Содержание к диссертации
Введение
1. Проблема передачи служебной информации по занятым каналам. постановка задачи исследования 12
.1.Примеры систем передачи служебной информации по занятым телефонным каналам12
1.1.1. Автоматизированная система коммерческого учета и отключения электроэнергии у бытового (АСКУЭ) 12
1.1.2. Системы оперативно-технологической связи (ОТС) 18
1.2. Статистические характеристики речевого сигнала 19
1.2.1. Методы математического описания речевых сигналов. 19
1.2.2. Экспериментальные характеристики 24
1.3. Качество воспроизведения речевого сигнала при передаче по каналу связи совместно со служебными сигналами 26
1.4. Характеристики сигналов с расширением спектра 28
1.4.1. Расширение спектра со скачками во времени 29
1.4.2. Расширение спектра скачками по частоте 30
1.5. Постановка задачи исследования 34
2. Синтез и анализ асимптотически оптимальных алгоритмов обнаружения и различения слабых сигналов в негауссовских помехах 36
2.1. Постановка задачи 36
2.2. Синтез алгоритмов обнаружения и различения слабых сигналов в негауссовских коррелированных помехах 36
2.2.1. Особенности синтеза алгоритмов 36
2.2.2. Когерентный прием 43
2.2.3. Некогерентный прием 48
2.3. Анализ эффективности нелинейной обработки в случае полигауссовских моделей коррелированных речевых помех 51
2.3.1. Помехи с независимыми значениями 51
2.3.2. Коррелированные помехи 57
2.4. Анализ характеристик когерентного различения служебных сигналов в негауссовских помехах условиях малых ОСП 69
2.4.1. Когерентное различение служебных сигналов в условиях негауссовских помех с независимыми значениями 70
2.4.2. Когерентное различение сигналов в условиях коррелированных негауссовских помех
2.5. Оценка помехоустойчивости передачи служебных сигналов с корректирующим кодированием 79
2.6. Выводы 81
3. Передача слабых служебных сигналов в условиях мощных импульсных помех 84
3.1. Разработка модели потока ошибок по характеристикам совокупности помех в телефонном канале 84
3.1.1. Постановка задачи 84
3.2 Разработка модели помех импульсного типа 85
3.2.1. Разработка математической модели непрерывного канала связи 85
3.2.2. Модель механизма возникновения импульсных помех в каналах связи 88
3.2.3. Марковская модель потока ошибок при воздействии помех импульсного типа 92
3.3. Экспериментальные характеристики импульсных помех, вызванных речевыми сигналами в телефонных каналах связи 101
3.4. Разработка математической модели речевого сигнала как помехи 108
3.4.1. Экспериментальная оценка характеристик импульсных помех вызванных речевым сигналом ПО
3.4.2. Разработка модели источника речевых пакетов с учетом особенностей телефонного диалога. 112
3.5. Расчёт характеристик потока ошибок по параметрам модели 117
3.6. Оценка адекватности модели потока интервалов реальной структуры речевого сигнала 120
3.7. Выводы 123
4. Реализационные основы передачи служебных сигналов по занятым каналам связи 125
4.1. Реализация передатчика шумоподобного сигнала со скачками частоты 125
4.2. Структурная схема устройства приема сигналов со скачками частоты и устройства анализа речевого сигнала 129
4.3. Реализация передатчика последовательных шумоподобных сигналов 137
4.4. Исследование характеристик речевого сигнала в каналах передачи служебных сигналов 139
4.4.1. Исследование спектральных характеристик речевого сигнала в каналах передачи служебных сигналов 139
4.4.2. Амплитудный анализ речевого сигнала 144
4.4.3. Исследование спектрально-корреляционных характеристик речевого сигнала в канале передачи служебных сигналов 145
4.4.4. Исследование характеристик приведенного звукового давления, создаваемого последовательным ШПС 145
4.5. Выводы 148
Заключение 151
Литература 153
Приложения 159
- Автоматизированная система коммерческого учета и отключения электроэнергии у бытового (АСКУЭ)
- Синтез алгоритмов обнаружения и различения слабых сигналов в негауссовских коррелированных помехах
- Разработка математической модели непрерывного канала связи
- Структурная схема устройства приема сигналов со скачками частоты и устройства анализа речевого сигнала
Введение к работе
В задачах повышения эффективности сложных систем связи приоритетными являются не только оценки, но и разработка методов рационального использования построения каналов связи с использованием специальных сигналов, распределенных во времени или на разных частотах по псевдослучайному закону, известному только корреспонденту. Применение этих сигналов позволяет получить новые, весьма высокие стандарты качества и надежности работы информационных каналов.
В качестве примера таких информационных систем можно привести автоматизированную систему коммерческого учета и отключения электроэнергии у бытового потребителя (АСКУЭ), предназначенную для уменьшения потерь электроэнергии в бытовом секторе, с одной стороны, и уменьшения задолженности бытового потребителя за фактически потребленную электроэнергию, с другой. Данная система позволяет добиться от этих неплательщиков регулярных платежей за потребленную электроэнергию. Цель достигается за счет применения новых технологий передачи.
Система решает задачи сбора, накопления, обработки и представления информации о потреблении электроэнергии; контроля технического состояния распределительных сетей и приборов учета, выявление аварий, хищений и других нарушений, составление баланса от подъездного до пофидерного; управление потреблением электроэнергии на уровне отдельного потребителя (дистанционное отключение-подключение, ограничение потребления).
Проблематике моделирования и автоматизизации коммерческого учета и отключения электроэнергии, снижения коммерческих потерь электроэнергии посвящены исследования ученых В.Э. Воротницкого, Ю.С. Железко, С.Л. Кужекова, И.И. Надтоки, В.Г. Фетисова и др.
Вместе с тем одним из наиболее ответственных и до настоящего времени достаточно не изученных участков построения подобных систем контроля и учета является системы передачи информации от первичных датчиков лектроэнергии (электросчетчиков бытовых потребителей) до устройства регистрации. Это так называемая «последняя миля» подобных систем. Строить специальные выделенные сети связи для этих целей экономически не целесообразно. Внимание разработчиков обращено к использованию существующих систем связи - радио и проводных. В настоящее время можно выделить несколько видов каналов, среди которых наиболее перспективными являются «занятые» каналы связи: электропроводка, выделенные или коммутируемые телефонные каналы связи. Каждый из этих каналов имеет свои достоинства и недостатки. Работа в этом направлении ведется в настоящее время по всем из этих направлений.
Другим примеров использования таких служебных сигналов может служить оперативно-технологическая связь (ОТС). Например, передача сигналов контроля целостности канала связи в одном канале с речевым сигналом. Необходимость такого контроля особенно очевидна при организации сети каналов связи совещаний. Для организации непрерывного контроля целостности может использоваться аппаратура обнаружения контрольных сигналов, которые передаются в полосе речевых сигналов от аппаратуры наиболее удаленных абонентов.
Изложенные выше обстоятельства требуют решения важной научно-технической задачи разработки теории и методов реализации нового класса систем автоматизированной обработки и передачи служебной информации по занятым каналам связи, обеспечивающих существенный выигрыш в достоверности сообщений, в том числе и при воздействии мощных, сильно коррелированных негауссовских помех. Сложность этих задач усугубляется тем, что с целью повышения экономической эффективности разработки целесообразно использовать наиболее распространенные и доступные каналы связи, в первую очередь - телефонные.
Под «занятыми» понимаются существующие каналы связи, предназначенные для иных, чем задачи учета и контроля электроэнергии целей. Исследования показывают, что при использовании как силовых линий электропередачи (в простейшем случае электропроводки напряжения 220 В) так и в случае телефонных каналов решение задачи обеспечения высокой достоверности передачи информации невозможно без применения теории шумоподобных сигналов.
Фундаментальные и прикладные исследования в области формирования, передачи и обработки шумоподобных сигналов Л.Е. Варакина, В.В. Калмыкова, В.Б. Пестрякова, Н.Т. Петровича, К. Феера, Ю.С. Шинакова и др. положены в основу решения этих задач.
Анализ помехоустойчивости систем передачи служебной информации по занятым каналам связи предполагает, что полезный информационный сигнал будет оказывать мешающее влияние на служебный сигнал. Более того, так как статистические характеристики основного информационного сигнала ( например в телефонном канале это может быть речевое сообщение) могут быть достаточно хорошо изучены, эта информация может быть положена в основу создания современных систем передачи служебной информации по занятым каналам связи.
Исследования показывают, что в основу создания таких систем могут быть положены результаты теоретических и прикладных исследований в области обработки и передачи сигналов в негауссовских помехах отечественных и зарубежных ученых Б.Р. Левина, В. Г. Валеева, Н К. Кульмана, Д. Мидлтона, А.Н. Малахова, Ю.Г. Сосулина, В.Я. Конторовича, Ш.М. Чабдароыва, О.И. Шелухина и др.
Целью диссертационной работы является разработка принципов построения и методов реализации систем передачи служебных сигналов в системах управления и связи при обеспечении гарантии качества передачи информационных сообщений (речи и данных), обеспечивающих рациональное использование имеющихся каналов передачи информации.
Для достижения поставленной цели потребовалось решение следующих задач:
• теоретический анализ и экспериментальное исследование методов передачи служебных сигналов с расширением спектра по занятым телефонным каналам, а также статистический анализ характеристик помех и факторов, оказывающих мешающее воздействие на работу систем передачи служебных сообщений;
• разработка алгоритмов обработки и оценка достоверности передачи слабых дискретных сигналов на фоне воздействующих интенсивных негауссовских помех;
• выбор типа и параметров сигналов с расширением спектра с целью обеспечения заданной вероятности ошибки передачи служебных сигналов по занятым телефонным каналам связи при гарантированном обеспечении разборчивости полезного речевого сообщения;
• оценка достоверности передачи служебных сигналов, с использованием одночастотных и многочастотных сигналов с расширением спектра, в условиях потока сосредоточенных по времени помех, вызванных речевыми сообщениями;
• разработка устройства передачи служебных сигналов с расширением спектра по занятым телефонным каналам, с целью проведения экспериментальных исследований характеристик помехоустойчивости, а также устройства анализа качества передачи речевых сообщений, при их совместной передаче со служебными сигналами по занятому телефонному каналу связи.
В основу проведенных исследований положены методы теории вероятности, случайных процессов, математической статистики, математического и физического моделирования.
Научная новизна результатов диссертационного исследований
1. Предложен метод передачи служебных сигналов по занятым телефонным каналам с помощью сигналов с расширением спектра при гарантированном обеспечении качества информационных сообщений.
2. Синтезированы асимптотически оптимальные алгоритмы обработки слабых дискретных сигналов на фоне интенсивных аддитивных коррелированных негауссовских помех, содержащие блоки нелинейной инерционной обработки, характеристики которых определяются распределением и корреляционными свойствами речевого сообщения.
3. Разработаны рекомендации по выбору типа и параметров сигналов с расширением спектра, с целью обеспечения заданной вероятности ошибки передачи служебных сигналов по занятым телефонным каналам связи при гарантированном обеспечении высокой разборчивости полезного речевого сообщения.
4. Проведен теоретический анализ и разработана марковская модель потока ошибок, устанавливающая взаимосвязь параметров совокупности импульсных помех, вызванных речевым процессом и параметрами занятого канала связи.
5. Разработано программное обеспечение, проведено имитационное моделирование и получены численные результаты, подтвердившие возможность применения предложенных моделей и алгоритмов для анализа систем передачи служебной информации с помощью шумоподобных сигналов в одном канале с речевым сообщением.
6. Предложены принципы построения и методы реализации передающих и приемных устройств служебных сигналов по занятым телефонным каналам связи с высокой достоверностью с использованием сигналов с расширением спектра и помехоустойчивым кодированием, не ухудшающие разборчивости речи в тракте телефонного канала даже при значительном уровне служебных сигналов.
Практические результаты
Разработанные структурные и принципиальные схемы устройств передачи служебных сигналов с расширением спектра по занятым телефонным каналам связи, а также результаты экспериментальных исследований характеристик помехоустойчивости могут быть использованы при реализации систем непрерывного дистанционного учета потребления электроэнергии в бытовом секторе или оперативно-технологической связи по занятым каналам связи.
Реализация работы. Работа выполнялась в рамках НИР ГОУ ВПО МГУС № 01.04.04 (РН ВНИТЦ №0120.0.404696, 2004-2006гг.) «Исследование и разработка цифровых методов сбора, обработки и передачи данных на всех уровнях автоматизированной системы контроля и учета электроэнергии».
Результаты исследований использованы при разработке устройства передачи коротких цифровых сообщений с помощью сигналов с расширением спектра по занятым телефонным каналам, а также устройства регистрации речевых сообщений при мешающем действии сигналов с расширением спектра в системах дистанционного управления удаленными пунктами на железнодорожном транспорте, что подтверждается соответствующим актом о внедрении.
Обоснованность и достоверность научных положений
Достоверность основных выводов и результатов работы подтверждаются корректностью математических выкладок, сопоставлением расчетных зависимостей с полученными результатами проведенных экспериментальных исследований передачи служебных сообщений по занятым телефонным каналам. Основные положения, выносимые на защиту
1. Создание асимптотически оптимальных алгоритмов когерентного и некогерентного различения слабых служебных сигналов при воздействии мощных коррелированных негауссовских помех в виде речевых сообщений, а также аналитические и численные оценки достоверности передачи служебных сигналов по занятым телефонным каналам связи, при условии ограничения полосы пропускания и отношения сигнал-помеха.
2. Установление взаимосвязи параметров совокупности импульсных помех, вызванных речевыми процессами в телефонном канале и параметров модели ошибок канала связи, а также оценки адекватности моделируемых и реальных потоков ошибок в занятых телефонных каналах связи при передаче служебных сигналов.
3. Разработка рекомендаций по выбору параметров псевдослучайных последовательностей с расширением спектра, позволяющих обеспечить требования по обеспечению заданной достоверности передачи служебных сигналов и не ухудшающих разборчивость речи в тракте телефонного канала.
4. Развитие принципов построения и методов реализации устройств передачи и приема служебной информации по занятым телефонным каналам связи с использованием сигналов с расширением спектра.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на Международных научно-практических конференциях. «Наука - сервису» (Москва, 2005, 2006, 2007гг.) и научно-практических конференциях «Проблемы развития электротехнических комплексов и информационных систем» (Москва 2005,2006гг.).
Публикации. По результатам выполненных исследований в период 2005 -2007 гг. опубликовано 9 научных работ, в том числе две в рецензируемых периодических журналах, рекомендуемых ВАК.
Автоматизированная система коммерческого учета и отключения электроэнергии у бытового (АСКУЭ)
В последние годы все без исключения энергопредприятия России и стран СНГ терпят убытки из-за неплатежей в бытовом секторе. Автоматизированная система коммерческого учета и отключения электроэнергии у бытового потребителя (АСКУЭ) [1,94] предназначена для уменьшения потерь электроэнергии в бытовом секторе, с одной стороны, и уменьшения задолженности бытового потребителя за фактически потребленную электроэнергию, с другой. Данная система позволяет добиться от этих неплательщиков регулярных платежей за потребленную электроэнергию. Цель достигается за счет применения новых технологий передачи данных и достижений, современных платежных (билинговых) систем.
Автоматизированная система коммерческого учёта электроэнергии (АСКУЭ) - комплекс специализированных, метрологически аттестованных технических и программных средств, позволяющих производить измерение и вычисление сальдированной величины потребления - генерации электроэнергии субъекта рынка.
Система решает задачи сбора, накопления, обработки и представления информации о потреблении электроэнергии; контроля технического состояния распределительных сетей и приборов учета, выявление аварий, хищений и других нарушений, составление баланса от подъездного до пофидерного; управление потреблением электроэнергии на уровне отдельного потребителя (дистанционное отключение-подключение, ограничение потребления). В состав АСКУЭ входит устройство сбора и передачи данных (УСПД). УСПД - это многофункциональное устройство, работающее в автоматическом режиме в составе АСКУЭ субъекта рынка, осуществляющее приём, обработку, хранение, отображение (необходимость определяется проектом) информации от счётчиков электроэнергии и обеспечивающее передачу данных (по различным каналам связи) на вышестоящие уровни сбора и обработки информации.
Таким образом, АСКУЭ основана на удаленном считывании показаний счетчиков, передачи данных по каналам связи на установленные на подстанциях устройства сбора показаний счетчиков, и дальнейшей передачи их на подсистему учета реализации и оплаты услуг (далее билинговая подсистема) расчетного центра. В системе предусматривается удаленное выключение-включение энергии посредством передачи команды с билинговой системы на счетчик. АСКУЭ состоит из счетчиков электроэнергии класса точности 0,2S и модулей приема/передачи данных, домовых концентраторов сбора показаний счетчиков, (вариант многоэтажного дома); устройств сбора показаний счетчиков, устанавливаемых на 6кВ трансформаторах; подсистем управления устройствами сбора показаний счетчиков; билинговой подсистемы.
В зависимости от места установки - одноэтажная или многоэтажная застройка - предусмотрены различные варианты подключения. Для многоэтажных зданий, с целью уменьшения стоимости, счетчик подключается к домовому концентратору, к которому может быть подключено до 6400 счетчиков.
В малоэтажном здании счетчик дополнительно комплектуется модулем приема/передачи данных по силовой линии 220В. Функционирование АСКУЭ в обоих случаях одинаково.
Периодично производится съем показаний электросчетчиков, путем посылки группового вызова из билинговой подсистемы в устройства сбора показаний электросчетчиков. Каждое устройство опрашивает подключенные счетчики и передает данные в расчетный центр. Смена тарифов происходит посредством группового вызова с последующей передачей коэффициента тарификации.
Известны различные способы построения подобных систем. Так например, система SMART IMS строится на основе ограниченного набора базовых элементов: Датчик электроэнергии (ДЭ) SMART ElSensor; Сетевой узел SMART Net Node; Маршрутизатор SMART Router. Под датчиком электроэнергии понимается электронная плата, измеряющая потребление одного абонента.
На основе базовых элементов комплектуются следующие устройства системы: Многоканальный счетчик с выходом на P-Net (рис. 1.1), служит для контроля и управления потреблением в 4-х точках учета однофазной цепи. Исполняется в едином корпусе, полностью закрытом от потребителя. Не имеет индикации показаний и каких-либо регулировочных элементов. Предназначен для установки в многоквартирных домах, ставится на посадочные места индукционных счетчиков. Обслуживает квартиры на одном этаже.
Синтез алгоритмов обнаружения и различения слабых сигналов в негауссовских коррелированных помехах
При реализации систем передачи служебных сигналов по занятым каналам связи необходимо передавать информацию медленно во времени и как правило достаточно редко. Как правило ее объем не превышает несколько сот бит, а время передачи, как правило не ограничено и может составлять от десятков минут до нескольких часов. То есть подобная информация передается сравнительно редко и занимает небольшую часть времени. В этих условиях организовывать специальные каналы связи нецелесообразно и можно использовать уже существующие (занятые) каналы связи.
Так в случае АСКУЭ, учитывая, что современные многоэтажные жилые дома, как правило, телефонизированы, естественно использовать для передачи служебных сигналов занятые телефонные каналы связи.
Целесообразно использовать шумоподобную модуляцию (сигналы с расширением спектра), позволяющую снизить мощность передаваемого сигнала АСКУЭ по занятому каналу связи, что делает его незаметным на фоне общего шума, и не вносит существенных помех в электрическую сеть и не влияет на качество передачи основного информационного сигнала канала связи.
При скорости обмена 4,8 кбит/с приблизительное время опроса 500 счетчиков по одной линии составит 20 мин. Требуемая достоверность передачи служебной информации по занятому каналу связи как правило является заданной величиной и колеблется в зависимости от назначения системы от 10"5 до 10"8.
Применение ШПС с относительно низким уровнем мощности для передачи служебных сигналов на фоне речевых сообщений позволяет также надеяться на их хорошую маскировку от несанкционированного доступа к передаваемой информации.
Цель и задачи исследования. Целью работы является разработка принципов построения и методов реализации систем передачи служебных сигналов в системах управления и связи при обеспечении гарантии качества передачи информационных сообщений (речи и данных), обеспечивающих рациональное использование имеющихся каналов передачи информации.
Для достижения поставленной цели требуется решение следующих задач:
теоретический анализ и экспериментальное исследование методов передачи служебных сигналов с расширением спектра по занятым телефонным каналам, а также статистический анализ характеристик помех и факторов, оказывающих мешающее воздействие на работу систем передачи служебных сообщений;
разработка алгоритмов обработки и оценка достоверности передачи слабых дискретных сигналов на фоне воздействующих интенсивных негауссовских помех;
выбор типа и параметров сигналов с расширением спектра с целью обеспечения заданной вероятности ошибки передачи служебных сигналов по занятым телефонным каналам связи при гарантированном обеспечении разборчивости полезного речевого сообщения;
оценка достоверности передачи служебных сигналов, с использованием одночастотных и многочастотных сигналов с расширением спектра, в условиях потока сосредоточенных по времени помех, вызванных речевыми сообщениями;
разработка устройства передачи служебных сигналов с расширением спектра по занятым телефонным каналам, с целью проведения экспериментальных исследований характеристик помехоустойчивости, а также устройства анализа качества передачи речевых сообщений, при их совместной передаче со служебными сигналами по занятому телефонному каналу связи.
Анализ условий передачи служебных сигналов по занятым телефонным каналам показывает, что помехи, на фоне которых необходимо их передавать, имеют явно выраженный негауссовский характер. Подобный характер распределения этих помех обусловлен речевым характером сообщений, передаваемых по каналам связи. Тот факт, что статистические характеристики этих помех могут быть хорошо изучены, упрощает задачу обнаружения и различения служебных сигналов в канале связи. Вторым важным обстоятельством является малое отношение сигнал-шум, что также является специфической особенностью подобных систем передачи. В этих условиях при синтезе и анализе систем передачи могут быть использованы положения теории асимптотически оптимального приема, достаточно хорошо изученные в работах [16,28,29].
Вопросы, которые требуется дополнительно рассмотреть, связаны, прежде всего, с коррелированным характером речевых помех, а также конкретизация вида распределения помех.
Синтез алгоритмов обнаружения и различения слабых сигналов в негауссовских коррелированных помехах
Выбор математической модели непрерывного канала связи, отражающей преобразование сигнала в канале с учётом реальных свойств среды передачи и действия помех, является, необходимым этапом при выборе и построении приёмной и передающей аппаратуры.
До недавнего времени для описания случайных процессов в каналах связи преимущественно использовались модели в форме конечномерных распределений вероятностей и соответствующих моментов функций [76,77]. Громоздкость этого аппарата, особенно заметная при использовании многомерных распределений или моментов высших порядков, заставляет в подавляющем большинстве случаев на практике ограничиваться описанием сигналов и помех в терминах первых двух моментов или соответствующих спектральных характеристик, которое, как известно, является полным только для гауссовских процессов. Между тем в каналах связи нередко характеристики помех импульсного типа описываются негауссовскими распределениями. Поэтому выбор модели импульсного типа является актуальным при решении ряда технических задач.
Описание реальной помеховой обстановки в канале связи является некоторой его идеализацией, отражающей лишь наиболее существенные (с точки зрения тех или иных задач) свойства, и определяет, таким образом, лишь модель реального канала связи. В широком смысле, под моделью случайного процесса, скажем возникновения помех, понимают любое указание на его класс и вид вероятностных характеристик [74]. В этом смысле говорят, например, о "гауссовских моделях", "марковских моделях" и т. п. В более узком смысле под моделью случайного процесса понимают алгоритм формирования его реализации, обеспечивающей получение заданных вероятностных характеристик [38].
Если представить канал связи как среду для передачи информации, то параметры канала можно рассматривать как характеристики совокупности помех и искажений. В задачах статистической теории связи для аддитивных помех до последнего времени доминировала модель в виде гауссовского шу, чаще всего принимавшегося «белым». Однако в каналах связи значительную роль играют и такие шумы, которые весьма далеки от гауссовских: это, в частности, различного рода импульсные и сосредоточенные помехи. Кратковременные перерывы и занижения уровня сигнала, носящие, как правило, импульсный характер возникновения, в сочетании с другими мешающими факторами существенно снижают качество передачи данных. Чтобы получить удовлетворительные результаты при имитации каналов с указанными помехами и тем более при оценке качества функционирования систем передачи служебных сообщений по занятым каналам, необходимо учесть в модели действительный закон их распределения.
Фазо-частотные характеристики каналов связи, нелинейность которых приводит к искажениям формы принимаемого сигнала, помехи импульсного типа, представляющие собой непериодическую последовательность кратковременных возмущений, в основном определяют структуру потока ошибок [5,18,74]. Можно констатировать, что источники помех сосредоточены в большинстве случаев в линейных трактах систем передачи, они многочисленны и распределены вдоль всей линии связи. В случае передаче дискретных служебных сигналов по занятому каналу связи источником импульсных помех выступает речевой сигнал, уровень которого значительно больше полезного сигнала.
Как показывают экспериментальные исследования [76], напряжения импульсных помех на выходе каналов связи, например, телефонного, в общем случае могут значительно отличиться друг от друга по характеру изменения во времени и отличаются от импульсной характеристики сигнала. Этот факт затрудняет измерение статистических характеристик импульсных помех и исследование их влияния на сигналы передачи дискретной информации.
Проведённый анализ в работе [5] показал наличие сравнительно небольшого числа устойчивых форм импульсных помех в исследованных телефонных каналах. Существование типичных форм напряжений импульсных помех показывает на некоторую ограниченность применение результатов исследования воздействия помех на приёмник при представлении импульсных помех реакцией приёмного тракта на дельта-импульсы.
Последовательность импульсных помех характеризуется случайными МОМеНТаМИ ВОЗНИКНОВеНИЯ /, , СЛучаЙНЫМ СПеКТрОМ / - ОГО ВОЗМущеНИЯ 5,((0) и местом проникновения помехи в канал. Рассмотрим модель импульсных помех на входе демодулятора приёмника, представляющую последовательность реакций приёмного тракта на поток импульсных возмущений ( ) = ІТ" ) )kco,tiy( dco, (3.1) 1-І _оо где S, (со) - спектральная плотность / - го импульсного воздействия в точке проникновения его в канал связи; k(co,t,) - передаточная функция канала связи от места проникновения /-ой импульсной помехи в него до входа демодулятора приёмника:k(co,ti) = k0ie a; а т а } , Здесь а,(о)),ц ,(о)) - амплитудно-частотная и фазо-частотная характеристики канала связи от места возникновения /- той импульсной помехи до входа демодулятора приёмника; в0, - фаза при нулевой частоте.
Структурная схема устройства приема сигналов со скачками частоты и устройства анализа речевого сигнала
В процессе разработки системы передачи сигналов со скачками частоты выяснилось, что устройство приема сигналов и устройство анализа речевого сигнала имеют общие схемные решения. Благодаря этому оба устройства могут быть выполнены на одном устройстве, а переход от одного устройства к другому может осуществляться перестановкой перемычек, о которых будет сказано ниже.
Рассмотрим структурную схему приемного устройства, представленную на рис.
В схеме приняты следующие обозначения: ГТФ1 - ПФ7 - полосовые фильтры блока частотных каналов (БЧК); Д1 - Д7 - амплитудные детекторы БЧК; КІ - К7 -компараторы БЧК; ПП - панель переключений; Л1 - Л6 - линии задержки блока временных каналов (БВК); БУЛЗ - блок управления линиями задержки БВК; ЗГ -задающий генератор; БО - блок опроса ;СПИ - счетчик прямоугольных импульсов; БВЗ - блок временной защиты; Т - выходной триггер; БУТ - блок управления триггером.
Как было показано выше, устройство приема служебного сигнала должно принимать семичастотный сигнал с заданными порядком следования и длительностью элементарных посылок, а также вырабатывать решение о наличии служебного сигнала по мажоритарному принципу.
В рассматриваемом устройстве прием сигнала с заданной структурой основан на методе выделения частотных посылок. При этом частота каждой элементарной посылки соответствует частоте настройки одного из семи полосовых фильтров, что определяет наличие 7 частотных каналов анализа.
Для принятия решения о наличии служебного сигналов необходимо, чтобы все частотные посылки приходили на вход мажоритарного устройства одновременно. Поскольку все частотные посылки распределены во времени, т.е. занимают разное временное положение, то для обеспечения одновременности их прихода на мажоритарное устройство в приемнике сигналов взаимодействия предусмотрены линии задержки, выполненные в виде оперативных запоминающих устройств (ОЗУ). Однако в этих ОЗУ удобно записывать и обрабатывать не синусоидальный сигнал, а логический уровень. Поэтому для преобразования синусоиды в прямоугольный импульс «логической 1», длительность которого равна длительности частотной посылки, в каждом частотном канале после полосового фильтра должны стоять амплитудный детектор и компаратор. Амплитудный детектор выдает некоторое постоянное напряжение при наличии на его входе синусоидального сигнала, а компаратор на основании выходного сигнала детектора формирует прямоугольный импульс.
Таким образом, устройство приема сигналов взаимодействия имеет семь частотных каналов, каждый из которых содержит полосовой фильтр, амплитудный детектор и компаратор.
Прямоугольные импульсу с исходов частотных каналов поступают на шесть линий задержки, имеющих соответственно время задержки г ,2 т , Зг , 4 г , 5г , 6г. где г - длительность элементарной посылки. Как уже было отмечено, функции этих линий задержек выполняют ОЗУ, у которых сигнал на информационном входе записывается в ячейку памяти с адресом, установленным на управляющих входах в виде двоичной комбинации, а предыдущее содержимое этой ячейки выдается на выход ОЗУ. Если сменять адрес на управляющих входах, то информационный сигнал запишется в другую ячейку памяти, соответствующую установленному адресу.
Следовательно, при постоянной смене адресов на адресных входах в соответствующие ячейки памяти будет записывать сигнал на информационном входе. Тогда, при периодической смене п адресов с тактовой частотой / на такт вход ОЗУ в момент времени t2 будет выдаваться информация той ячейки, в п которую она записалась в момент времени t =t ,с. Jmarnn
Сигнал, пришедший на вход линии задержки в момент времени tl и появившийся на ее входе в момент времени 12,будет задержан на время задержки , п _ равное т =t = . Отсюда следует, что если изменить количество Jmamn используемых ячеек ОЗУ, то будет изменяться и время задержки. Так, если допустить / -const, то требуемые задержки можно получить подбором
В схеме приемного устройства предусмотрен блок управления линиями задержки, вырабатывающий периодические последовательности адресных сигналов, соответственно поступающие на адресные входы шести ОЗУ. В итоге шесть линий задержки вместе с каналом без задержки, используемым для последней в структуре служебного сигнала частотной посылки, образуют семь временных каналов.
