telemecánica. - 1998. - No. 1. - P. 54-59.
Estabilidad ante obstáculos del canal de comunicación por radio con objetos estacionarios remotos.
V.V. Aksenov, V. I Pavlov
Departamento "Diseño de sistemas radioelectrónicos y microprocesadores", TSTU-
Palabras y frases clave: canal de comunicación- funciones de indicación de obstáculos- estabilidad ante obstáculos.
Resumen: Se consideran modelos matemáticos de señales y obstáculos deliberados con referencia a un canal de comunicación con objetos estacionarios remotos. Se propone el uso de un conjunto de funciones de indicación de obstáculos para aumentar la estabilidad de los obstáculos del canal de radiocomunicación. Se presenta el ejemplo del uso de la función de indicación con algunos obstáculos deliberados.
Storungsstabilitat des Funkkanals der Kommunikation mit den entfernten Stationarobjekten
Zusammenfassung: Es sind die matematischen Modelle der Signale und der vorausgesehenen Storungen in bezug auf den Kommunikationskanal mit den entfernten Stationarobjekten betrachtet. Es ist die Benutzung der Gesamtheit der Indikatorfunktionen der Storungen fur die Erhohung der Storungsstabilitat des Funkkanals der Kommunikation vorgeschalagen. es es das Beispiel der Benutzung der Indikatorfunktion dargelegt.
Rigidite aux erreurs de la chaine de liaison de radio avec les objets stationnaires eloignes
Resumen: Sont examina les modeles mathematiques des signaux et des erreurs deliberaees conformement a la chaine de liaison de radio avec les objets stationnaires eloignes. Esta propuesta de utilización del conjunto de funciones indicadas de errores para aumentar la rigidez de los errores de la cadena de enlace de radio, está presente como ejemplo de utilización de la función indicada.
Autores: Aksenov Viktor Vladimirovich - estudiante de posgrado del departamento "Diseño de sistemas radioelectrónicos y de microprocesadores" - Pavlov Vladimir Ivanovich - Doctor en Ciencias Técnicas, profesor del departamento "Diseño de sistemas radioelectrónicos y de microprocesadores", Educación Presupuestaria del Estado Federal Institución de Educación Profesional Superior "TSTU".
Revisor: Shamkin Valery Nikolaevich - Doctor en Ciencias Técnicas, Profesor del Departamento de "Diseño de Sistemas Radioelectrónicos y de Microprocesadores", FSBEI HPE "TSTU".
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