Диссертация (1090940), страница 10
Текст из файла (страница 10)
Основу каждого канала составляют чувствительные пороговые устройства, выполненные на базе ключевых туннельныхдиодов, предназначенных для работы в диапазоне СВЧ [107, 108].Приём в сигнальном и шумовом каналах осуществляется во временныхинтервалах (временных окнах). Приём сигнала в окне, длительность которогоне намного превышает длительность сигнала, позволяет обеспечить высокуюпомехозащиту приемника [109]. Временная диаграмма работы сигнального ишумового каналов показана на рисунке 51.91Сигнал, принятый антенной, после усиления подается через делительмощности на пороговые устройства сигнального и шумового каналов.
С выхода пороговых устройств через соответствующие буферные элементы сигналы поступают на обработку в ЦСП. Сигнальный процессор анализируетпринимаемый сигнал и принимаемые шумы. Анализ внешнего шума заключается в критерийной обработке сигнала, получаемого в шумовом канале.Критерийная обработка широко известна в импульсной радиолокации.
В зависимости от результатов обработки осуществляется регулировка чувствительности приёмника путем подстройки порогов [110-113]. Регулировка динамического диапазона приемника производится с помощью аттенюатора.По результатам анализа осуществляется также управление работой схемысинхронизации, которая была реализована и имплементирована в макет вдвух вариантах – на аналоговых микросхемах [114, 115] и полностью в цифровом виде на ПЛИС. Расчёт системы синхронизации осуществлялся согласно разработанной методике [116].AВыход Делителя МощностиСигнальный ПорогШумовой ПорогtAСигнальные/Шумовые ОкнаШумовые ОкнаСигнальные ОкнаtAВыход Порога Сигнального Канала (принятая информация)ЕдиницаНольtAВыход Порога Шумового Канала10100001tна критерийную обработкуна критерийную обработкуРисунок 51 – Временные диаграммы работы сигнального и шумового каналов5.2.2.2 Режимы работы92Калибровка.
Перед началом работы осуществляется калибровка приемника по внешним шумам. Основные задачи калибровки – установка опорныхнапряжений подаваемых на пороговые устройства сигнального и шумовогоканалов. При калибровке уровень порога в сигнальном канале устанавливается выше, чем опорное напряжение в шумовом канале на величину необходимую для достижения требуемой вероятности ошибки на бит. Калибровкаосуществляется после включения питания приемника и после потери сигналав рабочем режиме.Поиск сигнала. После завершения калибровки приёмник переходит врежим поиска сигнала. Поиск сигнала это режим, обеспечивающий вхождение в синхронизм приемника и передатчика системы связи. Передатчик излучает специальный сигнал, который служит для установления соединениямежду ним и приемником.
В этом режиме производится поиск сигнальнымокном приёмника сигнала передатчика. Принятый сигнал устанавливается поцентру окна. Процедура поиска сигнала осуществляется системой синхронизации и так же, как и калибровка производится после включении питанияприемника и после потери сигнала в рабочем режиме.Рабочий режим. В рабочем режиме постоянно осуществляется оценкауровня шумов в шумовых окнах.
При изменении измеренного уровня шума,изменяются значения порогов в шумовом и, соответственно, сигнальном канале, а также происходит регулировка уровня сигнала входным аттенюатором.Наряду с этим в рабочем режиме производится постоянное слежение заположением принимаемого сигнала в сигнальном окне. При отклонении положения сигнала от центра окна на заданный минимальный временной интервал, система синхронизации формирует команду на смещение сигнального окна на необходимый временной интервал.93В случае потери сигнала (отсутствие импульсов в сигнальном окне), система связи выходит из рабочего режима и переходит в режим калибровки ипоиска сигнала.Для каждого из режимов работы используются свои кодовые последовательности по аналогии с принципом, применяемым в системе CDMA [117,118]5.2.2.3 Моделирование работыГлавной целью моделирования являлась проверка функционированияСШП приёмника при воздействии на него различных видов помех.
Модельбыла разработана в программе MatLab 6, частично основывается на статистическом представлении СШП каналов [119, 120] и состоит из двух частей:модели СШП приёмника и модели адекватных источников помех.Модель СШП приёмника (Рисунок 52) соответствует структуре приведенной на рисунке 40. Работу приёмника можно оценить в любом из режимов отдельно. Выбор режима работы осуществляется при помощи переключателя “Выбор Режима” (Рисунок 47). Предусмотрена также автоматическаясмена режимов работы для контроля работы приемника в целом. Модельпозволяет:- регулировать амплитудные и временные параметры всех сигналов ипомех;- подключать как один, так и несколько источников помех ко входу приемника.Блок подсчета и индикации ошибок позволяет фиксировать ошибки передачи сигнала при включении различных вариантов помех в канале связи.В таблице 14 приведен перечень блоков модели и их назначение.Таблица 14 – Назначение блоков моделиБлок моделиНазначение94СигналСигнал, излучаемый антенной СПШ передатчикаФормировательча- Имитация рассогласование тактовых частот разне-стотной нестабильно- сенных передатчика и приемникастиФормировательголучевогомно- Имитация многолучевого распространения сигналараспро- отраженного от местных предметов расположенных встранениязоне распространенияБелый шумВнутренние шумы приемника и внешние помехиИмпульсная помехаПомеха соизмеримая по длительности с сигналом.Время появления помехи определяется псевдослучайным законом.
Блок предназначен для оценки влияния на работу системы СШП связи других подобныхсистем работающих в локальной близости от даннойсистемыУзкополосная помеха Узкополосная помеха, в данном случае имитируетработу сотового телефона в диапазоне 900 МГц. Блокпредназначен для оценки воздействия работы узкополосной радио системы на СШП радио системуС помощью модели проводятся испытания при различных режимах работы СШП приемника и различных сочетаниях помех. На рисунке 43, в качестве примера, приведена временная диаграмма работы СШП системы связив режиме поиска сигнала, полученная в результате моделирования. На диаграмме изображен переход приемника из режима поиска сигнала в рабочийрежим.
Видны сигналы помех в четырех шумовых окнах открывающихся перед сигнальным окном.95Сигнальный ПорогСигнальноеОкноИсточник сигнала и помехШумовойПорогУзкополосныеШумыМодель СШП ПриемникаБелый ШумSИмпульсныеШумыФормировательМноголучевогоРаспространенияСигнал(Передатчик)ФормировательЧастотнойНестабильностиПриемникВыборРежимаПодсчет и ИндикацияОшибокСчетчикОшибокЧетыреШумовыхОкнаИндикаторОшибокРисунок 52 – Структура моделиРисунок 453 – Моделирование режима поиска сигналаРазработанная система связи позволяет обеспечить передачу большихпотоков информации.
Благодаря низкому энергопотреблению [121], малойсредней мощности рассредоточенной в широкой полосе частот, система является скрытной и биологически безопасной для персонала. Адаптивная подстройка режима работы под внешние условия распространения, вызванныепереотражениями передаваемого сигнала, позволяет обеспечить ее применение во многих областях, связанных с передачей больших потоков информации. Такими областями могут быть телеметрия, локальные компьютерныесети внутри зданий, где прокладка кабелей сопряжена с трудностями, кабельные сети для передачи видео и телевизионной информации в реальномвремени, а также для организации связи типа “последняя миля” и т.д.Основные результаты по реализации данной системы СШП радиосвязиперечислены в [110-113].5.2.3 Условия и схема эксперимента96Испытания проводились в зимний период с 2003 на 2004 г., в помещениях факультета РадиоВТУЗ, Московского Авиационного Института (коридор длинной 49 м и шириной 2 м) и нового корпуса Московского Государственного Технического Университета им.
Н.Э. Баумана (коридор длинной288 м и шириной 15 м).Схема эксперимента представлена на рисунке 44. Макеты СШП радиосистем размещались на минимальном расстоянии, друг напротив друга, налинии прямой видимости. Максимумы диаграмм направленности приёмной ипередающей антенн при этом совпадали. На рисунке 45 показан внешний видпомещения со стороны макета 2 осуществляющего приём СШП сигнала.В отсутствии специального прибора для измерения вероятности ошибки на бит тестовый выход приёмника (Рисунок 47) соединялся с частотомером, работающим в счётном режиме.Рисунок 54 – Схема экспериментаДля питания одного макета использовался стационарный сетевой источник питания Agilent E 3631А, для питания второго модуля – переноснойаккумулятор не связанный гальванически с сетью 220 В.
Это было сделано, сцелью исключить возможную передачу короткого СШП импульса из передатчика в приёмник по проводам сети 220 В.97Рисунок 55 – Внешний вид помещения нового учебного корпуса МГТУ им.Н.Э. Баумана (ширина 15 м, длина 288 м)Осциллограф С7-19 предназначался для контроля длительности окна,положения принимаемого сигнала в окне, а также правильности работы системы и подключался к тестовому выходу или другим контрольным точкампо необходимости.Прибор АРР-7 устанавливался на расстоянии 3 м от передающей антенны и фиксировал излучение СШП радиосистемы.5.2.4 Проверка максимальной дальности связиЭксперимент проводился с тестовым модулем, при этом передатчикформировал последовательность из чередующихся единиц и нулей с частотами повторения fmax = 10 МГц, 5 МГц, 2.5 МГц, что соответствует цифровым98последовательностям бит 11111111 (n = 0), 101010101 (n = 1) и 100010001 (n= 3).
Частотомер Ч3-34 работал в счётном режиме и фиксировал число ошибочных бит в принимаемом сигнале.При выключенном передатчике, пороговое напряжение в приёмникеустанавливалось так, что бы по нулевым битам ошибки отсутствовали (показание частотомера 0 Гц). Передатчик включался с частотой 5 МГц и проверялась частота приёма единичных бит f1 (показание частотомера должно быть 5МГц).
Затем, с шагом 0,1-1,0 м, увеличивалось расстояние и фиксировалисьошибки, возникающие по единичным битам. На каждом расстоянии происходило переключение тестового модуля в режим формирования сигнала с частотой 10 МГц и 2.5 МГц для контроля правильности передачи.Полная вероятность ошибки на бит вычислялась только для частоты передатчика 5 МГц по следующей формуле:BER f max f1 f 0f max(84)где fmax – частота принимаемой последовательности импульсов;f1 – частота приёма импульсов несущих единичных бит информации;f0 – частота приёма импульсов несущих нулевой бит информации.Дальность устойчивой работы фиксировалась до тех пор, пока вероятность ошибки на бит вычисленная по формуле (84) имела уровень менее 10-6.Результаты эксперимента приведены в таблице 15.Таблица 15 – Дальность СШП системы радиосвязи с различными антеннамиАнтеннаДальность связи при ра- Дальность связи при пеботе с тестовым модулем, редаче цифрового видеомпотока, мДиполь Герца8,78,5-8,9Рупорная антенна 1Рупорная антенна 26718749*-* проверить предельную дальность не было возможности из-за отсутствия помещения достаточной длины.995.2.5 Проверка приёма-передачи цифрового видео потокаВ данном эксперименте на вход передатчика был подключён цифровойкодер, захватывающий сигнал с видеокамеры через видео вход (Рисунок 47),а к цифровому выходу приёмника был подключён декодер, соединённый, через видео выход, с телевизором (Рисунок 56).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
