Учебное пособие 800270
.pdf
Из теории потенциальной помехоустойчивости следует, что вероятность ошибки на бит определяется только энергией бита и не зависит от формы сигнала (с широкополосной модуляцией, узкополосной модуляцией и др.)
Nоп PП / f где |
PП |
— мощность помехи на выходе |
антенны, |
f |
— полоса частот широкополосного |
|
|
|
|
Nоп N0 |
для порогового значения |
|||||
hпор |
E |
|
P |
|
|
P f |
, где |
0 1/ R |
||
|
б |
C |
0 |
c |
|
|||||
2 |
|
|
|
|
|
|
||||
|
N |
оп |
|
P / f |
|
P R |
|
|
||
|
|
|
п |
|
|
П |
|
|
|
|
h2 hпор2 получим
длительность
информационного бита, R — скорость передачи информации. |
|||||||
|
|
Обозначим через базу широкополосного сигнала В |
|||||
отношение |
|
B f / R f 0 |
1. Тогда сигнальная помехозащита, |
||||
определяемая как такое отношение помеха-сигнал |
Pп / PC . При |
||||||
котором обеспечивается |
работа радиолинии |
с заданным |
|||||
качеством (обеспечивается требуемое отношение |
2 |
||||||
hпор ), равна |
|||||||
P |
/ P |
B / h |
2 |
|
. |
|
|
|
|
|
|
||||
п |
C |
пор |
|
|
|
||
Отсюда следует, что помехозащита радиолинии повышается при уменьшении скорости передачи информации R,
расширении |
полосы частот |
широкополосного сигнала |
f |
и |
уменьшении |
величины |
2 |
|
|
hпор . В помехозащищенных |
||||
радиолиниях критерий оптимальности помехоустойчивого кода
— максимальный энергетический выигрыш кода.
Уравнение помехозащиты
Радиолиния должна быть работоспособной при ЭИИМ
станции помех P |
G |
, где |
P |
- мощность помехового сигнала |
|
ПХ |
ПХ |
|
ПХ |
|
|
на входе передающей |
антенны станции помех, GПХ — |
||||
коэффициент усиления передающей антенны станции помех.
Величина PПХGПХ |
задается моделью РЭБ. Тогда ЭИИМ нашей |
станции PСGС |
в радиолиниях без замираний сигнала |
определяется из уравнения помехозащиты
39
|
|
|
|
|
|
r |
|
2 |
|
P G |
P |
G |
h2 |
B G |
,дБВт, |
||||
|
c |
||||||||
C C |
ПХ |
ПХ |
пор |
бок |
|
r |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
П |
|
|||
где
GБОК
— относительный уровень бокового лепестка (или
«нуля» диаграммы направленности приемной антенны) в направлении на помеху, rC — дальность связи, rП —
расстояние от станции помех до приемника нашей радиостанции.
На рис. 14 представлена функциональная схема помехозащищенной радиолинии.
Рис. 14. Функциональная схема помехозащищенной радиолинии (ПСП-псевдослучайная двоичная последовательность)
Смена рабочей частоты при ППРЧ или формы ПШС в радиолинии должна происходить по закону, неизвестному противнику, т. е. этот закон должен определяться устройством криптозащиты (шифратором). На рис. 15 показан вид радиосигнала с ППРЧ.
40
Рис. 15. Частотно-временная диаграмма сигнала с ППРЧ
Противнику выгодно ставить не заградительную шумовую помеху, а более энергетически выгодные помехи, к которым относятся: узкополосные помехи; ретранслированные помехи; несущая, модулированная по частоте шумовым сигналом в части или во всей полосе сигнала f ; хаотическая,
импульсная шумовая помеха с большой скважностью.
В разрабатываемой радиолинии должны быть предусмотрены меры, парирующие вышеуказанные помехи, чтобы вынудить противника ставить наименее энергетически выгодную для него заградительную шумовую помеху во всей полосе частот широкополосного сигнала. При этом противник создает помехи и своим собственным радиосредствам в максимально широкой полосе частот.
Узкополосные помехи должны быть подавлены в приемнике режекторными фильтрами. Ретранслированные помехи могут быть полностью подавлены при быстрой ППРЧ. Хаотические импульсные помехи могут быть сделаны малоэффективными при перемежении символов и использовании мощного кода с исправлением ошибок.
Задача 68. В качестве генератора синхропоследовательности шифратора в схеме рис. 6 можно использовать генератор m-последовательности на регистре сдвига с обратными связями. Определить период т-последовательности, если длина регистра сдвига т=64, а частота следования символов m-последовательности равна 2,048 Мбит/с.
41
Задача 69. При передаче команд управления полетом летательного аппарата требуется обеспечить имитозащиту передаваемых команд с вероятностью ложного формирования
команды не более 10 |
9 |
. |
|
||
При криптографическом способе обеспечения ими- |
||
тозащиты определить число избыточных бит кода с обнаружением ошибок, которое нужно передавать с каждой командой.
Какие дополнительные кодовые методы защиты передаваемых команд можно предложить для стирания наших команд, принятых противником и ретранслированных им через некоторое время для дезорганизации работы командной радиолинии?
Задача 70. При передаче засекреченного телефонного сигнала нужно ли обеспечивать имитозащиту передаваемых сигналов. Если нет, объяснить почему.
Задача 71. Станция помех находится на расстоянии 30 км от нашей станции спутниковой связи, работающей в режиме ППРЧ. Каково допустимое максимальное время передачи сообщений на одной частоте, чтобы исключить воздействие ретранслированных помех на радиолинию?
Задача 72. Перевозимая станция помех системе спутниковой связи в диапазоне частот 8 ГГц для постановки помех спутниковому ретранслятору имеет антенну диаметром 5 м и мощность излучения 10 кВт. Определите ЭИИМ станции помех.
Задача 73. Станция помех спутниковому ретранслятору в диапазоне частот 8 ГГц имеет ЭИИМ 90дБВт. Используя уравнение помехозащиты радиолиний, определить требуемую ЭИИМ нашей станции спутниковой связи при следующих условиях: скорость передачи информации R = 2,4 кбит/с;
полоса частот используемого псевдошумового сигнала в радиолинии 36 МГц (полоса частот одного ствола
спутникового ретранслятора); |
rC rП ; |
пространственная |
помехозащита спутникового |
ретранслятора |
не используется; |
42
требуемая величина
Eб
/
N0
на выходе приемной антенны
ретранслятора составляет величину 8 дБ.
При излучаемой станцией спутниковой связи мощности радиосигнала 50 Вт определить необходимый диаметр передающей антенны станции спутниковой связи, при котором обеспечивается помехозащита радиолинии.
Задача 74. Для дополнительной защиты радиолинии от узкополосных помех при использовании ПШС предложите свои варианты построения устройства, вырезающего узкополосные помехи из спектра псевдошумового сигнала.
6.4. Примеры решения задач
Задача 68. Число бит на периоде т-последовательности
равно |
N 2 |
m |
1 |
|
m |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
2 . |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
Длительность |
|
одного |
бита |
m-последовательности |
||||||||
= 1/2,048-106 |
|
0,5мкс. |
|
|
|
|
|||||||
|
Тогда |
|
период |
m -последовательности |
будет |
равен |
|||||||
|
64 |
*5*10 |
7 |
c |
|
12 |
5 |
|
|
|
|||
TП N 2 |
|
|
5*10 c 1,6*10 лет, где было использовано |
||||||||||
соотношение 2m =10mlg2 =100,3m. |
|
|
|
|
|||||||||
|
Задача |
69. |
Число избыточных |
бит |
r для |
каждой |
|||||||
команды (или группы команд) определяется из уравнения
(1/2)r < 10-9 или 10-0,3r =10-9. Отсюда r = 30.
Для защиты командного приемника от приема ранее переданных команд, ретранслируемых противником, можно предложить нумерацию каждой команды со стиранием принятых команд с предыдущими номерами или с каждой командой передавать текущее время, если в радиолинии используется система единого времени.
Задача 71. Время запаздывания ретранслированного сигнала составляет 3 r / c , где r = 30км, c-скорость света.
Тогда 3 =100 мкс и время передачи сигнала на одной частоте в режиме ППРЧ не должно превышать 3 =100 мкс.
43
Задача |
72. Коэффициент усиления |
антенны равен |
||||||||
GПХ kИП |
2 |
|
2 |
Для |
коэффициента |
использования |
||||
|
d / . |
|||||||||
поверхности антенны |
kип =0,6 |
получим |
GПХ =50дБ. ЭИИМ |
|||||||
станции помех |
PПХGПХ |
= 90 дБВт. |
|
|
|
|
||||
Задача |
73. |
Для |
|
условий |
задачи |
|
уравнение |
|||
помехозащиты запишется как PCGC = PПХGПХ h |
2 |
B , дБ, где |
||||||||
|
||||||||||
база псевдошумового сигнала B f R
36МГц |
41,8дБ |
|
2,4к,4кбит/с |
||
|
Тогда PCGC = 90 + 8 - 41,8 = 56,2. Для излучаемой мощности сигнала Рс=50 Вт=17дБВт получим требуемый коэффициент усиления антенны Gc =39,2 дБ.
Из выражения для коэффициента усиления антенны
GC
k |
|
|
2 |
d |
ИП |
|
|||
|
|
|
|
/ 2
получим
d |
|
G |
|
C |
|
|
|
|
|
|
k |
|
|
ИП |
, где GС берется в разах.
Для kИП = 0,6, = 3,75 см получим d= 1,4 м.
Задача 74. При приеме ПШС совместно с мощными узкополосными помехами можно полосу приемника на промежуточной частоте разделить на 8—16 отдельных полос полосовыми фильтрами с большой прямоугольностью (резким спадом АЧХ вне полосы фильтра по уровню — 3 дБ) и выключать те фильтры, где находится мощная узкополосная помеха. Для этого должен быть предусмотрен измеритель среднего по всем фильтрам уровня напряжения, которое сравнивается с напряжением на выходе каждого фильтра.
Если на выходе фильтра напряжение превышает на заданную величину среднее по всем фильтрам напряжение, этот фильтр выключается.
44
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1.Дайте определение понятиям «информация», «сообщение», «сигнал».
2.Как определить энтропию источника независимых сообщений?
3.Дайте определение понятиям «производительность источника», «скорость передачи информации», «пропускная способность канала».
4.Какой сигнал называется цифровым сигналом данных (ЦСД)? Что такое информационный параметр, значащий момент, единичный интервал, единичный элемент ЦСД?
5.Чем отличаются изохронные сигналы от анизохронных?
6.В чем заключается основная идея эффективного кодирования? Сформулируйте и поясните первую теорему Шеннона.
7.Приведите структурную схему системы передачи дискретных сообщений.
8.Поясните определения: дискретный и расширенный
канал.
9.Что такое скорость модуляции?
10.Какие задачи выполняют устройства поэлементной синхронизации? Какие задачи выполняют устройства групповой синхронизации?
11.Какие методы защиты от ошибок вам известны?
12.Сформулируйте вторую теорему Шеннона.
13.Каково необходимое условие для того, чтобы код был способен обнаруживать ошибки?
14.В чем отличие понятий расстояние Хемминга и кодовое расстояние? Какова связь между кратностью обнаруживаемых и исправляемых ошибок и кодовым расстоянием?
15.Какие коды называются линейными? Как они
задаются?
45
16.Как происходит обнаружение (исправление) ошибок
вслучае линейного кода?
17.Чем отличаются циклические коды от линейных? Как строятся кодовые комбинации циклического кода? Как построить производящую матрицу циклического кода?
18.Как происходит обнаружение (исправление) ошибок
вслучае циклического кода?
19.Дайте определение поэлементной синхронизации. Дайте определение групповой синхронизации. Дайте определение цикловой синхронизации.
20.В чем сущность синхронного метода передачи?
21.В чем сущность стартстопного метода передачи?
22.Сравните синхронный и стартстопный методы
передачи.
23.Расскажите о принципе действия устройств синхронизации с непосредственным воздействием на задающий генератор. Какой недостаток устройств синхронизации с непосредственным воздействием на задающий генератор?
24.Расскажите о принципе действия устройств синхронизации без непосредственного воздействия на задающий генератор.
25.Расскажите о принципе действия синхронной системы, использующей безмаркерный метод групповой синхронизации. Перечислите преимущества и недостатки безмаркерного метода групповой синхронизации.
26.Расскажите о принципе действия синхронной системы, использующей маркерный метод групповой синхронизации.
27.Расскажите о принципе действия стартстопной системы, использующей маркерный метод групповой синхронизации.
28.Перечислите преимущества и недостатки маркерного метода групповой синхронизации.
29.Состав оборудования для передачи данных по электрическим линиям связи.
46
30.Средства оптической передачи данных
31.Кабельные системы локальных сетей
32.Спутниковые каналы связи.
47
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1.Тепляков, И. М. Телекоммуникационные системы: сборник задач [Текст]: учеб. пособие / И. М. Тепляков. – М.: ИД «РадиоСофт», 2008. – 240 с.
2.Бройдо, В. Л. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации [Текст]: учебник для вузов. / В. П. Бройдо, О. П. Ильина. – 4-е изд. – СПб.: Питер, 2011. – 560 с.
3.Гук, М. Аппаратные средства локальных сетей [Текст]: энциклопедия / М. Гук. – СПб: Издательство «Питер»,
2000. – 576 с.
4.Солонина, А. И. Алгоритмы и процессоры цифровой обработки сигналов [Текст] / А. И. Солонина, Д. А. Улахович, Л. А. Яковлев. – СПб.: БХВ-Петербург, 2001. –
464 с.
5.Канаев, А. К. Система синхронизации телекоммуникационных систем. Основы построения и эксплуатации [Текст] / А. К. Канаев. – М.: Стратегия будущего,
2007. – 138 с.
6.Будко, П. И. Многоуровневый синтез информационно-телекоммуникационных систем: математические модели и методы оптимизации [Текст]: монография / П. И. Будко, О. В. Рисман. – М.: ВАС, 2011. –
475 с.
48