ПУТИ  СНИЖЕНИЯ  АДДИТИВНЫХ  И  МУЛЬТИПЛИКАТИВНЫХ  ПОМЕХ  В  КАНАЛАХ  ПЕРЕДАЧИ  ДАННЫХ  ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ  СЕТЕЙ

Власов  Сергей  Валерьевич

студент  1  курса,  кафедра  Автоматизированных  систем  управления  Московского  государственного  университета  радиотехники,  электроники  и  автоматики  (МИРЭА)  (филиал  г.  Ставрополь), 
РФ,  г.  Ставрополь

E-mail: 

Власов  Валерий  Иванович

научный  руководитель:  канд.  техн.  наук,  профессор,  заслуженный  работник  науки  и  образования  ,доцент  кафедры  Института  сервиса  и  технологий(филиал  ДГТУ  в  г.  Пятигорске), 
РФ,  г.  Пятигорск

На  канал  связи  могут  воздействовать  внешние  дестабилизирующие  факторы,  такие  как  аддитивные  и  мультипликативные  помехи,  изменение  входного  импеданса,  обусловленного  температурными  измерениями  в  проводниках,  увеличение  остаточного  затухания  в  многоканальных  системах  электросвязи.  При  этом  наиболее  уязвимой  по  аддитивным  и  мультипликативным  помехам  являются  системы  радиосвязи.  В  настоящее  время  радиоканалы  уже  вытесняют  системы  управления  на  ИК  лучах.  Системы  Wi-Fi,  сотовой  связи,  системы  навигации,  телеуправления,  автоматического  ориентирования  стали  неотъемлемой  частью  жизни  человека  XXI  века.

Источники  помех  бывают  внутренние  и  внешние.  Причинами  возникновения  внутренних  помех  в  радиоэлектронных  устройствах  и  в  информационных  системах  являются  передача  информации  в  широкополосном  спектре,  например,  при  передаче  информации  в  виде  видеосигналов  без  модуляции,  как  например  передача  информации  от  клавиатуры  или  ручного  манипулятора  мышь»  до  системного  блока  персонального  компьютера.  В  последнее  время  наблюдается  значительный  всплеск  дополнительных  электромагнитных  помех  вследствие  неосторожного  использования  многоуровневых  модулированных  сигналов  (например  дельта-модуляции,  импульсно-временной  модуляции).  Источниками  внешних  помех  могут  являться  широкополосные  излучения  мощных  ретрансляционных  пунктов  с  использованием  сложных  широкополосных  сигналов  (тропосферная  связь),  излучения  оборудования  энергетических  узлов  электростанций.  Естественными  источниками  помех  являются  молнии,  метеоритные  дожди,  пьезоэффекты  при  движении  земной  коры,  магнитные  бури.

Электромагнитные  поля  различных  источников  помех  в  линиях  связи  каналов  передачи  данных  (ЛСКПД)  или  на  проводниках  неэкранированных  радиоэлектронных  схем  создают  электродвижущую  силу,  напряжения  от  нескольких  микровольт  по  отдельным  спектральным  составляющим  широкополосного  частотного  спектра  до  нескольких  милливольт  суммарной  электрической  составляющей,  что  при  небольшом  внутреннем  сопротивлении  создают  блуждающие  токи,  влияющие  на  качество  обработки  информационных  сигналов  и  на  функционирование  радиоэлектронных  средств  (РЭС).

Помехи  подразделяются  на  флуктуационные,  импульсные  и  периодические.  Паразитные  (не  информационные  сигналы)  для  данной  информационной  системы  или  данного  радиоэлектронного  устройства,  распределенные  хаотически  по  всей  ширине  спектра  будут  являться  флуктуационными  и  подчиняться  нормальному  закону  распределения  случайной  величины  (напряжения,  наводимого  в  ЛСКПД  или  проводниках  РЭС).  Импульсные  помехи  возникают  при  появлении  импульсных  перенапряжений  в  момент  включения  или  выключения  мощных  потребителей  электроэнергии  или  при  высоких  переходных  сопротивлений  в  местах  коммутации.

Периодические  помехи  вызываются  периодическими  низкочастотными  или  высокочастотными  полями  линий  электропередач,  силовых  электроустановок  и  др.  Если  основная  мощность  помех  сосредоточена  на  отдельных  участках  диапазона  частот,  например,  на  частоте  напряжения  промышленной  сети  или  кратна  этой  частоте,  то  такие  помехи  называют  сосредоточенными  [1].

В  зависимости  от  характера  воздействия  на  сигнал  помехи  разделяют  на  аддитивные  и  мультипликативные.  При  воздействии  мультипликативной  помехи  на  линию  связи  канала  передачи  данных,  обусловленной,  например,  возросшим  сопротивлением  кабеля  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  квадратурной  многофазовой  амплитудной  модуляции  (QAM),  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  мультипликативных  помехах  на  результат  обработки  принимаемых  сигналов  влияет  произведение  взаимодействия  сигнала  s(t)  и  помехи  n(t):

x(t)=s(t)*n(t)  (1)

При  воздействии  аддитивной  помехи,  происходит  суммирование  энергии  помехи  с  энергией  сигнала.  При  использовании  QAM  демодулятор  строго  реагирует  на  величину  амплитуд  и  фаз  синусоидальных  и  косинусоидальных  составляющих  [3].  При  наличии  аддитивной  помехи  велика  вероятность  ошибки  в  определении  фазы  элемента  аналогового  сигнала,  особенно  если  помеха  узкополосная,  направленная  и  ее  частота  близка  к  несущей  частоте  аналогового  модулированного  сигнала.

При  аддитивных  помехах  результат  взаимодействия  сигнала  s(t)  и  помехи  n(t)  представляют  их  суммой:

x(t)=s(t)+n(t)  (2)

Полученный  модулированный  высокочастотный  сигнал  из  ЛСКПД  поступает  в  модем  на  приемной  стороне  системы  связи,  выполняющего  и  дополнительную  функцию  формирователя  эталонного  принимаемого  сигнала,  так  как  модем  является  активным  элементом,  то  есть  помимо  пассивной  фильтрации  и  передачи  цифровой  информации  на  вход  компьютера  он  осуществляет  демодуляцию  сигнала  и  восстановление  исходной  цифровой  последовательности  со  стандартными  значениями  амплитуд,  скоростей  и  фаз  передаваемых  видеосигналов. 

В  связи  воздействия  помех  на  канал  передачи  данных,  существует  вероятность  изменения  получаемого  сигнала.  Одним  из  путей  решения  проблемы  повышения  достоверности  цифрового  сигнала  на  выходе  демодулятора  модема,  при  наличии  мультипликативных  помех  в  линии  связи  канала  передачи  данных  (ЛСКПД)  является  анализ  коэффициента  взаимного  различия  сигнала  с  выхода  ЛСКПД  и  аналогового  сигнала  после  обратной  модуляции  цифрового  сигнала  с  выхода  модулятора  [4],  где  было  выявлено,  что  бороться  с  воздействием  мультипликативных  помех  можно  путем  усиления  или  ослабления  амплитуд,  принимаемых  сигналов,  при  помощи  коэффициента  усиления  в  схемах  с  операционными  усилителями. 

Два  сигнала  x(t)  и  y(t)  называются  ортогональными,  если  их  скалярное  произведение,  а  значит,  и  взаимная  энергия  равны  нулю  [2].

  (3)

Алгебраическая  сумма  двух  взаимно  ортогональных  сигналов  равна  нулю,  то  есть,  помеха  обнуляется,  а  сам  сигнал  остается.

Снизить  аддитивные  помехи  возможно  путем  алгебраического  перемножения  амплитуды  помехи  и  той  же  помехи,  только  со  сдвинутой  фазой  на  180  градусов,  то  есть  необходимо  осуществить  выделение  аддитивной  помехи  в  электронном  устройстве,  получить  ортогональный  сигнал  помехи  и  осуществить  перемножение  полученных  ортогональных  помех.

Использование  корреляционного  анализа  для  определения  коэффициента  взаимного  различия  контролируемого  сигнала  из  ЛСКПД  и  эталонного  сигнала  после  повторной  модуляции  демодулированного  цифрового  видеосигнала  позволяет  существенно  упростить  процесс  обнаружения  ухудшения  помеховой  обстановки  в  РЭС  или  ЛСКПД  и  оперативно  влиять  на  снижение  мультипликативных  и  аддитивных  помех.

Список  литературы:

1. Давыдов  А.В.  Сигналы  и  линейные  системы:  Тематические  лекции.  –  Екатеринбург:  УГГУ,  ИГиГ,  кафедра  геоинформатики.  Фонд  электронных  документов,  2006.
2. Карташев  В.Г.,  Жихарева  Г.В.  Основы  теории  сигналов:  Учебное  пособие  по  курсу  «Радиотехнические  цепи  и  сигналы»,  по  направлению  «Радиотехника»  /  Моск.  энерг.  ин-т  (МЭИ  ТУ).  –  М.:  Изд-во  МЭИ,  2002.  –  80  с.  –  ISBN  5-7046-0878-7.
3. Лагутенко  О.И.  Современные  модемы.  –  М.:  Эко-Трендз,  2002.
4. Патент  на  изобретение  RU  №  2504830  G06F17/00,  2014  года  Авторы:  Власов  В.И.,  Власов  С.В.  и  др.