Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Применение импульсно-кодовых сигналов в телекоммуникационных системах, помехи и пути их устранения
1.1. Развитие телекоммуникационного оборудования с импульсно-кодовыми сигналами 13
1.2. Повышение помехоустойчивости сигналов при воздействии внутрисистемных помех
1.2.1. Взаимные помехи и методы подавления импульсных помех 25
1.2.2. Вероятность попадания импульсной помехи на позиции кодового сигнала 32
1.2.3. Повышение помехоустойчивости телекоммуникационных систем с импульсно-кодовыми сигналами на основе многопараметрической селекции 35
1.3. Представление параметров и характеристика импульсно-кодового сигнала и комплекса помех при однопараметрической селекции 42
1.4. Выводы 48
Глава 2. Исследование некоторых вопросов селекции импульсных сигналов в телекоммуникационных системах
2.1. Применение многовыходовых усилителей в устройствах селекции импульсных сигналов 51
2.2. Исследование вероятностных характеристик параметров импульсно-кодового сигнала при многопараметрической селекции 57
2.3. Помехоустойчивость обнаружителя импульсно-кодового сигнала с амплитудным селектором 63
2.4. Выделение полезного сигнала из комплекса помех по амплитуде, по фазе 67
2.5. Синтез обнаружителя импульсно-кодовых сигналов на фоне комплекса негауссовских импульсных помех и внутриаппаратурного шума 74
2.6. Выводы 80
Глава 3. Анализ многопараметрического селектора импульсно-кодового сигнала, используемого в телекоммуникационных системах
3.1. Модель многопараметрического селектора 82
3.2. Анализ работы многопараметрического селектора 89
3.3. Помехоустойчивость обнаружителя импульсно-кодового сигнала с амплитудно-временным фазовым селектором 90
3.4. Моделирование работы многопараметрического селектора импульсно-кодового сигнала при воздействии комплекса помех 93
3.5. Выводы 104
Заключение 105
Список использованных источников
- Развитие телекоммуникационного оборудования с импульсно-кодовыми сигналами
- Взаимные помехи и методы подавления импульсных помех
- Применение многовыходовых усилителей в устройствах селекции импульсных сигналов
- Помехоустойчивость обнаружителя импульсно-кодового сигнала с амплитудно-временным фазовым селектором
Введение к работе
Состояние современной теории и практики телекоммуникационных систем в значительной степени характеризуется противоречием между постоянно увеличивающимся числом каналов передачи, с одной стороны, и ограниченностью частотных диапазонов, с другой. Указанное противоречие, обостряемое бурным развитием разнообразного применения радиоэлектроники, породило проблему помехоустойчивости сигналов в условиях взаимных помех. Ввиду этого естественно стремление специалистов, разрабатывающих телекоммуникационные системы, найти такие способы передачи сообщений, при которых наиболее рационально использовался бы радиочастотный спектр и, которые позволили бы без значительного усложнения телекоммуникационной аппаратуры сделать связь более гибкой и в то же время простой с точки зрения её организации. Возможности для этого значительно расширяются, если использовать в качестве носителей информации импульсно-кодовые сигналы (ИКС). Импульсно-кодовый сигнал в настоящее время является широко применяемым переносчиком информации.
В 1938 году французский инженер А.Ривс изобрел импульсно-кодовую модуляцию (ИКМ). С тех пор устройства и системы передачи информации с импульсно-кодовыми сигналами постоянно развивались, что можно наглядно увидеть в (также описание дается в разделе 1.1) и, на сегодняшний день, прочно занимают позиции среди телекоммуникационных систем.
Телекоммуникационные системы связаны с достоверным приемом большого объема информации в условиях сложной помеховой ситуации, поэтому к ним предъявляют высокие требования по обеспечению помехоустойчивого приема данных. Наряду с помехоустойчивостью основными особенностями подобных систем передачи информации являются:
• применение цифровых методов формирования и обработки сигналов;
• применение многостанционного и многоканального оборудования;
• использование аппаратуры, выполненной на цифровых интегральных схемах.
Потребности практики привели к появлению многоабонентных асинхронных импульсных радиосистем (АИРС), в которых несколько несинхронизируемых между собой передатчиков передают информацию в единый приемный центр. В таких системах частичное или полное наложение сигналов от отдельных передатчиков, а также воздействие помех, по структуре близких к полезным сигналам, приводит к сбою принимаемого сигнала. Приемная аппаратура не может дать правильного отклика на сигналы, наложившиеся друг на друга. Поэтому по отношению к некоторому отмеченному сигналу все остальные сигналы, являются внутрисистемными помехами [66].
Распоространенным видом помех в телекоммуникационных системах с импульсно-кодовыми сигналами являются внутрисистемные помехи. Внутрисистемные импульсные помехи, при их большой плотности, на входе приемника любого абонента системы аппроксимируются случайным процессом, плотность распределения которого существенно отлична от гауссовской. Вследствие этого схемы обработки сигналов на фоне помехи типа белого гауссовского шума, а также методы оптимальной обработки сигналов при гауссовских коррелированных помехах дают в этом случае неудовлетворительные результаты. Большие возможности представляют схемы, и методы оптимальной обработки сигналов на основе вероятностных смесях стандартных распределений.
В условиях потока внутрисистемных помех с большой плотностью, сигналов, отраженных от подстилающей поверхности, различных объектов и т.д.; телекоммуникационные системы, построенные на основе использования приемников с традиционными усилительными устройствами, так и устройств автоматической регулировкой усиления, плохо адаптированных к большому динамическому диапазону входных сигналов и комплекса помех оказываются малоэффективными. Таблица 1. 1938 г. Изобретение ИКМ (А. Ривс).
1944 г. Первое исследование точности преобразования аналоговых сигналов методом организации линейной и районной диспетчерской связи на линейных частях магистральных газопроводов, нефтепроводов и транспортных сетях. Применение телекоммуникационных систем передачи телекодовой и мультимедийной информации и др. В данных условиях более помехоустойчивы системы, использующие селекцию1 импульсного сигнала по нескольким признакам [24]. Под многопараметрической селекцией будем понимать процесс выделения полезного сигнала по нескольким признакам. В качестве характеризующих признаков будем принимать амплитуду, начальную фазу и способ кодирования полезного сигнала.
Принципиально многопараметрическая селекция может осуществляться по любым признакам сигнала. Наиболее интересными признаками являются амплитуда и фаза импульсов. Это определяется следующими причинами. Во-первых, амплитуда является энергетическим параметром и используется для выяснения окончательного решения при любом алгоритме предварительной обработке сигналов и помех, но в условиях соизмеримости амплитуд импульсов сигнала и внутрисистемных импульсных помех методы и устройства использующие селекцию сигнала только по амплитуде обладают слабой помехоустойчивостью. Во-вторых, изменение начальной фазы радиоимпульсов несет дополнительную информацию об источнике сигнала и характере среды передачи информации. Способ кодирования - это неотъемлемая часть, при помощи которой реализуется импульсно-кодовый сигнал. В дальнейшем будем подразумевать, что селекция сигнала также осуществляется и по способу кодирования.
Телекоммуникационные системы с импульсно-кодовыми сигналами являются прогрессивными системами передачи данных, в связи с этим перед разработчиками стоит задача повышения помехоустойчивости данных систем в условиях воздействия негауссовских импульсных помех и внутриаппаратурного шума. Одним из решений задачи повышения помехоустойчивости в описанной сигнально-помеховой обстановке и в большом динамическом диапазоне, является совмещение методов оптимального обнаружения и селекции сигнала из комплекса помех.
Цель работы: Повышение помехоустойчивости приемных устройств телекоммуникационных систем с импульсно-кодовыми сигналами в
1 Селекция - процесс выделения полезного сигнала на основе его характеризующих признаках. условиях воздействия негауссовских импульсных помех и шумов на основе многопараметрической селекции сигнала.
Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решаются следующие задачи:
- проведение сравнительного анализа логарифмического и линейного методов усиления для использования в устройствах селекции импульсных сигналов;
- исследование вероятностных характеристик параметров импульсно-кодового сигнала;
- синтез обнаружителя импульсно-кодовых сигналов на фоне комплекса негауссовских импульсных помех и внутриаппаратурного шума;
- построение модели и анализ структуры амплитудно-временного фазового селектора импульсно-кодовых сигналов;
- разработка экспериментальной установки, включающей модель многопараметрического селектора, оценка помехоустойчивости многопараметрического селектора.
Методы исследования: Теоретическая часть работы выполнена с использованием положений теории вероятности, случайных процессов, математической статистики, методов вычислительной математики и компьютерного моделирования на ЭВМ.
Экспериментальные исследования проведены с использованием программы статистического и имитационного моделирования MATLAB 6.5, математического программного пакета MathCAD 2001 Professional.
Научная новизна:
1. Предложены полигауссовы модели квазислучайных флуктуации амплитуды и фазы импульсно-кодовых сигналов.
2. На основе использования полигауссовских моделей и методов анализа получены совместные двумерные плотности вероятности огибающей негауссовских импульсно-кодовых сигналов, комплекса импульсных помех, внутриаппаратурных шумов и взаимных комбинаций их сумм. 3. Разработан обнаружитель импульсно-кодовых сигналов на фоне комплекса негауссовских импульсных помех и внутриаппаратурного шума, основанный на совместном синтезе оптимального полигауссовского обнаружителя и селектора.
4. Разработан амплитудно-временной фазовый селектор импульсно-кодовых сигналов с дискретной автоматической регулировкой усиления, защищенный патентом Российской Федерации.
5. Получена новая структура многовыходового детектора сигналов, позволяющая решить задачу селекции импульсно-кодовых сигналов в большом динамическом диапазоне изменения амплитуд. Практическая значимость.
Разработана и предложена схема многопараметрического и многоканального селектора импульсно-кодовых сигналов с повышенной помехоустойчивостью. Создана виртуальная экспериментальная установка в программной среде для имитационного моделирования, которая позволила ,провести анализ помехоустойчивости многопараметрического селектора в ,различных помеховых ситуациях. Получен алгоритм анализа помехоустойчивости амплитудно-временного фазового селектора. ,Реализация результатов работы.
Разработанная модель селектора, защищена патентом (Пат. РФ №48125, МПК Н 03 К 5/00; Н 03 G 3/20). Теоретические и практические результаты диссертационной работы внедрены и используются в научных разработках инженерного общества радиоэлектронных систем и информационных технологий ООО «Бардос» и в учебном процессе в Казанском государственном техническом университете им. А.Н. Туполева.
Апробация работы.
Результаты диссертационной работы обсуждались на всероссийской конференции «Молодежь и современные информационные технологии» (Томск - 2004), региональной научно-технической конференции «Развитие технологий радиоэлектроники и телекоммуникаций» (Казань - 2004), X/// Международной конференции школа-семинар «Новые информационные технологии» (Москва - 2005), всероссийской научной конференции «Управление и информационные технологии» (С-Петербург - 2005), на международной молодежной научно-технической конференции «Туполевские чтения» (Казань - 2005).
Публикации. Основные научные результаты диссертации опубликованы в 12 научных печатных работах, в том числе в рекомендованном ВАК журнале "Вестник КГТУ им. А.Н. Туполева".
Положения, выносимые на защиту: 1. Полигауссовы модели квазислучайных флуктуации амплитуды и фазы импульсно-кодовых сигналов. 2. Обнаружитель импульсно-кодовых сигналов на фоне комплекса негауссовских импульсных помех и внутриаппаратурного шума.
3. Модель амплитудно-временного фазового селектора импульсно-кодовых сигналов.
4. Результат применения, с целью повышения помехоустойчивости, многопараметрического метода обработки импульсных сигналов, реализованного в ампдитудно-временном фазовом селекторе. Структура работы.
Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы и приложения. Она изложена на 150 страницах, содержит 30 рисунков, 5 таблиц, список использованной литературы из 94 наименований отечественных и зарубежных источников.
В 1-ой главе на основе, вкратце рассмотренных, основных аспектов совершенствования телекоммуникационного оборудования с импульсно-кодовыми сигналами, дан анализ тенденции развития данного типа устройств, рассмотрены помехи, возникающие в телекоммуникационных системах с импульсно-кодовыми сигналами и методы снижения уровня помех. Представлены плотности распределения вероятностей комплекса импульсных помех и флуктуационных шумов, распределение огибающей суммы случайных узкополосных процессов, при амплитудной селекции.
Развитие телекоммуникационного оборудования с импульсно-кодовыми сигналами
В данных условиях более помехоустойчивы системы, использующие селекцию1 импульсного сигнала по нескольким признакам [24]. Под многопараметрической селекцией будем понимать процесс выделения полезного сигнала по нескольким признакам. В качестве характеризующих признаков будем принимать амплитуду, начальную фазу и способ кодирования полезного сигнала.
Принципиально многопараметрическая селекция может осуществляться по любым признакам сигнала. Наиболее интересными признаками являются амплитуда и фаза импульсов. Это определяется следующими причинами. Во-первых, амплитуда является энергетическим параметром и используется для выяснения окончательного решения при любом алгоритме предварительной обработке сигналов и помех, но в условиях соизмеримости амплитуд импульсов сигнала и внутрисистемных импульсных помех методы и устройства использующие селекцию сигнала только по амплитуде обладают слабой помехоустойчивостью. Во-вторых, изменение начальной фазы радиоимпульсов несет дополнительную информацию об источнике сигнала и характере среды передачи информации. Способ кодирования - это неотъемлемая часть, при помощи которой реализуется импульсно-кодовый сигнал. В дальнейшем будем подразумевать, что селекция сигнала также осуществляется и по способу кодирования.
Телекоммуникационные системы с импульсно-кодовыми сигналами являются прогрессивными системами передачи данных, в связи с этим перед разработчиками стоит задача повышения помехоустойчивости данных систем в условиях воздействия негауссовских импульсных помех и внутриаппаратурного шума. Одним из решений задачи повышения помехоустойчивости в описанной сигнально-помеховой обстановке и в большом динамическом диапазоне, является совмещение методов оптимального обнаружения и селекции сигнала из комплекса помех.
Цель работы: Повышение помехоустойчивости приемных устройств телекоммуникационных систем с импульсно-кодовыми сигналами в условиях воздействия негауссовских импульсных помех и шумов на основе многопараметрической селекции сигнала.
Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решаются следующие задачи: - проведение сравнительного анализа логарифмического и линейного методов усиления для использования в устройствах селекции импульсных сигналов; - исследование вероятностных характеристик параметров импульсно-кодового сигнала; - синтез обнаружителя импульсно-кодовых сигналов на фоне комплекса негауссовских импульсных помех и внутриаппаратурного шума; - построение модели и анализ структуры амплитудно-временного фазового селектора импульсно-кодовых сигналов; - разработка экспериментальной установки, включающей модель многопараметрического селектора, оценка помехоустойчивости многопараметрического селектора.
Методы исследования: Теоретическая часть работы выполнена с использованием положений теории вероятности, случайных процессов, математической статистики, методов вычислительной математики и компьютерного моделирования на ЭВМ.
Экспериментальные исследования проведены с использованием программы статистического и имитационного моделирования MATLAB 6.5, математического программного пакета MathCAD 2001 Professional.
Научная новизна:
1. Предложены полигауссовы модели квазислучайных флуктуации амплитуды и фазы импульсно-кодовых сигналов.
2. На основе использования полигауссовских моделей и методов анализа получены совместные двумерные плотности вероятности огибающей негауссовских импульсно-кодовых сигналов, комплекса импульсных помех, внутриаппаратурных шумов и взаимных комбинаций их сумм.
3. Разработан обнаружитель импульсно-кодовых сигналов на фоне комплекса негауссовских импульсных помех и внутриаппаратурного шума, основанный на совместном синтезе оптимального полигауссовского обнаружителя и селектора.
4. Разработан амплитудно-временной фазовый селектор импульсно-кодовых сигналов с дискретной автоматической регулировкой усиления, защищенный патентом Российской Федерации.
5. Получена новая структура многовыходового детектора сигналов, позволяющая решить задачу селекции импульсно-кодовых сигналов в большом динамическом диапазоне изменения амплитуд. Практическая значимость.
Разработана и предложена схема многопараметрического и многоканального селектора импульсно-кодовых сигналов с повышенной помехоустойчивостью. Создана виртуальная экспериментальная установка в программной среде для имитационного моделирования, которая позволила провести анализ помехоустойчивости многопараметрического селектора в различных помеховых ситуациях. Получен алгоритм анализа помехоустойчивости амплитудно-временного фазового селектора. Реализация результатов работы.
Разработанная модель селектора, защищена патентом (Пат. РФ №48125, МПК Н 03 К 5/00; Н 03 G 3/20). Теоретические и практические результаты диссертационной работы внедрены и используются в научных разработках инженерного общества радиоэлектронных систем и информационных технологий ООО «Бардос» и в учебном процессе в Казанском государственном техническом университете им. А.Н. Туполева.
Взаимные помехи и методы подавления импульсных помех
Несмотря на то, что этот вывод сделан для идеального канала при гауссовских шумах, он оказался отправным для практического развития средств и методов радиосвязи вообще. Использование сигналов с широкой частотно-временной базой предопределило появление новых методов разделения каналов и позволило отказаться от традиционного распределения рабочих частот данного диапазона между работающими радиостанциями.
Характерным примером систем связи подобного рода явились многоканальные асинхронные телекоммуникационные системы с частотновременным разделением каналов [7]. Идея построения систем передачи такого рода высказывалась в 1950 -1952 годах [20, 66], когда была предложена система связи с кодовым разделением сигналов, общий радиочастотный тракт которой использовался бы многими абонентами без синхронизации всей системы. Следует отметить, что в это же время были развернуты работы по разработке аналогичных систем связи советскими исследователями под руководством А.РЛившица [31].
В последующие годы эти принципы нашли применение не только в телекоммуникационных системах и телеметрических каналах передачи данных, но и в каналах ближней радионавигации, низовой радиосвязи и в ряде других систем. Характерными особенностями таких систем являются отсутствие синхронизации между сигналами и использование общего радиочастотного тракта. При этом сигналы принципиально являются не ортогональными, так как они нерегулярным образом перекрываются как по частоте, так и во времени. Поэтому, основным видом помех в системах связи подобного рода оказались внутрисистемные импульсные помехи, которые, при их большой плотности, имеют характер хаотических имульсных помех (ХИЛ) [7, 52]. По определению внутрисистемные помехи возникают в самой системе и определяются принципом разделения каналов в ней, а именно взаимодействием сигналов других абонентов этой же системы, попадающих на вход данного приемного устройства [28].
Следует подчеркнуть, что помехи этого типа являются характерными для любого коллектива радиотехнических средств, сосредоточенных в ограниченном пространстве [52, 69]. Тенденции к сосредоточению различных радиотехнических средств на одном или нескольких близкорасположенных объектах весьма характерны для инфотелекоммуникационной техники. По-видимому, эти тенденции будут усиливаться и в будущем по мере развития радиотехники и электроники.
Таким образом, для обширного класса импульсных систем передачи информации в особенности для телекоммуникационных ИКМ-систем основным видом помех стали хаотические импульсные помехи. Во многих случаях этот вид помех оказывается решающим фактором, ограничивающим достоверность передачи и реальную пропускную способность радиоканалов. Поэтому одной из актуальных задач современных телекоммуникационных систем с ИКС является разработка методов оптимизации приёмных устройств и повышение их помехоустойчивости в условиях воздействия ХИЛ и внутриаппаратурного шума. Интерес к этой проблеме заметно возрос в последние годы, на что указывает увеличение публикаций, посвященных различным методам подавления импульсных помех.
При разработке систем передачи информации было выяснено, что гораздо существеннее учитывать импульсный характер помех, а не рассматривать их как эквивалентный гауссов шум. По-видимому, именно это обстоятельство привело к тому, что методы защиты радиоканалов от импульсных помех слабо связаны с теорией оптимального приема в том виде, в котором она сложилась для каналов с гауссовскими помехами.
Большие возможности как при описании сигналов и помех, так и при анализе и синтезе алгоритмов и устройств обработки сигналов представляют вероятностные смеси стандартных распределений. Модели и методы смесей вероятностных распределений, в частности, гауссовских, райсовских, релеевских, эффективно используются для решения задач полного вероятностного описания произвольно флуктуирующих сигналов и помех, анализа их преобразования нелинейными инерционными динамическими системами, синтеза оптимальных алгоритмов обнаружения, различения и разрешения негауссовских сигналов в комплексе помех. Проблеме обработки случайных сигналов в негауссовских каналах и стохастических системах посвящены работы профессоров: Чабдарова Ш.М., Сафиуллина Н.З., Надеева А.Ф. и др.
Работы, посвященные изучению проблем обработки сигналов в негауссовских каналах связи очень актуальны в настоящее время. Например, в работах Голяницкого И.А. [1, 30], рассматривается обработка сигналов широкополосных систем при негауссовых помехах. В работе Сосулина Ю.Г. [79], - рассматривается обработка сигналов при негауссовских помехах. Обработка сигналов в негауссовских каналах (при воздействии негауссовских помех), в работах Голяницкого И.А., сводится к введению дополнительного канала компенсации помех (помеховой составляющей) и нелинейным, сложным процедурам обработки, сложность нелинейности которых зависит от вида негауссовских распределений.
В работах [89, 91] на основе полигауссовых моделей впервые была решена задача аналитического синтеза оптимальных алгоритмов обнаружения произвольно флуктуирующих сигналов на фоне негауссовских помех. В работе [92] синтезированы алгоритмы обработки произвольно флуктуирующих импульсных сигналов на фоне комплекса шумовых и импульсных помех. В работах [60, 90] решены задачи синтеза алгоритмов для различных прикладных задач, в частности алгоритмов различения, полного разрешения флуктуирующих импульсных сигналов в комплексе негауссовских помех для широкого класса радиотехнических систем.
Применение многовыходовых усилителей в устройствах селекции импульсных сигналов
Телекоммуникационные системы представляют собой большие технические комплексы, в состав которых входят функциональные узлы различного назначения и сложности. Среди них особое место занимают усилительные устройства. Это объясняется, как разнообразием их использования в различных блоках аппаратуры, так и тем, что технические показатели применяемых усилителей в значительной мере определяют качество, соответствие техническим условиям и надежность функционирования всей большой системы в целом [46].
В практике современной технике усилителей используются линейные, логарифмические принципы усиления. Многие сигналы часто необходимо принимать в широком динамическом диапазоне. Например, уровень сигналов на входе телекоммуникационных приемников иногда изменяется за короткий промежуток времени от нескольких микровольт до нескольких вольт [87] и достигает до 120 дБ.
Фактором, ограничивающим возможность обеспечения широкого динамического диапазона приемника, по входным сигналам І .«.=С ,.іД4с.« и сохранением постоянного отношения с/ш (сигнал/шум) на входе и выходе, использующего линейный усилитель, обычно, является линейность усилителя.
Динамический диапазон линейных усилителей по выходным сигналам Dy.eax ограничивается сверху явлением насыщения и пороговым уровнем, как показано на рис. 2.1. Таким образом, Dyeba.-Ueba.,/UebCLH определяется отношением уровня насыщения и порогового уровня. Динамический диапазон линейного усилителя по входным сигналам равен динамическому диапазону по выходным сигналам.
Линейные и сверхлинейные системы могут обеспечить динамический диапазон не более 1&+1& [39], т.е. рабочая величина динамического диапазона DyM у большинства линейных усилителей обычно не превышает 25дБ, что слишком мало.
Ограниченный динамический диапазон Dyex можно расширить несколькими путями, один из них - использование логарифмических усилителей. При использовании соответствующих логарифмических усилителей можно обеспечить DyM 100 дБ, т.е. в устройствах легко достигается динамический диапазон порядка 106+10!2. Динамический диапазон логарифмических усилителей по выходным сигналам имеет те же предельные значения, что и у линейных усилителей (20—30 дБ). Таким образом, логарифмический усилитель обеспечивает мгновенное сжатие широкого динамического диапазона DyM входного сигнала в узкий динамический диапазон DyebiX выходного сигнала.
Логарифмические амплитудные характеристики реализуются за счет включения нелинейных элементов (полупроводниковых диодов и транзисторов) в цепи нагрузки и или цепи обратных связей. При малых входных сигналах амплитудная характеристика усилителя линейна (так называемый линейно-логарифмический приёмник). С ростом входного сигнала, нелинейный элемент, например диод, начинает проводить электрический ток; его внутреннее сопротивление падает и шунтирует сопротивление нагрузки. Общее сопротивление нагрузки изменяется так, что амплитуда на выходе усилителя пропорциональна логарифму амплитуды на входе [23].
Амплитудная характеристика логарифмического усилителя представлена на рис. 2.2, видно, что логарифмический усилитель имеет ограничение усиления, определяемое нелинейной связью входного и выходного сигнала, т.е. коэффициент усиления нелинеен.
Использование логарифмического усиления характеризуется рядом недостатков, Технология логарифмического усиления, использующая обычно транзисторный или диодный р-п переход, приводит к дополнительной зависимости работы усилителя от температуры. Отношение с/ш на входе логарифмического усилителя, выше, чем на выходе, за счет сжатия входного сигнала, Таким образом, использование принципов логарифмического усилителя приводит к невысокой точности, низкого отношения с/ш и необходимости частой калибровки приборов [23].
Хорошее приближение к требуемым функциональным зависимостям, в частности к логарифмическим, дают устройства с полигональными амплитудными характеристиками. Наиболее часто такие амплитудные характеристики достигаются путем суммирования выходных сигналов с промежуточных каскадов усиления. Таким образом, другой способ у.вх расширения динамический диапазона Д, ЭТО использование многокаскадного соединения линейных усилителей (рис. 2.3), при этом используется линейный участок амплитудных характеристик усилителей, с ограничением до момента наступления насыщения (рис. 2.1).
Помехоустойчивость обнаружителя импульсно-кодового сигнала с амплитудно-временным фазовым селектором
Полученные в главах диссертации теоретические результаты требуют подтверждения. Среди существующих способов проверки теоретических результатов можно выделить следующие: сопряжение полученных результатов с известными при стремлении какого-либо из параметров к 0 или о, проверка выполнения физических законов (сохранения и т. д.), сборка принципиальной схемы устройства с последующим ее исследованием, компьютерный эксперимент и т.д. Наиболее широко применимыми на сегодняшний день являются компьютерный эксперимент и исследование принципиальной схемы устройства на основе полученных теоретических результатов. Второй путь - долгий и дорогостоящий.
Имеется в виду, что кроме сборки принципиальной схемы селектора, необходимо иметь формирователь импульсных сигналов. Поэтому фактически необходимо было бы разрабатывать и собирать принципиальную схему не только приемного устройства импульсных сигналов, но еще и передающего, т.е. пришлось бы заниматься телекоммуникационной ИКМ-системой, что выходит за рамки настоящей диссертационной работы. Кроме указанных инженерных работ потребовалась бы контрольная радиосистема, а также наличие дефицитных приборов.
Поэтому в качестве лабораторной установки применяется виртуальная экспериментальная установка, смоделированная на компьютере. В последнее время широкое применение находят виртуальные приборы и установки, которые представляют собой программы, созданные в графической среде программирования. Они широко используются в промышленности, образовании и научно-исследовательских лабораториях для сбора данных и управления приборами.
Можно выделить следующие причины популярности применения виртуальных установок: - компьютер выполняет все функции измерения и контроля, которые могут выполнять традиционные измерительные приборы; - применение компьютера для создания системы позволяет создавать гибкие и удобные инструменты; - создание виртуальной установки является относительно простым и сравнительно недолгим делом, в сравнении с созданием традиционного прибора; - виртуальные установки имеют меньшую стоимость, чем традиционные приборы.
Есть множество программных продуктов для схемотехнического моделирования телекоммуникационных систем и устройств. Среди них наиболее известными являются PSpice, Electronics Workbench, MICRO -CAPV, Design Lab и др. Все они имеют одну общую деталь, а именно, они работают с принципиальными схемами. Процесс проектирования в этих программах начинается с графического ввода принципиальной схемы, а затем производится анализ ее характеристик. В этом есть некоторое неудобство, т.к. приходится привязываться к конкретной принципиальной схеме, выполненной на конкретной элементной базе.
Теоретические результаты, полученные в диссертации, являются общими и независящими от конкретной принципиальной схемы, А потому, эксперимент должен проводиться на основе структурной или функциональной схемы селектора. Предлагается использовать для компьютерного эксперимента программный продукт MATLAB фирмы The Math Works, Inc.
Программные средства моделирования динамических систем известны давно, к ним относятся, например, программа Tutsim или LABVIEW. Однако для эффективного применения таких средств необходимо применение высокоскоростных решающих устройств. Интеграция одной из самых быстрых матричных математических систем - MATLAB - с пакетом Simulink открывает новые возможности использования самых современных математических методов для решения задач динамического и ситуационного моделирования сложных систем и устройств [34].
Таким образом, для создания виртуальной экспериментальной установки была использована среда графического программирования MATLAB. Программная среда MATLAB: 1. предоставляет разработчику лёгкую в использовании графическую оболочку, которая включает в себя весь набор инструментов, необходимых для сбора данных, их анализа и графического представления полученных результатов; 2. превосходно подходит для бесчисленных применений в области науки и техники; 3. позволяет симулировать работу физического устройства или реальной системы, что даёт возможность провести эксперимент без привлечения значительных средств и т.д.
В состав расширенной версии MATLAB входит пакет моделирования динамических систем - Simulink. Пакет является ядром интерактивного программного комплекса [34]. Simulink - интерактивный инструмент для математического моделирования, имитации и анализа линейных и нелинейных динамических систем и устройств, представленных своей функциональной блок-схемой именуемой -модель. Он дает возможность строить графические блок-диаграммы, имитировать динамические системы, исследовать работоспособность систем и совершенствовать проекты. Simulink полностью интегрирован с MATLAB, обеспечивая немедленным доступом к широкому спектру инструментов анализа и проектирования. Simulink также интегрируется с State/low для моделирования поведения, вызванного событиями.
