Метод повышения помехоустойчивости телеизмерительных информационных систем

Размещено на http://www.allbest.ru/

На правах рукописи

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

метод повышения помехоустойчивости телеизмерительных информационных систем

05.11.16 - Информационно-измерительные и управляющие системы

(технические науки)

Григорьев Алексей Сергеевич

Тамбов

2008

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Тамбовский государственный технический университет».

Научный руководитель кандидат технических наук, доцент

Дахнович Андрей Андреевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Чернышов Владимир Николаевич

кандидат технических наук, доцент

Нурутдинов Геннадий Нурисламович

Ведущая организация ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский

государственный электротехнический

университет "ЛЭТИ имени

В.И. Ульянова (Ленина)"»

Защита диссертации состоится 24 октября 2008 г. в 15 часов на заседании диссертационного совета Д212.260.05 Тамбовского государственного технического университета по адресу: 392000, Тамбов, ул. Советская, 106, ТГТУ, Актовый зал.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью, просим направлять по адресу: 392000, г. Тамбов, ул. Советская, 106, ТГТУ, ученому секретарю диссертационного совета Д212.260.05 Селивановой З.М.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ТГТУ.

Автореферат разослан 23 сентября 2008 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

д-р техн. наук, доцент З.М. Селиванова

Подписано к печати 18.09.2008.

Формат 60 84/16. 0,93 усл. печ. л.

Тираж 100 экз. Заказ № 393

Издательско-полиграфический центр ТГТУ

392000, Тамбов, Советская, 106, к. 14

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В современных телеизмерительных информационных системах (ТИИС), независимо от их назначения, измерительную информацию, полученную от датчиков, передают на значительные расстояния таким образом, чтобы на стороне адресата возможно было выполнить ее восстановление с заданной точностью. Для этого первичную измерительную информацию подвергают первоначальной обработке, а затем передают по линии связи. Передачу осуществляют различными методами с помощью коммуникационного оборудования (А.В. Фремке, В.А. Ильин, В.Н. Тутевич, О.Н. Новоселов, А.Ф. Фомин). Современные методы и средства передачи информации в основном ориентированы на передачу значительных объемов информации с высокой скоростью, причем в условиях относительно малых помех и искажений сигнала в линии связи, поэтому их применение в ТИИС не всегда целесообразно. Существует большое количество систем, в которых объемы передаваемой измерительной информации не столь значительны, однако передача модулированного сигнала сопровождается его искажением в линии связи из-за доплеровского рассеяния, диспергирующих свойств среды, воздействия на него различных помех; при этом отношение сигнал-шум в линии связи уменьшается до значений менее единицы. Одним из важнейших параметров ТИИС, функционирующих в этих условиях, является помехоустойчивость, которая в основном будет определяться помехоустойчивостью коммуникационного оборудования. В ряде случаев применение сложных коммуникационных устройств в таких ТИИС нецелесообразно. Это может быть обусловлено требованиями низкой стоимости, высокой надежности, одноразового использования отдельных частей, упрощения конструкции и т.п.

Поэтому разработка методов и средств передачи информации, позволяющих без увеличения аппаратурной сложности повысить помехоустойчивость ТИИС, работающих в условиях искажений сигнала в линии связи и отношений сигнал-шум менее единицы, является своевременной и актуальной задачей исследования.

Объект исследования. ТИИС, работающая в условиях искажений сигнала в линии связи и отношений сигнал-шум менее единицы.

Предмет исследования. Метод помехоустойчивой передачи информации в ТИИС, работающей в условиях искажений сигнала в линии связи и отношений сигнал-шум менее единицы, включающий способ модуляции несущего сигнала и алгоритм демодуляции, а также технические средства для его реализации.

Цель работы. Без увеличения аппаратной сложности повысить помехоустойчивость ТИИС, работающей в условиях искажений сигнала в линии связи и отношений сигнал-шум менее единицы.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- исследовать сигналы, параметры которых инвариантны к искажениям в линии связи (узкополосным замираниям, нарушениям фазовых соотношений в спектре сигнала);

- разработать метод передачи дискретной измерительной информации в ТИИС, не требующий сложной аппаратурной реализации, обеспечивающий высокую помехоустойчивость ТИИС в условиях искажений сигнала в линии связи и отношений сигнал-шум менее единицы, включающий: способ модуляции несущего сигнала и помехоустойчивый алгоритм его демодуляции, инвариантный к действию дестабилизирующих факторов (нестабильность частоты, доплеровское рассеяние, изменение фазовых соотношений между элементами спектра сигнала, отношение сигнал-шум менее единицы);

- оценить помехоустойчивость разработанного метода;

- провести экспериментальную проверку метода.

Методы исследования. Решение поставленных задач проводилось с использованием теории информационно-измерительных систем, телемеханики, цифровой связи, статистической радиотехники. Теоретические результаты были подтверждены моделированием с использованием ЭВМ, а также практической реализацией устройства передачи дискретной измерительной информации.

Научная новизна работы. Разработан новый метод помехоустойчивой передачи информации в ТИИС, работающей в условиях искажений сигнала в линии связи и отношений сигнал-шум менее единицы, включающий:

- новый способ модуляции шумоподобного сигнала;

- новый автокорреляционный алгоритм демодуляции.

Разработанный метод отличается тем, что для передачи дискретной измерительной информации в качестве модулируемого параметра, наименее подверженного искажениям при передаче по линии связи, используется период повторения несущего шумоподобного сигнала. Для этого информационным символам на передающей стороне ТИИС сопоставляются периодические составные сигналы с различным периодом повторения шумоподобного сигнала, а на приемной стороне ТИИС выполняется обратное преобразование на основе анализа значений автокорреляционной функции (АКФ) принимаемых сигналов, либо ее огибающей, в нескольких точках, соответствующих максимумам боковых лепестков АКФ передаваемых сигналов.

Разработанный метод позволяет осуществить помехоустойчивую передачу дискретной измерительной информации от множества первичных измерительных преобразователей в одной полосе частот в условиях искажений сигнала в линии связи и отношений сигнал-шум менее единицы, не требуя при этом значительных аппаратурных затрат. Шумоподобные сигналы, модулированные в соответствии с разработанным способом модуляции, имеют многолепестковую структуру АКФ, поэтому различение таких сигналов на фоне шумов можно производить с большой эффективностью, анализируя значения их АКФ в нескольких точках. Для этого требуются дополнительные вычислительные затраты, однако при использовании современных цифровых сигнальных процессоров это не приводит к аппаратурному усложнению коммуникационных устройств, зато позволяет существенно повысить помехоустойчивость по сравнению с известными автокорреляционными алгоритмами демодуляции шумоподобных сигналов. Разработанный метод позволяет работать и с полосовыми сигналами и обладает инвариантностью к девиации их центральной частоты.

Основные положения, выносимые на защиту. Новый метод помехоустойчивой передачи дискретной измерительной информации в ТИИС, работающей в условиях искажений сигнала в линии связи и отношений сигнал-шум менее единицы, включающий:

- новый способ модуляции с использованием периодических составных шумоподобных сигналов;

- новый автокорреляционный алгоритм демодуляции периодических шумоподобных сигналов на основе анализа значений их АКФ, либо ее огибающей, во многих точках соответствующих максимумам боковых лепестков АКФ передаваемых сигналов.

Практическая значимость. Результаты работы расширяют область применения ТИИС в условиях искажений сигнала и помех в линиях связи, позволяют повысить помехоустойчивость ТИИС, получающих информацию от быстродвижущихся объектов, передающих данные через радиорелейные, тропосферные и другие линии связи, в которых передаваемый сигнал подвержен искажениям. Разработанный метод передачи дискретной измерительной информации использует автокорреляционные алгоритмы демодуляции. Устройства на их основе не требуют хранения на приемной стороне копии передаваемого сигнала и обеспечения ее синхронизации с принимаемым сигналом, что значительно упрощает коммуникационное оборудование ТИИС.

Реализация работы. Реализовано устройство передачи дискретной информации, результаты испытания которого подтвердили возможность обеспечения надежной передачи в условиях искажений сигнала и помех (отношение сигнал-шум менее единицы) в линии связи. Материалы исследований используются на ОАО «Тамбовский завод Октябрь» (г. Тамбов), а также в учебном процессе на кафедрах «Конструирование радиоэлектронных и микропроцессорных систем» и «Радиоэлектронные средства бытового назначения» ГОУ ВПО «Тамбовский государственный технический университет».

Апробация работы. Основные результаты работы представлялись и обсуждались на следующих конференциях: VIII научной конференции (г. Тамбов, 2003 г.); XII научной конференции ТГТУ «Фундаментальные и прикладные исследования, инновационные технологии, профессиональное образование» (г. Тамбов, 2007 г.); 3-й международной научно-практиче-
ской конференции «Глобальный научный потенциал» (г. Тамбов, 2007 г.); 4-й международной научно-практической конференции «Прогрессивные технологии развития» (г. Тамбов, 2007 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликованы: 3 статьи в центральных журналах; 2 статьи в вузовских изданиях; 5 тезисов докладов в сборниках трудов международных и вузовских конференций.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы и приложений. Работа изложена на 126 страницах, содержит 41 рисунок и 3 таблицы. Библиографический список литературы включает 147 наименований.

краткое СОДЕРЖАНИЕ диссертации

Во введении показана актуальность работы, сформулированы цель и задачи исследования, отмечены научная новизна, практическая значимость, достоверность полученных результатов. Дана аннотация работы по главам.

В первой главе «Обзор методов и средств передачи информации в телеизмерительных информационных системах» приведены общая структура и описание ТИИС. Отмечены основные элементы системы, влияющие на ее помехоустойчивость. Проведен обзор методов и средств, используемых для передачи информации в ТИИС.

В ТИИС, функционирующих в условиях искажений сигнала в линии связи и низком отношении сигнал-шум, коммуникационное оборудование является элементом, наиболее влияющим на помехоустойчивость всей системы, поэтому оптимизация помехоустойчивости коммуникационной подсистемы позволяет повысить помехоустойчивость всей ТИИС.

Анализ решений, используемых в современных методах и средствах передачи информации, показывает тенденцию перехода к шумоподобным сигналам и цифровым методам их обработки. Применение шумоподобных сигналов в ТИИС имеет определенные преимущества, так как системы на базе таких сигналов менее подвержены воздействию узкополосных замираний, имеют хорошую электромагнитную совместимость с узкополосными системами.

Применение в ТИИС цифровых методов обработки сигналов позволяет выполнять преобразования с использованием цифровых сигнальных процессоров, что значительно снижает аппаратные затраты, а кроме того позволяет избавиться от недостатков аналоговых методов.

На основные характеристики коммуникационного оборудования ТИИС большое влияние оказывают методы демодуляции принимаемых сигналов (в литературе часто используют понятие метода приема). Различают взаимокорреляционные и автокорреляционные методы демодуляции. Теоретически взаимокорреляционные более эффективны, однако они не работоспособны в условиях ряда искажений сигнала в линии связи (нарушение фазовых соотношений между элементами спектра сигнала), так как такие искажения приводят к отсутствию корреляции между принимаемым сигналом и передаваемым. Помимо этого они требуют чрезмерных вычислительных затрат на синхронизацию в условиях отношения сигнал-шум менее единицы. В этих случаях целесообразно использовать автокорреляционные методы, которые являются оптимальными для приема сигналов неизвестной формы и не требуют хранения и синхронизации копии передаваемого сигнала.

Анализ известных методов передачи дискретной информации (фазоразностная модуляция (ФРМ), модуляция по методу Ланге-Мюллера), использующих автокорреляционный прием, показал, что в них используется сигналы, АКФ которых имеет один боковой лепесток. В ФРМ информационным символам сопоставляется сигналы с различной полярностью бокового лепестка АКФ, а в модуляции по методу Ланге-Мюллера - с различным положением бокового лепестка АКФ относительно нулевого сдвига. Соответственно, демодуляция выполняется на основе вычисления АКФ в одной точке, соответствующей максимуму бокового лепестка. Основной недостаток этих методов - низкая помехоустойчивость по сравнению с взаимокорреляционными методами - в значительной степени обусловлен тем, что для сопоставления информационным символам используют сигналы с простой структурой АКФ. Поэтому было решено повысить помехоустойчивость ТИИС, работающей в условиях искажений сигнала в линии связи и отношений сигнал-шум менее единицы, без ее аппаратного усложнения, за счет передачи измерительной информации новым методом, основанным на использовании сигналов со сложной структурой АКФ, способе их модуляции и совершенных цифровых автокорреляционных алгоритмах приема.

Во второй главе «Разработка метода и устройства помехоустойчивой передачи измерительной информации» исследуются свойства АКФ периодических шумоподобных сигналов, при этом внимание уделяется возможности синтеза сигналов с заранее известной формой АКФ; на основе результатов исследований разрабатывается новый метод передачи дискретной измерительной информации в ТИИС.

Проведено исследование периодического составного сигнала , из шумоподобных сигналов с равномерным и ограниченным частотой спектром и энергией , следующих с периодом . Энергетический спектр составного сигнала представляет собой гребенчатую структуру с шагом , АКФ можно записать следующим образом:

сигнал шумоподобный модуляция дискретный

. (1)

Общий вид этой функции представляет собой многолепестковую структуру (рис. 1). Форма лепестков совпадает с формой АКФ одиночного шумоподобного сигнала в масштабе , , радиус корреляции которого . Условием хорошей различимости соседних лепестков является условие .

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1. АКФ составного сигнала из сигналов ,

Поскольку для практики наибольший интерес представляют сигналы, перенесенные на высокочастотную несущую (полосовые сигналы), в работе исследованы свойства АКФ периодических полосовых шумоподобных сигналов. АКФ периодического составного сигнала из нескольких полосовых шумоподобных сигналов (рис. 2) характеризуется огибающей в виде АКФ низкочастотного сигнала и высокочастотным заполнением.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 2. АКФ составного сигнала из трех полосовых сигналов

Показано, что значение огибающей АКФ полосовых сигналов можно найти следующим образом:

, (2)

где - АКФ сигнала , являющегося сопряженным по Гильберту с сигналом ; и - взаимокорреляционные функции (ВКФ) сигналов и .

Количество боковых лепестков АКФ для периодического составного сигнала (рис. 1 и 2) зависит от числа одиночных сигналов в составном сигнале, а положение боковых лепестков зависит от их периода повторения.

Таким образом можно символам п-мерного алфавита сопоставить составные сигналы, имеющие различное число и положение боковых лепестков АКФ. Обратное преобразование можно выполнить на основании различия структуры АКФ составных сигналов, вычисляя АКФ в нескольких точках. Эти факты легли в основу разработанного способа модуляции, заключающегося в том, что передаваемым символам сопоставляются периодические шумоподобные сигналы с различным периодом, имеющие ортогональную многолепестковую структуру АКФ, так, чтобы каждому символу соответствовал сигнал со своим периодом повторения, а соответственно и со своей, уникальной по отношению к другим передаваемым сигналам, структурой АКФ. Разработанный способ модуляции периодических шумоподобных сигналов поясняется на рис. 3.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 3. Иллюстрация способа модуляции на примере двоичных символов:

а - модулятор; б - сигнал на входе модулятора; в - сигнал на выходе модулятора; г - АКФ сигналов на выходе модулятора

Сигнал на выходе модулятора для символа логической единицы и нуля можно записать следующим образом:

;

,

где , , - длительность символа; - число одиночных шумоподобных сигналов в составном сигнале ; - число одиночных шумоподобных сигналов в составном сигнале .

Демодуляцию модулированного сигнала можно осуществлять известным автокорреляционным методом на основе различия формы АКФ периодических шумоподобных сигналов с различным периодом . Для приема символов п-мерного алфавита в демодуляторе должно быть каналов. Каждый должен вычислять значение АКФ входного сигнала в одной точке , которая соответствует максимуму первого бокового лепестка АКФ i-го варианта сигнала, выходы каналов должны быть соединены с решающим устройством (РУ), которое считает принятым символ, соответствующий каналу с максимальным значением функции на выходе. Такой способ демодуляции сравнительно прост, так как в каждом канале вычисляется значение АКФ только в одной характерной точке .

АКФ модулированных согласно разработанному способу сигналов имеет несколько характерных точек, поэтому можно производить различение по нескольким точкам, что снижает вероятность ошибки. Для этого разработан новый алгоритм демодуляции периодических шумоподобных сигналов, сущность которого заключается в том, что решение о значении переданного символа принимается на основе сравнения значений АКФ входного сигнала не в одной, а в нескольких характерных точках . Согласно алгоритму необходимо вычислять сумму значений АКФ входного сигнала в точках (которые соответствуют максимумам боковых лепестков i-го варианта сигнала) для каждого из вариантов сигнала, соответствующих символам п-мерного алфавита. Принятым считается символ , для которого сумма будет наибольшей:

, . (3)

Блок-схема устройства на основе разработанного алгоритма демодуляции периодических шумоподобных сигналов изображена на рис. 4.

Для практического построения устройства передачи измерительной информации предпочтительнее использовать полосовые сигналы.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 4. Блок-схема устройства демодуляции

Форма АКФ таких сигналов значительно изменяется при девиации их центральной частоты, а огибающая АКФ остается практически неизменной. На основании этого факта разработан автокорреляционный алгоритм демодуляции периодических полосовых шумоподобных сигналов, использующий для принятия решения о принятом символе значения огибающей АКФ входного сигнала:

где , , - входной и сопряженный с ним по Гильберту сигналы.

Структура демодулятора, реализующего этот алгоритм, аналогична приведенной на рис. 4, однако в каждом канале вместо вычисления значений АКФ вычисляются значения ее огибающей, для чего на основании формулы (2) используются значения АКФ и взаимокорреляционной функции (ВКФ) синфазного, синфазно-задержанного, квадратурного и квадратурно-задержанного входных сигналов. Синфазные и квадратурные значения сигналов получают с выхода преобразователя, содержащего: генератор гармонического колебания (Г), фазосдвигающую цепь, перемножители, фильтры низких частот (ФНЧ) и аналого-цифровые преобразователи (АЦП). Структура одного канала демодулятора приведена на рис. 5.

Для упрощения алгоритма и облегчения его реализации на цифровом сигнальном процессоре, а также расширения динамического диапазона входных сигналов, операция извлечения корня из суммы квадратов заменена на операцию суммирования модулей.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 5. Структура канала, вычисляющего значение огибающей АКФ Q [Ti] в точке Ti на основе синфазного и квадратурного сигналов

Совокупность разработанных способа модуляции и алгоритмов демодуляции, периодических шумоподобных сигналов, образует новый метод передачи дискретной измерительной информации в ТИИС, блок-схема реализации которого изображена на рис. 6. В разработанном методе используется модуляция периода периодического шумоподобного сигнала. Модулируемый параметр в наименьшей степени подвержен искажениям формы сигнала при передаче по линии связи. Демодуляция сигнала выполняется автокорреляционным алгоритмом, поэтому на приемной стороне не требуется хранения копии передаваемых сигналов и их синхронизации с входным сигналом, что позволяет демодулировать искаженный сигнал в цифровом виде простыми аппаратными средствами.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 6. Блок-схема разработанного метода передачи дискретной измерительной информации в ТИИС

На основании нового метода передачи дискретной измерительной информации разработано приемо-передающее устройство, структурная схема которого приведена на рис. 7. На передающей стороне микроконтроллер МК осуществляет модуляцию цифрового шумоподобного сигнала, хранимого в перепрограммируемом запоминающем устройстве ППЗУ. Модулированный цифровой сигнал преобразуется в аналоговый формат в цифро-аналоговом преобразователе ЦАП, фильтруется фильтром низкой частоты ФНЧ и перемножается в перемножителе П на колебание несущей частоты с выхода синтезатора частот СЧ.

Результирующий полосовой модулированный шумоподобный сигнал усиливается в усилителе У и излучается антенной. Микроконтроллер и синтезатор частот тактируются синхросигналом с выхода опорного генератора Г1. На приемной стороне сигнал, принятый антенной, усиливается полосовым усилителем ПУ и перемножается в перемножителе П1 на колебание с выхода синтезатора частот СЧ. Сигнал с выхода перемножителя дополнительно усиливается усилителем промежуточной частоты УПЧ снабженным схемой автоматического регулирования усиления АРУ. Затем сигнал разделяется на синфазную и квадратурные составляющие с помощью перемножителей П2 и П3 и фильтров низкой частоты ФНЧ1, ФНЧ2. Синфазные и квадратурные составляющие преобразуются в цифровой формат с помощью аналогово-цифровых преобразователей АЦП1и АЦП2 и обрабатываются в цифровом сигнальном процессоре ЦСП в соответствии с разработанным алгоритмом демодуляции периодических шумоподобных сигналов. Цифровой сигнальный процессор и синтезатор частот тактируются синхросигналом с выхода опорного генератора Г2.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 7. Структура устройства передачи дискретной информации:

а - передающая часть устройства; б - приемная часть устройства

В лабораторных условиях разработанное устройство было реализовано в упрощенном виде. Вместо цифрового сигнального процессора и аналогово-цифровых преобразователей использовался персональный компьютер и его звуковой адаптер. Для этого в пакете Matlab были разработаны программные модули, выполняющие обработку сигнала в соответствии с разработанными алгоритмами демодуляции. Моделирование разработанного метода передачи дискретной измерительной информации на персональном компьютере с использованием разработанных программных модулей, а также практические испытания приемо-передающего устройства подтвердили возможность помехоустойчивой передачи дискретной измерительной информации в условиях искажения сигнала в линии связи.

В третьей главе «Анализ помехоустойчивости разработанного метода передачи измерительной информации» проведен аналитический расчет вероятности символьной ошибки при передаче дискретной информации в соответствии с разработанным методом и проведено ее сравнение вероятностью ошибки известных методов.

Для метода передачи дискретной измерительной информации в
ТИИС наиболее важным параметром, характеризующим его помехоустойчивость и погрешность измерительных каналов, является вероятность символьной ошибки, которая определяется видом используемого сигнала, способами его модуляции и демодуляции, а также величиной помехи в линии связи. Проведенные расчеты показали, что вероятность символьной ошибки для разработанного метода в условиях аддитивного флюктуационного шума в линии связи и идентификации переданных сигналов по одной точке АКФ, соответствующей максимуму первого бокового лепестка, определяется выражением

, (5)

где - отношение сигнал шум в линии связи; - скорость передачи символов; - длительность передаваемого символа; - полоса частот сигнала; - Гауссов интеграл ошибок.

Вероятность символьной ошибки для разработанного метода передачи при идентификации переданных сигналов по точкам АКФ, соответствующим максимумам боковых лепестков, определяется выражением

. (6)

Анализируя полученные выражения, можно сделать вывод, что достоверная передача дискретной измерительной информации в соответствии с разработанным методом возможна даже в условиях отношения сигнал-шум значительно меньше единицы, причем либо за счет увеличении полосы частот сигнала, либо за счет снижении скорости передачи символов.

Сравнение вероятности символьной ошибки разработанного метода и наиболее помехоустойчивого из известных автокорреляционных методов (автокорреляционный прием сигналов с ФРМ) показало, что при отношении сигнал-шум менее единицы и базе сигнала , разработанный метод имеет меньшую вероятность символьной ошибки, а соответственно и большую помехоустойчивость. Для визуального сравнения эффективности различных методов на основании выражений (5), (6) построены графики, характеризующие помехоустойчивость, при использовании сигналов с базой 10 000 (рис. 8). На рисунке 8 также представлены графики, характеризующие помехоустойчивость автокорреляционного приема сигналов с ФРМ и модуляцией по методу Ланге-Мюллера.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 8. График зависимости вероятности ошибочного приема двоичного символа от отношения сигнал-шум для различных методов передачи дискретной информации

Как видно из рис. 8, разработанный метод передачи дискретной измерительной информации в ТИИС при отношении сигнал-шум менее единицы имеет меньшую вероятность символьной ошибки, а, соответственно, и более высокую помехоустойчивость, чем известные методы, использующие автокорреляционный прием.

Проведенный анализ показывает, что использование разработанного метода для передачи измерительной информации в ТИИС, работающей в условиях искажений сигнала и отношения сигнал-шум менее единицы, позволяет повысить ее помехоустойчивость.

Основные результаты работы

1. Исследованы периодические шумоподобные сигналы, АКФ которых имеет сложную многолепестковую структуру, что позволяет идентифицировать их на приемной стороне совершенными цифровыми автокорреляционными алгоритмами и использовать для помехоустойчивой передачи измерительной информации в ТИИС, работающей в условиях искажений в линии связи и отношений сигнал-шум менее единицы.

2. Разработан новый метод помехоустойчивой передачи дискретной измерительной информации в беспроводной ТИИС, не требующий сложной аппаратурной реализации и позволяющий осуществить помехоустойчивую передачу дискретной измерительной информации от множества измерительных устройств в одной полосе частот в условиях искажений сигнала в линии связи и отношений сигнал-шум менее единицы, включающий: новые способ модуляции и алгоритм демодуляции.

В разработанном методе информационные символы преобразуются в периодические составные сигналы с различным числом и периодом повторения шумоподобного сигнала, которые имеют множественную ортогональную структуру боковых лепестков АКФ. Демодуляция выполняется на основе сравнения значений АКФ (огибающей АКФ в случае полосовых шумоподобных сигналов) принятого сигнала в нескольких точках, соответствующих максимумам боковых лепестков АКФ передаваемых сигналов.

3. Разработанный метод расширяет область применения ТИИС в условиях искажений сигнала и помех в линиях связи, позволяет более чем на порядок (в случае применения сигналов с базой ) повысить помехоустойчивость ТИИС, получающих информацию от быстродвижущихся объектов, передающих данные через радиорелейные, тропосферные и другие линии связи. Разработанный метод значительно упрощает коммуникационное оборудование ТИИС, обеспечивает оперативную передачу дискретной измерительной информации.

4. Для разработанного метода передачи дискретной измерительной информации в ТИИС получены аналитические выражения вероятности символьной ошибки, характеризующие его помехоустойчивость по отношению к аддитивному флюктуационному шуму в линии связи. На основании полученных выражений можно обеспечить заданную вероятность символьной ошибки при передаче дискретной измерительной информации в ТИИС в соответствии с разработанным методом для различных отношений сигнал-шум в линии связи путем выбора параметров сигнала и аппаратных средств.

5. Проведено моделирование передачи дискретной информации с использованием разработанных программных модулей, а также практическое испытание приемо-передающего устройства в условиях искажения сигнала в линии связи и отношения сигнал-шум менее единицы. Приемо-передающее устройство и программные модули, реализующие новый метод передачи дискретной измерительной информации, рекомендованы для использования при разработке беспроводных коммуникационных модулей ТИИС, работающих в условиях искажений в линии связи и отношений сигнал-шум менее единицы.

Основные результаты диссертации опубликованы в работах

1. Григорьев, А.С. Помехоустойчивость алгоритма беспроводной передачи данных на основе модуляции периода следования шумоподобного сигнала / А.С. Григорьев, А.А. Дахнович // Вестник Тамбовского государственного технического университета. - 2007. - Т. 13, № 4.

2. Григорьев, А.С. Помехоустойчивость способа передачи данных с использованием шумоподобного сигнала / А.С. Григорьев, А.А. Дахнович // Вопросы современной науки и практики. - 2007. - Т. 2, № 4.

3. Григорьев, А.С. Автокорреляционный прием составного сигнала / А.С. Григорьев, А.А. Дахнович // Сб. материалов 4-й междунар. науч.-практ. конф. «Прогрессивные технологии развития», 3-4 дек. 2007 г. - Тамбов : Изд-во Тамбовпринт, 2007.

4. Беспроводная передача сверхслабых радиосигналов на базе микроконтроллеров общего назначения / А.С. Григорьев, А.А. Дахнович, П.А. Сторожев, Д.А. Кречетов // Вестник Тамбовского государственного технического университета. - 2007. - Т. 13, № 2.

5. Григорьев, А.С. Система связи с модуляцией периода следования шумоподобного сигнала / А.С. Григорьев, А.А. Дахнович // Сб. материалов 3-й междунар. науч.-практ. конф. «Глобальный научный потенциал», 4-5 июня 2007 г. - Тамбов : Изд-во Тамбовпринт, 2007.

6. Григорьев, А.С. Помехоустойчивость системы связи с модуляцией периода следования шумоподобного сигнала / А.С. Григорьев, А.А. Дахнович // Сб. материалов 3-й междунар. науч.-практ. конф. «Глобальный научный потенциал», 4-5 июня 2007 г. - Тамбов : Изд-во Тамбовпринт, 2007.

7. Григорьев, А.С. Система связи с модуляцией периода следования шумоподобного сигнала / А.С. Григорьев, А.А. Дахнович, Д.А. Кречетов // XII научная конференция ТГТУ : сб. тр. - Тамбов : Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2007.

8. Сторожев, П.А. Система беспроводной связи с малым отношением сигнал-шум / П.А. Сторожев, А.С. Григорьев, А.А. Дахнович // Труды ТГТУ : сб. науч. ст. молодых ученых и студентов. - Тамбов : Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2007.

9. Банников, А.Н. Исследование методов идентификации статистических объектов / А.H. Банников, А.С. Григорьев, В.Н. Казаков // VIII научная конференция ТГТУ : пленарные докл. и тез. стендовых докл. -Тамбов : Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2003.

10. Григорьев, А.С. Обзор и анализ современных беспроводных локальных сетей / А.С. Григорьев, А.А. Дахнович // Труды ТГТУ : сб. науч. ст. молодых ученых и студентов. - Тамбов : Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2004. - Вып. 15.

Размещено на Allbest.ru

...