2_7 (лекции по УППС (УПОС))
Описание файла
Файл "2_7" внутри архива находится в следующих папках: лекции по УППС (УПОС), Глава2. Документ из архива "лекции по УППС (УПОС)", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "радиоприёмные устройства" из 7 семестр, которые можно найти в файловом архиве РТУ МИРЭА. Не смотря на прямую связь этого архива с РТУ МИРЭА, его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе "лекции и семинары", в предмете "радиоприёмные устройства" в общих файлах.
Онлайн просмотр документа "2_7"
Текст из документа "2_7"
2.7 ВОСПРИИМЧИВОСТЬ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СРЕДСТВ К ПОМЕХАМ
2.7.1 Восприимчивость цифровых ИМС
Использование сигналов сложной формы, робастных алгоритмов обработки их на фоне комплекса, помех, применение принципов адаптации в технике связи базируются на использовании ИМС, МП и др. средств вычислительной техники (ВТ).
Для цифровых ИМС характерны малая энергия рабочих сигналов (на 40... 60 дБ ниже энергии помех), использование в качестве сигналов наносекундных видеоимпульсов и скачков тока или напряжения. Цифровые ИМС обычно взаимосвязаны через шины питания. Поэтому помехи, возникающие при смене логических состояний ИМС, могут вызывать сбои в работе аппаратуры. Наиболее сильное влияние на ИМС и средства ВТ оказывают перепады напряжения в сети питания. В соединительных линиях между ЭВМ радиосистем, в состав которых входят РПрУ, наблюдаются случайные потоки импульсов с амплитудой до 10 В, длительностью 60...400 нс, частотой следования 50 ... 400 Гц и числом импульсов в пакете до 300. Причины: радиопомехи, коммутация цепей питания и функциональные элементов системы неэквипотенциальность точек заземления корпусов отдельных ЭВМ. Внешние высокочастотные магнитные поля также могут вызывать нарушения работы ИМС и мини-ЭВМ. Напряженность таких полей обычно не превышает 0,1 В/м, но в отдельных случаях, например при грозовых разрядах, может достигать 1...15 А/м. Влияние таких полей проявляется в виде накопления зарядов на диэлектрических носителях информации средств ВТ.
2.7.2 Нормативные параметры помехоустойчивости средств вычислительной техники радиоприемной аппаратуры
Нормативная документация по защите цифровых устройств и средств ВТ от помех содержит требования к параметрам источников помех, восприимчивости цифровых элементов к кондуктивным и радиационным помехам, рекомендации по обеспечению их ЭМС.
В качестве показателя восприимчивости средств ВТ относительно импульсных помех в цепях питания используют величину (т) = FСБ /FСЛ, где FСБ — средняя частота сбоев аппаратуры, вызванных помехами, следующих с частотой FСЛ. Однако векторный характер зависимости (т) от совокупности т параметров помех затрудняет практическое пользование этим показателем.
Нормативные параметры помех, значения которых должны быть ограничены в процессе эксплуатации средств ВТ:
-
максимальная амплитуда импульсов сетевых помех 100...1000 В при длительности импульсов 100...500 нс;
-
допустимая длительность провалов напряжения питания 5...10 мс для ЭВМ со стабилизированными ВИП и 50...200 мс при бестрансформаторных источниках питания;
-
пороговая амплитуда перенапряжения питания, составляющая 25...35% номинального значения при длительности выбросов 100 ...500нс;
-
максимальная амплитуда импульсов напряженности внешних электромагнитных полей источника, удаленного на 1 м, при апертуре приемной антенны 1 м2 1 ... 6 кВ, длительность импульсов 100 ...500нс.
Среди цифровых ИМС наибольший уровень помех создают схемы ТТЛ. Образование импульсного тока при переключении схем вызывает импульсное падение напряжения в шинах питания. Высокий уровень помех в шинах питания наблюдается при одновременном срабатывании многих цифровых элементов, например при установке многоразрядных регистров декодеров, одновременном включении формирователей адресных токов в ЗУ и др. Такие помехи могут вызывать ложное срабатывание ИМС, искажения сигналов.
2.7.3 Защита вычислительных устройств радиоприемников от помех
Свойства низкой восприимчивости цифровых устройств РПрУ к внешним помехам и малые уровни собственных помех должны закладываться на этапе проектирования, реализовываться в процессе технологической разработки и поддерживаться при техническом обслуживании. Меры защиты: высококачественное выполнение внешних соединений, экранирование, сетевая фильтрация, резервирование источников питания.
К внешним соединениям относятся интерфейсные информационные магистрали, линии первичного сетевого питания, соединения между корпусами устройств и шинами ВИП, цепи заземления (металлизации). Качество внешних соединений существенно влияет на восприимчивость к ЭМП и на уровень кондуктивных помех. Металлизируемые соединения должны иметь минимальные активное и реактивное сопротивления, а их длина не должна превышать 15 м. В [1, § 2.9] дана характеристика видов систем заземления радиоаппаратуры – сигнального, экранирующего, защитного. Для мини-ЭВМ эти системы редко удается сделать автономными, их обычно совмещают. Однако это ухудшает ЭМС радиоаппаратуры, так как протекание возвратных токов создает падение напряжения на активных и индуктивных элементах цепей сигнального заземления, что нарушает эквипотенциальность точек заземления – основного предназначения сигнального заземления.
Для микропроцессорных устройств получили распространение унифи-цированные интерфейсы типа общей шины; при этом блоки аппаратуры соединяются многоканальными двунаправленными магистралями и избежать совмещения цепей сигнального и возвратного заземления невозможно. Как правило, ЭВМ имеют несколько объектов заземления – корпус, логические устройства, первичные и вторичные источники питания, и они должны соединяться между собой только в одной точке – опорном узле. Таких узлов может быть несколько, и сопротивление цепи от опорного узла до физической земли не должно превышать 30 Ом.
Для защиты ИМС и мини-ЭВМ от внешних электромагнитных полей и сетевых помех служат электромагнитные экраны и сетевые помехоподавляющие фильтры (ППФ). Отличие ППФ ЭВМ, аналогичных по назначению фильтрам в цепях питания РПрУ, обусловлено большим потребляемым током.
2.8 АДАПТАЦИЯ РАДИОПРИЕМНЫХ УСТРОЙСТВ И РАДИОЛИНИЙ
К ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ОБСТАНОВКЕ
2.8.1 Априорная неопределенность электромагнитной обстановки в радиолиниях
Совокупность излучений источников рабочих сигналов и помех в заданной области пространства образует электромагнитную обстановку (ЭМО). В реальных условиях электромагнитную обстановку – случайный многомерный процесс, развивающийся во времени и пространстве топографических координат. Различия параметров самих источников излучения и изменчивость условий распространения радиоволн приводят к тому, что помеховая обстановка в точке приема описывается нестационарными и существенно неоднородными в пространстве случайными процессами.
Методы оценивания и прогнозирования электромагнитной обстановки основываются на статистическом моделировании источников излучений, среды распространения и рецепторов. При этом в радиолиниях связи и вещания обычно используются модели с дифференциальным вкладом излучений источников, допускающие в отличие от интегральных моделей конструктивные упрощения. Особенно трудно моделировать электромагнитную обстановку на локальных объектах, так как она формируется внешними источниками, находящимися в дальней зоне излучения, и местными источниками в ближней зоне излучения причем сами помехи могут быть радиационными и кондуктивными, узкополосными и широкополосными.
Для электромагнитной обстановки (ЭМО) в точке приема характерна неполнота статистических сведений о помехах и сигналах. Эта неопределенность может быть параметрической, когда известен закон распределения, но информация о числовых значениях его параметров отсутствует, и непараметрической, когда неизвестен сам закон распределения.
Статистические задачи выделения сигналов на фоне электромагнитных помех (ЭМП) с априорной неопределенностью имеют практический интерес. Это диктуется необходимостью разработки алгоритмов построения РПрУ, работоспособных при неизвестных и изменяющихся во времени условиях приёма сигналов. Для решения подобных задач классические байесовские алгоритмы, использующие критерий минимума среднего риска, оказываются малопригодными, так как требуют априорного знания статистических свойств сигналов и помех, особенностей их взаимодействия в функциональных элементах РПрУ, а также потерь при ошибочных решениях.
В основе параметрических задач преодоления априорной неопределенности лежит ограничение класса допустимых распределений (функций правдоподобия) наблюдаемых суммарных выборок сигналов и помех. В задачах с непараметрической неопределенностью класс возможных распределений векторов сигналов и помех невозможно описать конечным числом параметров, что приводит к отличиям в методах решения таких задач.
2.8.2 Инвариантный прием сигналов
Инвариантность – свойство устойчивости аппаратуры системы к внешним воздействиям – в большинстве случаев к электромагнитным помехам. Характеристиками инвариантности к помехам, могут быть помехоустойчивость, скорость передачи, восприимчивость. Инвариантность часто характеризуется вероятностью ошибки p0 при помехах (t) данного вида
p0 = invar .
Потребность в инвариантных системах радиосвязи обусловлена необходимостью обеспечения заданного качества приема сообщений в каналах с переменными параметрами. При этом перед разработчиком возникает ряд вопросов: Можно ли построить инвариантную систему для помех любого вида? Какой ценой достигается инвариантность в каждом конкретном случае? Каковы возможности систем связи с сигналами различных классов и различными алгоритмами их обработки с точки зрения инвариантности? Сложность инвариантных методов обработки сигналов зависит от вида помех, свойств среды распространения, требований к достоверности принимаемых сообщений.
Рассмотрим прием сигналов при наличии в канале сосредоточенных помех (t) и гауссовых шумов. Инвариантность к сосредоточенным помехам может быть достигнута использованием широкополосных составных сигналов с базой БС » 1, и платой здесь служит расширение занимаемой полосы частот.
Вероятность ошибки определяется превышением сигнала над шумом
hС2 = БСPС/PШ.
Инвариантом к помехам (t) выступает функция p0(hС2, ).
При увеличении базы БС значения p0(hС2, ) приближаются к p0(hС2, 0) и можно говорить об инвариантности
p0(hС2) = invar .
Для оценки базы БС, необходимой для достижения требуемой степени инвариантности, следует установить зависимость помехоустойчивости от БС при наличии помех (t) по сравнению с их отсутствием. Проигрыш можно оценить коэффициентом
С = QC0 /(QC0 – Q C),
где QC0 – энергия сигнала, необходимая в отсутствие помех для обеспечения требуемого значения p0; Q C – уменьшение энергии сигнала на входе РПрУ, вызываемое противофазной сосредоточенной помехой. Можно показать, что
С 1/[1 – 0,75/(PП /PC )1/2 ln(БС + 1)/БС1/2].
Базу сигнала БС нельзя увеличивать беспредельно, так как это сопровождается усилением селективных замираний и ростом взаимных помех между радиолиниями.
Рассмотрим возможность построения РПрУ, инвариантного к неаддитивным помехам, например, в виде нестабильности задающего генератора, доплеровского сдвига частоты в космических каналах, вызывающих случайные отклонения частоты принимаемых колебаний от значения средней частоты С = 2fC. Сигнал на входе демодулятора
x(t) = UCm sin[(С + )t + ].
Если несущая частота точно неизвестна, следует применить автокорреляционный прием.
Применительно к двоичным сигналам фазоразностной модуляции первого порядка (ФРМ-1) алгоритм приема имеет вид
U [x(t)] = xn(t) xn-1(t) dt, (2.9)
где U [] = ± 1 — переданный информационный элемент; xn(t) и xn-1(t) — последовательные во времени посылки сигнала длительностью TC:
xn(t) = UCm sin[(С + )t + n], nTC t (n +1)TC;