|
|
Методы определения защитных отношений
Защитное отношение по высокой частоте определяется как минимально-допустимое (пороговое) отношение Qм доп мощности полезного сигнала (ПС) к мощности мешающего сигнала (МС) на входе приемника, которое позволяет получить на его выходе заданное качество полезного сигнала:
где Обычно защитные отношения (ЗО) выражаются в децибелах в соответствии с выражением
Защитные отношения наиболее часто используют в качестве критерия ЭМС аналоговых и цифровых систем радиосвязи. Выбор такого критерия объясняется тем, что качество сигнала на выходе приемника обычно монотонно зависит от входного отношения сигнал/помеха На величину ЗО влияют многие факторы, такие, как частотный разнос между несущими ПС и МС, вид и глубина их модуляции, способ обработки сигнала и метод его кодирования, характеристики приемника (его чувствительность, избирательность) и др. Заданное качество приема ПС в присутствии МС обеспечивается, если выполняется критерий ЭМС в виде
где Отношение сигнал/помеха на входе приемника Q вх изменяется во времени случайным образом, вследствие чего условие ЭМС (1.3) в определенном проценте времени (7%) работы канала связи может не выполняться и соответственно качество выходного полезного сигнала в некоторые временные интервалы (при Требуемая величина ЗО зависит от характеристик модуляции ПС и МС, а также от разности их несущих частот. Обычно при передаче аудио- или видеоинформации определение ЗО для систем радиосвязи осуществляется путем субъективных оценок качества сигналов на их выходе. Условия измерений ЗО определены рекомендациями МСЭ, а качество приема оценивается по пятибалльной шкале. В телевизионных каналах качество выходного сигнала с оценкой 4,5 балла соответствует появлению едва заметной помехи на изображении. Потери качества выходного ПС под действием помех и зависимость этих потерь от входного отношения сигнал/помеха оценивают непосредственно получатели сообщений или группа квалифицированных экспертов. Результаты их субъективных оценок подвергаются статистической обработке и представляются в виде таблицы или графика. На рис. 7.1 показаны полученные методом экспертных оценок защитные отношения для телевизионного сигнала стандарта 8ЕКАМ В,К при действии на входе приемника помех в виде гармонического колебания или ЧМ сигнала звукового радиовещания. Защитные отношения на рис. 7.1 представлены в виде функции от разности частот несущих полезного (ТВ) и мешающего (ОВЧ ЧМ) радиосигналов. Такие помехи могут создаваться радиостанциями ОВЧ ЧМ звукового радиовещания (диапазон рабочих частот 88... 108 МГц) при настройке телевизионного приемника на пятый ТВ канал, занимающий полосу частот 92... 100 МГц.
Рис. 7.1 - Нормы на защитные отношения для системы SEKAM K, О при помехе от гармонического колебания или ЧМ радиосигнала звука: 1– порог заметности; 2 – хорошее качество; 3 – удовлетворительное качество Воздействие помех на приемник аналоговой системы радиосвязи. Полезный сигнал представляет собой радиосигнал несущей, модулированной по частоте многоканальным телефонным сообщением с частотным разделением каналов (сигнал вида ЧРК-ЧМ, класс излучения F8EJF). Мешающим сигналом может быть произвольный сигнал – аналоговый или цифровой. На выходе приемника (канала ТЧ) в точке с нулевым относительным уровнем ПС (Рс = 1 Мвт) псофометрическая взвешенная мощность помехи Рп,пВт, определяется выражением.
где Функция
где Значения функций Наибольшую мощность помехи имеют в верхнем телефонном канале при
где
Рис. 7.2 - Нормализованные энергетические спектры радиосигналов вида ЧРК-ЧМ
Формула (7.6) пригодна для любых видов мешающих сигналов, которые будут различаться только своим вкладом в выражение для функции В общем случае значения Мешающий радиосигнал – аналоговый (ЧРК-ЧМ). Если спектр МС значительно шире спектра ПС, то функция
вследствие чего выражение (1.5) при b=1 преобразуется к виду
При совпадении частот несущих полезного и мешающего радиосигналов
Если, кроме того, мешающая система той же емкости, что и полезная, т.е.
где В другом случае, когда спектр ПС значительно шире спектра МС, функция Мешающий радиосигнал – несущая, модулированная по фазе цифровым сигналом (сигнал типа ИКМ-ФМ, класс излучения G7EBT). Если спектр цифрового МС значительно шире спектра ПС ЧРК-ЧМ, а их несущие частоты совпадают (
где R – скорость передачи, бит/с; ( Мешающий радиосигнал цифровой типа «один канал на каждой несущей». Мешающий сигнал состоит из множества несущих, каждая из которых модулируется цифровым сигналом одного канала (один канал на каждой несущей, ОКН). Приближенно можно полагать, что энергетический спектр такого сигнала равномерен с верхней граничной частотой
где Воздействие помех на приемник цифровой системы радиосвязи. В космических системах цифровой радиосвязи полезным сигналом, как правило, является сигнал с М-позиционной ФМ (М-ФМ). Помехи, поступающие на вход приемника вместе с ПС, приводят к увеличению количества ошибочно принятых символов на выходе демодулятора. В соответствии с критерием ЭМС, мощность помехи от одного источника не должна превышать а процентов полной мощности шумов Рш на входе демодулятора приемника, при которой обеспечивается заданное качество связи, соответствующее коэффициенту ошибок 10-6. Если номинальное отношение мощности сигнала к мощности шума С/Ш = Сном = 10lg(РСАРШ)ВХ на входе демодулятора обеспечивает коэффициент ошибок 10-6, то, согласно критерию ЭМС, минимально-допустимое отношение мощности ПС к мощности МС от одного источника (т.е. защитное отношение) составит
Если в спектре ПС размещается N мешающих сигналов одинаковой мощности, то ЗО должно быть увеличено в N раз, т.е.
В идеальной системе цифровой радиосвязи с 4-ФМ, в которой может быть реализована теоретическая (потенциальная) помехоустойчивость, вероятность появления ошибок 10-6 обеспечивается при номинальном отношении мощности сигнала к мощности теплового шума на входе демодулятора Сном
Рис. 7.3 - Вероятность ошибки для четырехпозиционной ФМ
Выражение (7.13) и данные графиков на рис. 7.3 справедливы для идеального канала связи. В реальных каналах всегда имеются определенные энергетические потери, ухудшающие их помехоустойчивость по сравнению с потенциальной (теоретически возможной). Причинами появления потерь являются искажения АЧХ и ФЧХ элементов тракта передачи сигналов, погрешности синхронизации, нестабильность частоты гетеродинов, колебания уровней сигналов и др. На основе опытных данных и в соответствии с рекомендациями МСЭ эти потери могут быть учтены с помощью соотношения
где Энергетические потери показывают, на какую величину нужно увеличить отношение сигнал/шум на входе демодулятора приемника в реальном канале связи по сравнению с идеальным, чтобы получить на его выходе то же самое качество цифрового сигнала, т.е. такую же вероятность появления ошибок (10-6 в данном случае). Поэтому с учетом (1.13) и данных рис. 7.3 величина отношения сигнал/шум на входе демодулятора приемника реального канала связи с 4-ФМ должна быть не менее
Тогда из (7.13) для требуемого защитного отношения получаем при а = 6%
Формула (7.17) пригодна для мешающих сигналов любого вида.
Полезный сигнал цифровой, вида «один канал на каждой несущей (ОКН)». Практически все виды мешающих радиосигналов имеют спектры, существенно более широкие, чем спектр одноканального сигнала ОКН. Поэтому можно считать, что спектральная плотность мощности МС постоянна в пределах полосы пропускания одного канала системы ОКН. При аналоговом МС вида ЧРК-ЧМ защитное отношение
где
где Отношение
  Что делает отдел по эксплуатации и сопровождению ИС? Отвечает за сохранность данных (расписания копирования, копирование и пр.)...  Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам...  Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом...  Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычислить, когда этот... Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:
|
– соответственно мощности ПС и МС на входе приемника.
. Действие помех приводит к ухудшению характеристик ПС на выходе приемника, например, к увеличению коэффициента ошибок, ухудшению качества выходного изображения и (или) разборчивости речи.
– соответственно отношение сигнал/помеха на входе приемника и требуемое ЗО, дБ.
) будет хуже по сравнению с заданным. Например, в цифровых системах передачи в этом случае коэффициент ошибок превысит допустимое значение в течение T% времени. Поэтому в совмещаемых радиослужбах нормируется процент времени любого месяца (T%), в течение которого коэффициент ошибок может быть больше допустимой величины. Например, в цифровых РРЛ прямой видимости при помехах со стороны, фиксированной спутниковой службы допускается увеличение длительности периода времени, когда коэффициент ошибок превышает 10"6, не более, чем в 0,04% времени любого месяца.
– мощность мешающего радиосигнала на входе приемника; 
– мощность полезного радиосигнала; 
= 3,1 кГц – ширина полосы пропускания канала ТЧ; kп = 0,75 – псофометрический коэффициент; Fк – средняя частота канала в линейном спектре; Fсв -верхняя граничная частота спектра полезного сообщения; B (Fk) – коэффициент предыскажений; 
– эффективная девиация частоты, приходящаяся на один канал.
представляет собой свертку энергетических спектров ПС и МС:
– нормализованные энергетические спектры ПС и МС; 
; 
; 
; 
; 
, 
– верхние граничные частоты спектров полезного и мешающего модулирующих сигналов.
и 
входящих в выражение (1.5), могут быть определены по графикам нормализованных энергетических спектров. Одно из семейств таких графиков, характеризующих спектры ЧМ радиосигналов в зависимости от значений эффективного индекса модуляции 
,показано на рис. 7.2. По оси ординат отложена величина 101g g(
), а по оси абсцисс – относительная частота 
.
, 
. В этом случае с учетом (1.4) защитное отношение выражается в виде
– максимально допустимая величина мощности помехи от одного источника на выходе канала ТЧ, равная 800 пВт, превышаемая не более 20% времени месяца.
.
рассчитываются численным интегрированием по формуле (7.5). Для некоторых частных случаев, рассмотренных далее, формула (7.5) упрощается.
приблизительно постоянна в пределах большей части спектра ПС и ее можно вынести за знак интеграла в выражении (7.5). Для оставшегося под знаком интеграла нормализованного спектра ПС справедливо равенство
= 0, и из (7.8) следует
, то из (7.9) следует
определяется по графикам нормализованных энергетических спектров при индексе модуляции Мэкв = 
.
на 
. Вычисления по этим приближенным формулам обеспечивают достаточную точность, если в пределах ширины спектра одного из взаимодействующих радиосигналов, измеренном на уровне (-25...-30) дБ, спектральная плотность мощности другого радиосигнала уменьшается относительно максимальной не более чем на 3...5 дБ.
= 0), то можно использовать выражение
= 1 при двухпозиционной ФМ; (
= 0,5 при четырехпо-зиционной ФМ; х = 
. Величина 
определяет долю мощности МС, попадающую на выход канала ПС.
. Если в полосу частот полезного сигнала ЧРК-ЧМ попадают N каналов системы ОКН, то
– относительная разность частоты несущей ПС и частоты 1-й несущей сигнала ОКН.
14 дБ. Если на входе приемника, кроме тепловых шумов, действует одиночный мешающий радиосигнал, то значение Сном удобно определять по полученным расчетным путем графикам, показанным на рис. 7.3. Графики характеризуют зависимость вероятности появления ошибок Рош на выходе демодулятора сигналов с 4-ФМ от отношения ПС к МС (С/П = qвх = 10lgРС ВХ/РМ ВХ) на входе приемника. Параметром семейства является отношение сигнал/шум на входе демодулятора. Из графиков на рис. 7.3 следует, что при С/Ш 
14 дБ заданное качество приема цифрового сигнала на выходе приемника с коэффициентом ошибок 10-6 обеспечивается, если на его входе отношение полезного сигнала к мешающему (С/П) не менее 25 дБ.
– энергетические потери, дБ; М – число уровней манипуляции фазы радиосигнала.
– максимальная величина нормализованной спектральной плотности мощности мешающего сигнала; 
– ширина полосы одного канала в системе передачи ОКН. Для цифрового МС типа ИКМ-ФМ требуемое ЗО
– максимальная относительная величина спектральной плотности мощности цифрового МС.
в (1.16) определяет долю мощности МС, попадающую в полосу пропускания канала ОКН. Если мешающим сигналом является сигнал ОКН, такой же, как и полезный, и их несущие частоты совпадают, то вся мощность помехи попадает на вход демодулятора приемника полезного сигнала. В этом случае защитное отношение