НАПРАВЛЕНИЯ  ПОВЫШЕНИЯ  ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТИ  КАНАЛОВ  ПЕРЕДАЧИ  ДАННЫХ  ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ  СЕТЕЙ

Власов  Валерий  Иванович

канд.  техн.  наук,  доцент,  доцент  кафедры  «Автоматизированных  систем  управления»  Московского  государственного  университета  приборостроения  и  информатики  филиал,  РФ,  г.  Ставрополь

Воротникова  Татьяна  Сергеевна

канд.  техн.  наук,  доцент,  доцент  кафедры  «Автоматизированных  систем  управления»  Московского  государственного  университета  приборостроения  и  информатики  филиал,  РФ,  г.  Ставрополь

Авакян  Тамара  Ашотовна

доцент  кафедры  «Автоматизированных  систем  управления»  Московского  государственного  университета  приборостроения  и  информатики  филиал,  РФ,  г.  Ставрополь

Есюнина  Наталья  Николаевна

учитель  физики  высшей  категории,  руководитель  ГМО  учителей  физики  г.  Пятигорска,  Почетный  работник  общего  образования  РФ,  г.  Пятигорск

DIRECTIONS  INCREASED  NOISE  IMMUNITY  OF  DATA  TRANSMISSION  CHANNELS  NETWORKS

Valery  Vlasov

Ph.D.,  Associate  Professor  of  the  Department  "Automated  Control  Systems",  Moscow  State  University  of  Instrument  Engineering  and  Informatics  branch,  Russia,  Stavropol

Vorotnikova  Tatiana

Ph.D.,  Associate  Professor  of  the  Department  "Automated  Control  Systems",  Moscow  State  University  of  Instrument  Engineering  and  Informatics  branch,  Russia,  Stavropol

Avakian  Tamara

associate  Professor  of  "Automated  Control  Systems",  Moscow  State  University  of  Instrument  Engineering  and  Informatics  branch,  Russia,  Stavropol

Esyunin а  Natalia

physics  teacher  of  the  highest  category,  head  of  GMO  physics  teachers  in  Pyatigorsk,  Honorary  Worker  of  General  Education,  Russia,  Pyatigorsk

АННОТАЦИЯ

Выбор  путей  повышения  помехоустойчивости  КПД,  при  воздействии  на  КПД  структурных,  аддитивных  и  мультипликативных  помех.

Для  сигналов  с  ДЧМ  возможно  использование  коэффициента  взаимной  корреляции  сигналов  и  помех  для  определения  взаимоортогональных  несущих  частот  сигналов  и  помех;  для  сигналов  с  QAM  в  цепях  снижения  аддитивных  широкополосных  помех  использовать  амплитудные  детекторы,  а  частотные  детекторы  использовать  для  борьбы  с  мультипликативными  и  узкополосными  помехами. 

Данные  исследования  могут  быть  использованы  в  технике.

Использование  исследований  позволят  повысить  помехозащищенность  КПД.

ABSTRACT

The  choice  of  ways  to  improve  the  efficiency  of  noise  immunity,  when  subjected  to  structural  efficiency,  additive  and  multiplicative  noise.

For  signals  with  DCHM  possible  to  use  cross-correlation  coefficient  signals  and  interference  to  determine  A  mutually  carriers  signals  and  noise;  for  QAM  signals  in  circuits  to  reduce  the  additive  broadband  noise  to  use  the  amplitude  detector  and  frequency  detector  used  to  fight  with  multiplicative  and  narrowband  interference.

These  studies  can  be  used  in  the  art.

Using  the  research  will  improve  the  efficiency  of  immunity.

Ключевые  слова:  канал  передачи  данных;  модуляция;  помеха;  частота.

Keywords:   data  channel;  modulation;  interference;  frequency.

В  мире,  где  возникает  угроза  ошибок  принятия  решений  информационно-вычислительными  комплексами  при  автоматизации  производства  или  управления  сложными  техническими  системами  по  причине  возникновения  ошибок  при  обработке  цифровой  информации,  возможность  и  необходимость  автоматизировать  контроль  работы  информационных  управляющих  систем,  автоматически  исправлять  ошибки  управляющих  сигналов  становится  главной  задачей  человечества. 

Недостатком  существующих  автоматизированных  систем  управления  является  низкая  достоверность  восстановления  цифровых  сигналов  каналов  передачи  данных  (КПД)  с  использованием  с  дискретной  частотной  модуляцией  (ДЧМ)  и  многоуровневой  многофазовой  квадратурной  амплитудной  модуляцией  (QAM)  при  воздействии  на  канал  передачи  данных  структурных  ретранслированных,  аддитивных  и  мультипликативных  помех.

Цель  —  выбор  и  обоснование  путей  повышения  помехоустойчивости  КПД  для  снижении  ошибок,  возникающих  в  КПД  при  воздействии  на  канал  передачи  данных  структурных  ретранслированных,  аддитивных  и  мультипликативных  помех.

Задача  состоит  в  выборе  путей  повышения  качества  каналов  передачи  данных  с  дискретной  частотной  модуляцией  (ДЧМ)  и  с  многофазовой  многоуровневой  квадратурной  амплитудной  модуляцией  (QAM). 

Рассмотрим  канал  с  ДЧМ.  Так  как  перекрытие  на  частотно-временной  плоскости  полезного  сигнала  с  мешающими  сигналами  является  аналогом  периодической  взаимнокорреляционной  функцией  этих  сигналов,  то  в  качестве  показателя  взаимодействия  сложного  сигнала  и  структурной  помехи  выбираем  коэффициент  их  взаимной  корреляции  [1;  3;  4]

  (1)

R=1,…..,m,  (1)

где:  S_r(t),  S_n(t)  —  комплексная  форма  представления  соответственно  г-го  варианта  сигнала  и  помехи; 

S*(t)  —  функция  комплексно  сопряженная  с  S_n(t); 

Р_г,  Р_п  —  мощность  соответственно  сигнала  и  помехи; 

r  —  число  вариантов  сигнала; 

Т  —  длительность  варианта  сигнала.  Данный  показатель  учитывает  влияние  помехи  не  только  на  пораженный  элемент  сигнала,  но  и  на  весь  сигнал  в  целом.  Сигнал  с  ДЧМ,  синтезируемым  в  результате  скачкообразного  изменения  несущей  частоты  по  закону  некоторой  периодической  с  периодом  Т  последовательности  при  неизменных  амплитуде  U_m  и  шаге  квантования  по  времени  и  частоте,  представляем  в  следующем  виде:

  (2) 

где  N—  количество  элементов  сложного  сигнала

где:    длительность  элемента  сигнала,  определяющего  шаг  квантования  по  времени

;  —  минимальный  частотный  сдвиг  несущей    частоты  сигнала,  определяющий  шаг  квантования  по  частоте; 

  —  манипулирующая  последовательность  r-го  варианта  сигнала; 

  -  некоторое  постоянное  число; 

=1,2,  —  коэффициент,  обеспечивающий  выполнение  условия  ортогональности  каждого  k-го  элемента  сигнала; 

  —  начальные  фазы  к-х  составляющих  r-го  сигнала.

Структурная  помеха,  представляющая  собой  мешающий  сигнал,  построена  по  тому  же  принципу,  что  и  полезный  сигнал:

,  (3)

;  —  приращение  длительности  элемента  помехи,  обусловленное  расстройкой  тактовых  частот  сигнала  и  помехи. 

  (4)

где:    —  несущая  частота  структурной  помехи.

  —  приращение  частоты  элемента  помехи  на  каждом  элементе  манипулирующей  последовательности  варианта  сигнала  за  время 

  —  начальные  фазы  к-х  составляющих  n-ой  помехи.

Полагаем,  что  кодовые  структуры  помехи  и  сигнала  совпадают,  что  имеет  место  при  воздействии  ретрансляционных  или  имитационных  типов  помех,  т.  е.  ;   

Подставляя  (2)  и  (3)  в  выражение  (1)  и  учитывая  условие  (4)  после  несложных  преобразований  и  при  совпадении  тактовых  частот  формирователей  сигнала  и  помехи  (у=0)  получаем  выражение  для  комплексного  показателя  степени  взаимодействия  сигнала  и  помехи:

  (5) 

Из  полученного  выражения  видно,  что  показатель,  является  более  чувствительным  к  изменениям  параметра  у  (в  области  целых  приращений  ),  чем  при  варьировании  параметра  х,  где  y  —  плоскость  тактовых  частот,  а  х  —  плоскость  несущих  частот  сигнала  и  помехи.

Изменение  значения    нужно  рассматривать  в  плоскости  х.  Из  выражения  (5)  можно  заметить,  что  коэффициент  взаимной  корреляции  сигнала  и  помехи  в  плоскости  х  принимает  значения  нуля  при  определенных  расстройках  несущих  частот  сигнала  и  помехи,  то  есть  сигнал  и  помеха  становятся  взаимно  ортогональными  или  другими  словами  сигнал  оптимален  для  данной  помехи.  Если  же  произойдет  расстройка  тактовых  частот,  то  есть  плоскость  х  сместится  по  оси  у,  то  из  выражения  (5)  видно,  что  коэффициент  взаимной  корреляции  сигнала  и  помехи  никогда  не  может  быть  равным  нулю.  То  есть  при  не  совпадении  тактовых  частот  сигнала  и  помехи  условия  их  ортогональности  при  сканировании  несущей  частоты  сигнала  f  соблюдаться  не  будут.

Если  значение   равно  0,  то  имея  значение  кодов  несущих  частот,  при  которых  сигнал  и  помеха  взаимно  ортогональны  можно  выбрать  сигнал,  оптимальный  к  воздействию  структурной  ретранслированной  помехи.

В  современных  модемах  осуществляется  модуляция  цифрового  кода,  поступающего  из  информационного  выхода  компьютера  в  модулятор  в  аналоговый  сигнал  многофазовой  многоуровневой  квадратурной  амплитудной  модуляцией  (QAM)  [2].  При  воздействии  мультипликативной  помехи  на  линию  связи  канала  передачи  данных  будет  наблюдаться  общее  снижение  амплитуд  всех  элементов  аналогового  сигнала.  В  этом  случае  демодулятор  будет  распознавать  сигнал,  но  выдавать  на  выходе  ложный  цифровой  код,  обусловленный  синусоидальными  и  косинусоидальными  составляющими  с  правильными  фазами,  но  с  ложными  амплитудами.  Причем,  чем  больше  сигнальное  созвездие,  тем  ближе  находятся  амплитуды  аналогового  сигнала,  определяющие  различный  цифровой  код,  тем  система  связи  более  чувствительна  к  погрешностям  амплитуд  и,  как  следствие,  достоверность  цифрового  сигнала  на  входе  компьютера  будет  низка.

При  воздействии  аддитивной  помехи,  происходит  суммирование  энергии  помехи  с  энергией  сигнала.  При  амплитудной  многоуровневой  многофазовой  квадратурной  модуляции,  демодулятор  строго  реагирует  на  величину  амплитуд  и  фаз  синусоидальных  и  косинусоидальных  составляющих.  При  аддитивной  помехе  велика  вероятность  ошибки  в  определении  фазы  элемента  аналогового  сигнала,  особенно  если  помеха  узкополосная,  направленная  и  ее  частота  близка  к  несущей  частоте  аналогового  модулированного  сигнала.

Для  снижения  аддитивных  и  мультипликативных  помех  в  рассматриваемых  КПД  можно  использовать  при  реализации  в  технических  системах  частотные  и  амплитудные  детекторы,  причем  амплитудные  детекторы  использовать  в  цепях  обнаружения  и  снижения  аддитивных  широкополосных  помех,  а  частотные  детекторы  для  борьбы  с  мультипликативными  и  узкополосными  направленными  ретранслированными  помехами. 

Список  литературы:

1.Власов  В.И.  Шипилова  Д.Ю.  Математическое  моделирование  комплексного  показателя  для  автоматизации  контроля  качества  линий  связи  каналов  передачи  данных  вычислительных  сетей.  Инфотелекоммуникационные  технологии.  —  Том  5,  —  №  3,  —  2007.  —  с.  78—81.

2.Лагутенко  О.И.  Современные  модемы.  М.:  Эко-Трендз:  2002.  ISBN:5-88405-037-2  -346  с.

3.Федоренко  В.В.,  Власов  В.И.  Информативные  свойства  корреляционных  функций  сложных  сигналов  (статья)  Известия  вузов.  Радиоэлектроника.  —  №  3,  —  1994,  —  стр.  68—72.

4.Федоренко  В.В.,  Власов  В.И.  Вероятность  ошибки  при  распознавании  образов  по  признак-функциям  (статья).  Известия  вузов.  Радиоэлектроника.  —  №  7,  —  1995,  —  стр.  34—37.