Исследование применения цифровых обеляющих фильтров для подавления помех в системах мобильной радиосвязи

• Автор: Микушин, Александр Владимирович
• Шифр специальности: 05.12.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 148 с.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
I. СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ МЕТОДОВ ПОВЫШЕНИЯ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТИ СИСТЕМ МОБИЛЬНОЙ РАДИОСВЯЗИ

1.1. Состояние вопроса

1.2. Методы подавления узкополосных помех

Основные результаты первого раздела

I. РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА РАБОТЫ БЛОКОВ ЗАЩИТЫ ОТ ПОМЕХ В СИСТЕМАХ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ

2.1. Общие замечания

2.2. Источники и характеристики помех в системах подвижной

радиосвязи
2.3. Математическое описание сигналов и помех
2.4. Синтез алгоритма работы блока защиты от помех
Основные результаты второго раздела
?. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ БЛОКА ЗАЩИТЫ ОТ ПОМЕХ НА ОСНОВЕ ЦИФРОВОГО ОБЕЛИВАЮЩЕГО ФИЛЬТРА.
3.1. Общие замечания
3.2. Анализ помехоустойчивости алгоритма приема сигналов с
цифровым обеливающим фильтром
3.3. Моделирование на ЭВМ цифрового обеливающего фильтра
3.4. Моделирование цифровых алгоритмов спектрального
оценивания узкополосных помех
3.5. Результаты моделирования различных способов цифрового
подавления узкополосных помех
Основные результаты третьего раздела
1. РАЗРАБОТКА И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ОПЫТНОГО ОБРАЗЦА ПОДАВИТЕЛЯ ПОМЕХ НА ОСНОВЕ ЦИФРОВОГО ОБЕЛИВАЮЩЕГО ФИЛЬТРА.
4.1. Общие замечания
4.2. Выбор параметров аналого-цифрового преобразования
4.3. Описание структурной схемы цифрового блока защиты от помех
4.4. Стендовые испытания опытного образца цифрового блока защиты от помех
Основные результаты четвертого раздела
11КЛЮЧЕНПЕ
1ИТЕРАГУ РА
ПРИЛОЖЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Краткий анализ современного состояния проблемы. Защита систем связи различного назначения от радиопомех представляет собой одну из важнейших задач, возникающих как при разработке, так и при практическом использовании радиотехнических устройств. Данная проблема обусловлена, прежде всего, увеличением количества радиоэлектронных средств, одновременно работающих в эфире и разнообразием выполняемых ими задач. Вследствие этого резко возрос уровень взаимных помех систем радиосвязи. Помехи создаются также радиотехническими средствами других служб (радионавигация, радиолокация), промышленными установками, линиями электропередачи, электробытовыми приборами и т.д., это так называемые станционные и индустриальные помехи. Чтобы обеспечить нормальное функционирование аппаратуры радиосвязи в подобных условиях, в последние годы потребовалось большее внимание уделить проблеме электромагнитной совместимости. Задача защиты средств радиосвязи от радиопомех связана также с быстрым и эффективным развитием систем радио-противодействия, используемых в системах связи специального назначения. Это так называемые преднамеренные помехи. Применительно к системам радиосвязи многообразие помех в общем случае можно представить в виде следующих основных компонент: широкополосная флуктуационная помеха (ФП), совокупность узкополосных (станционных) помех (УП), широкополосная импульсная помеха (ИП) и совокупность внутрисистемных, так называемых, структурно-подобных помех (СП).
Широкополосная флуктуационная помеха учитывает наличие собственных шумов приемника, атмосферных помех, шумов космического происхождения и др. Этот вид помех всегда присутствует в канале радиосвязи. Однако для него проблемы повышения помехоустойчивости приема решены в рамках классической теории оптимального приема.
Узкополосные (сосредоточенные по спектру) помехи (УП) представляют собой радиоизлучения (в том числе продукты нелинейности) систем, работающих в различных радиосетях, системах радионавигации, точного времени и других систем, создающих взаимные помехи. Интенсивность этих помех подчас оказывается чрезвычайно высокой вследствие перегруженности радиочастотного спектра. Основная мощность УП сосредоточена в отдельных, относительно небольших участках диапазона частот, как правило, существенно меньших полосы пропускания приемника. Такие помехи создаются сигналами посторонних радиостанций (вещательных, телевизионных, связных и т.п.). Воздействию УП особенно подвержены каналы связи в диапазонах длинных, средних и коротких волн, что является следствием условий особенностей распространения радиоволн в этих диапазонах. В настоящее время проблема защиты от этих помех становится актуальной и в более высокочастотных областях радиосвязи за счет широкого внедрения средств радиосвязи с подвижными объектами. Поэтому эффективность работы современных систем радиосвязи в значительной степени

определяется не только замираниями и помехами типа флуктуационного шума, но и степенью защиты систем радиосвязи от воздействия УП.
Следующим основным фактором, оказывающим существенное влияние на помехоустойчивость приема информации в системах радиосвязи, являются импульсные помехи, вызванные грозовыми разрядами, системами зажигания автомобилей и другими источниками атмосферного и промышленного происхождения. Причем на частотах до 30 МГц преобладающими являются ИП атмосферного характера, а на частотах более 30 ... 40 МГц основные источники ИП имеют промышленный характер. Следует отметить, что в отличие от узкополосных помех, импульсные помехи относятся к классу широкополосных помех, так как их энергия сосредоточена в интервале времени, существенно меньшем длительности полезного сигнала. Причем в зависимости от происхождения импульсная помеха может быть представлена регулярной или случайной последовательностью мешающих импульсов.
Практическая реализация схем приема, оптимальных относительно ИП с неравномерной интенсивностью во времени, возможна только при известной форме помех. В такой постановке задача оптимального приема сигналов решалась многими авторами. В частности, в работах Финка Л.М., Теплова Н.Л. и других авторов показаны принципиальные возможности оптимального подавления импульсных помех, которые представляются моделью в виде бесконечного ряда Фурье.
Основной вывод, полученный в этих работах, заключается в том, что случайная природа происхождения импульсных помех исключает возможность получения предварительной информации об их форме. Отсюда следует, что требуемые сведения о форме ИП могут быть получены только путем измерения параметров ИП непосредственно в процессе приема сигналов. Другими словами, оптимальные алгоритмы приема сигналов в каналах радиосвязи с импульсными помехами принципиально должны быть адаптивными. Общей теории адаптивного подавления ИП не существует. Нет и исчерпывающих экспериментальных данных по сравнительной эффективности различных квазиоптималь-ных методов подавления импульсных помех. Для построения практических схем подавления ИП, как правило, используются сведения лишь об основных параметрах ИП: эквивалентная длительность помехи и ее положение на оси времени. Второй вывод, вытекающий из анализа известных исследований по подавлению ИП, заключается в том, что методы оптимального построения приемника в условиях воздействия импульсных помех в значительной мере противоречат оптимальному построению приемника при воздействии узкополосных помех. Сами авторы этих работ отмечают, что оптимального алгоритма построения приемника сигналов в условиях одновременного присутствия в канале связи разнородных помех (УП и ИП) в настоящее время не существует. До настоящего времени на практике используются компромиссные способы построения блока защиты приемника от одновременного воздействия этих помех, позволяющие ослабить влияние как импульсных, так и узкополосных помех.

Помехи от систем зажигания автомобилей. В диапазоне частот 30 ... 1000 МГц, широко используемом в системах подвижной радиосвязи, существенное влияние на качество приема оказывают импульсные помехи (ИП), создаваемые системами зажигания автомобилей. Исследованию характеристик и способов подавления этих помех посвящено большое число работ [23], [24]. Данных о статистических характеристиках этих помех в литературе приводится очень много и, в большинстве случаев, они носят противоречивый характер. Однако общие закономерности в этих данных есть. В первую очередь следует отметить, что спектральная плотность мощности импульсной помехи от системы зажигания автомобилей занимает частотную область от 10 кГц до 1 ГГц (см. рисунок 2.5). Она имеет два максимума в области частот десятков и сотен мегагерц и существенным образом зависит от механических параметров системы зажигания.
Во временной области помехи от систем зажигания имеют импульсный характер и представляют собой последовательность пачек коротких импульсов (рисунок 2.6). Длительность одного импульса в пачке колеблется в диапазоне от десятых долей до единиц наносекунд. Частота следования импульсов в пачке зависит от геометрических размеров элементов системы зажигания и типа помехоподавляющего резистора и находится в диапазоне частот 100 ... 300 МГц. Периодический характер такой импульсной помехи можно рассматривать в двух ситуациях. В первой ситуации ИП создаются группой движущихся автомобилей, тогда она имеет характер хаотической импульсной помехи. Во второй ситуации ИП создает система зажигания одного автомобиля, в этом случае импульсную помеху можно рассматривать как квазипериодический процесс возникновения пачек импульсов с почти постоянным периодом следования. Из этих рассуждений следует, что при заданной общей модели импульсных помех от системы зажигания автомобилей в городских условиях ИП следует рассматривать как помеху со случайным временем появления.
Поскольку описывать точную структуру такой ИП достаточно сложно, в ряде работ предлагается пачку импульсов рассматривать как радиоимпульс со случайной частотой заполнения, соответствующей частоте следования импульсов в пачке.
Помехи от высоковольтных линий электропередач. Влияние импульсных помех, возникающих от линий электропередач, проявляется на частотах до 100 МГц в виде мощного случайного импульсного шума, вызванного коронным разрядом. Их интенсивность увеличивается во время дождя и перед грозой и зависит от расстояния до антенны приемного устройства. Данные об импульсных помехах от ЛЭП охватывают частотный диапазон от 50 Гц до 200 МГц. Максимум интенсивности приходится на частоты 50 Гц ... 60 Гц (частоты промышленной сети). В дальнейшем с ростом частоты интенсивность этих помех монотонно падает до уровня тепловых шумов. Причем уже на частотах выше 30 МГц интенсивность импульсных помех от линий электропередач находится на уровне тепловых шумов. Длительность импульсных помех, излучаемых ЛЭП,