Дисперсия источника шума. Этот параметр появляется при выборе типа решения «метод максимального правдоподобия» или «метод наибольшего правдоподобия».

Блок AWGN Channel добавляет белый шум к действительной или комплексной составляющей входного сигнала. Когда входной сигнал является реальным, этот блок добавляет реальный гауссовский шум и производит реальный выходной сигнал. Если входной сигнал является комплексным, этот блок добавляет комплексный гауссов шум и производит комплексный выходной сигнал соответственно. Блок AWGN берёт время выборки из входного сигнала.

Данный блок принимает входной сигнал вида скаляра, вектора или матрицы с одинарным или двоичным типом данных.

Рисунок 13 - Скриншот программной среды Simulink. Выбор параметров блока AWGN Channel

Обработка входных данных представляется в виде колонн в качестве каналов. При выборе этой опции, блок воспринимает каждый столбец входа в виде отдельного канала.

Начальные данные - данные для гауссовского генератора шума.

Числа генерируются случайным образом. Первоначальный параметр данных в этом блоке инициализирует генератор шума. Начальные данные могут быть скаляром или вектором с длиной, соответствующей количеству

каналов во входном сигнале. Каждый раз, при запуске симуляции, этот блок выдает один и тот же сигнал. Первый раз, при запуске симуляции, блок случайным образом выбирает первоначальное заполнение. Блок повторяет одни и те же начальные данные каждый раз, когда вы запускаете моделирование.

Выбор режима, в котором указываются дисперсии шума: сигнал-шум (Eb/No, Es/No, SNR) - отклонения от маски или отклонение от порта. Все эти параметры показывают отношение сигнал/шум, однако имеют некоторое различие. Eb/No (дБ) - показывает отношение бита энергии к мощности шума спектральной плотности, в децибелах; Es/No (дБ) - соотношение энергии символа к мощности шума спектральной плотности, в децибелах; SNR (дБ) - отношение мощности сигнала к мощности шума в децибелах.

В данном окне также выставляются параметры моделирования. Количество бит на символ - число битов в каждом символе ввода.

Мощность входного сигнала, по отношению к 1 Ом (Вт).

Среднеквадратичная мощность входных символов (если Режим Eb/No или Es/No) или входных выборок (Если режим SNR) в ваттах.

Символ за период - продолжительность информационного канала (т.е. без канального кодирования), измеряется в секундах.

Дисперсия - значение дисперсии белого гауссовского шума.

The Multipath Rayleigh Fading Channel - блок «канал многолучевого Рэлеевского затухания» реализует моделирование канала с многолучевым Рэлеевским замиранием. Этот блок можно использовать для моделирования мобильных беспроводных систем связи. Этот блок принимает некое скалярное значение входного сигнала или вектор-столбец. Блок принимает образец времени от входного сигнала. Входной сигнал должен иметь дискретное время выборки больше, чем 0.

Относительное движение между передатчиком и приемником вызывает доплеровский сдвиг частоты сигнала. Вы можете указать доплеровский спектр затухания Рэлея с использованием параметра доплеровского типа спектра. Для каналов с несколькими путями распространения, можно назначить для каждого пути свой доплеровский спектр.

Поскольку многолучевой канал отражает сигналы в нескольких местах, передаваемый сигнал проходит к приемнику по нескольким путям, каждый из которых может иметь различные расстояние и временные задержки. В диалоговом окне блока, параметр дискретной векторной задержки определяет время задержки для каждого пути. Если вы не установили значение вектора параметра усиления на 0 дБ в параметре Normalize, общий коэффициент усиления примет среднее значение усиления для каждого пути. Когда вы установите флажок, блок использует кратное вектора среднего усиления пути вместо самого среднего вектора усиления путь, выбирая коэффициент масштабирования так, что эффективное усиление канала, учитывая все пути, составляет 0 дБ.

Число путей указывает длину дискретных векторных задержек пути или среднее вектора усиления пути. Если оба эти параметра являются векторами, то они должны иметь одинаковую длину; если только один из этих параметров содержит скалярное значение, то блок преобразует его в вектор, размер которого совпадает с размером другого вектора.



Рисунок 14 - Скриншот программной среды Simulink. Выбор параметров блока Multipath Rayleigh Fading Channel

Максимальный доплеровский сдвиг (Гц) - положительное скалярное значение, которое указывает величину максимального допплеровского смещения.

Тип спектра Допплера определяет спектр Допплера в Рэлеевском канале. Этот параметр по умолчанию выставлен Jakes. Кроме того, также можно выбрать любой из следующих типов:

- Flat;

- Gaussian;

- Rounded;

- RestrictedJakes;

- AsymmetricalJakes;

- Bi-Gaussian;

- Bell.

Для всех типов допплеровского спектра, кроме Jakes и Flat, вы можете выбрать один или несколько параметров для управления формой спектра.

Также можно выбрать тип задержек. Задержки дискретного пути вектора (с), представляющие вектор, который определяет задержку распространения для каждого пути. Средний вектор усиления пути (дБ) - вектор, который определяет коэффициент усиления для каждого пути.

Нормализация усиления вектора общего коэффициента усиления на 0 дБ. Можно добавить визуализацию канала в начале моделирования. Для этого нужно установить этот флажок, чтобы открыть инструмент визуализации канала, когда начинается моделирование.

Комплексное усиление пути порта. Для активации данной функции нужно установить этот флажок, чтобы создать порт, который выводит значения комплексного усиления пути для каждого из путей распространения сигнала. Здесь N представляет собой число выборок входного сигнала, а М представляет собой количество дискретных дорожек (количество задержек).

Порт канальной задержки фильтра. Для применения данной функции нужно установить этот флажок, чтобы создать порт, который выводит значение задержки. Эта задержка равна нулю, если моделируется только один путь, но может быть больше нуля, если путей несколько.



Рисунок 15 - Скриншот программной среды Simulink. Выбор параметров блока OSTBC Encoder

Блок OSTBC кодирует последовательности входных символов с использованием ортогонального пространственно-временного блочного кода (OSTBC). Блок отображает входные символы поблочно и объединяет выходные кодовые слова матрицы во временной области.

Блок поддерживает временные и пространственные домены для передачи блочного кода.

В данном блоке можно выбрать количество антенн на передающей стороне. Блок поддерживает 2, 3, или 4 передающие антенны. По умолчанию используется 2.

Устанавливается скорость передачи кода. Вы можете указать 3/4 или 1/2. Это поле появляется только при использовании более 2 передающих антенн, поле по умолчанию установлено значение 3/4. Для 2 передающих антенн это значение составляет 1.

Блок OSTBC сумматор складывает значения входного сигнала от всех приемных антенн и оценивает сигнал, чтобы извлечь полезную информацию из символов, которые были закодированы с использованием ортогонального пространственно-временного блочного кода OSTBC.

Рисунок 16 - Скриншот программной среды Simulink. Выбор параметров блока OSTBC Combiner

Оценка входного сигнала не может быть постоянной в течение каждой передачи кодового блочного слова, поэтому в данном блоке используется алгоритм оценки только первого периода символа на одно кодовое слово блока. Блок проводит операции комбинирования для каждого символа самостоятельно.

В работе исследована помехоустойчивость канала связи технологии LTE при различных типах модуляции: BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM; значение SNR для исследования достаточного уровня BER рассматриваемых видов модуляции выставлялось в блоке AWGN (рисунки 17а, 17б).



Рисунок 17а - Скриншот программной среды Simulink. Построение блок-схемы выбора модулятора

Рисунок 17б - Скриншот программной среды Simulink. Блок изменения значения SNR

В результате эксперимента получены графики зависимости вероятности битовых ошибок (BER) от отношения сигнал/шум (SNR) в канале с системами SISO и MIMO (рисунки 18а, 18б).

Рисунок 18а - Зависимости BER от SNR для различных типов модуляции для канала с SISO

Рисунок 18б - Зависимости BER от SNR для различных типов модуляции для канала с MIMO

Допустимым уровнем BER при SNR 21 дБ является 10^-6 для менее помехозащищённого типа модуляции 64QAM [10]. Соответственно, для более низких типов модуляции значение SNR должно быть ниже.

В результате моделирования получены значения SNR при уровне BER 10^-6 [10], приведённые в таблице 4.

Таблица 4 - Зависимость BER от SNR для различных типов модуляции

Тип модуляции	Максимально допустимые значение SNR согласно спецификации, дБ	Значение SNR дляисследуемого канала, дБ
BPSK	3	3
QPSK	9	6,8
16QAM	15,5	13,5
64QAM	21	18,9

В ходе проведённого эксперимента были получены значения BER при заданном уровне сигнала для каналов с системами SISO и MIMO. Было определено, что каналы с системой MIMO более помехоустойчивы, чем каналы с системой SISO.



ГЛАВА 4. РАСЧЁТНАЯ ЧАСТЬ

4.1 Показатели качества цифровых каналов связи

Основным назначением каналов связи является передача информации. Исследуемые в данной работе широкополосные каналы связи предназначены для передачи данных, в частности мобильных, аудио- и видеосигналов. На качество передаваемого сигнала влияет множество факторов. К основным, наиболее широко изучаемым причинам снижения качества сигнала, относятся: искажение сигнала и снижение значения отношения сигнал/шум (SNR - Signal Noise Ratio). В теории связи к понятию сигнал относят видеоимпульс, информационный сигнал, или модулированную несущую. На снижение достоверности передачи аналоговых сигналов влияют так называемые интермодуляционные искажения (например, канальные искажения). Применительно к цифровым системам связи в основном используют понятие межсимвольной интерференции. В данной работе произведён расчёт вероятности появления битовой ошибки (BER - Bit Error Rate) в зависимости от заданного значения SNR [11].

По отношению к аналоговым сигналам критерием качества является показатель S/N (Signalto Noise), который определяет отношение средней мощности сигнала (S) к средней мощности шума (N). Для цифрового сигнала данный критерий обозначается как E_b/N_o (формула (1)). Здесь E_b - энергия бита, определяемая как произведение мощности сигнала S и времени передачи одного бита T_b; N_o - спектральная плотность мощности шума, которую можно выразить как отношение мощности шума N к ширине полосы пропускания W.

(1)



Время передачи одного бита можно представить как 1/R, гдеR-битовая скорость, т.к. время и скорость передачи бита взаимно обратны:

(2)

Для более наглядного выделения отношения сигнал/шум представим формулу (2) в следующем виде (формула (3)):

(3)

4.2 Расчёт показателей качества для многопозиционной модуляции

Введём понятие метрики качества системы цифровой связи, которая представляет собой график зависимости вероятности появления ошибочного бита BEP (Bit Error Probability) от отношения E_b/N_o. В цифровых системах связи передача символов осуществляется в течение времени передачи одного символа - Ts. По отношению к одному информационному символу мощность находится в прямой зависимости от скорости передачи. Наиболее удобным параметром для описания цифрового сигнала является энергия, которую можно представить как мощность, проинтегрированную по времени. Поэтому для цифровых систем связи таким параметром является нормированный параметр E_b/N_o.

На рисунке 19 представлен «водопадоподобный» вид большей части таких кривых при условии, что E_b/N_o?Х₀, Р_В?Р₀, где Х₀ - некоторый критерий отношения сигнал/шум для обеспечения удовлетворительной связи. Т.е. с увеличением значения требуемого отношения E_b/N_o повышается эффективность процесса детектирования при данной вероятности ошибки.



Рисунок 19 - Общий вид кривых зависимости вероятности ошибочно переданного бита к уровню E_b/N_o [12]

Сравнение одной цифровой системы с другой должно производиться с помощью критерия качества на битовом уровне. Поэтому в цифровых системах наиболее удобно использовать параметр E_b/N_o, а не S/N, который незаменим для аналоговых систем связи.

Поскольку понятие спектральной плотности мощности шума N_o описывает нормированный параметр E_b/N_o, подробнее опишем понятие мощности шума. В теории связи для описания модели случайного (хаотического) процесса чаще всего используется шум, который описывается гауссовским (нормальным) распределением. Шум возникает как результат одновременного воздействия нескольких независимых друг от друга случайных источников. Одним из примеров равномерного шума является тепловой шум, который обусловлен броуновским движением электронов в проводнике. Такой шум называется белым.

Поскольку на входе приёмного устройства канала цифровой системы связи стоят фильтры, примем, что реальный белый шум соответствует идеальному. Шум ограничен по спектру, а значит, его мощность также конечна. Рассчитывая мощность N реального белого шума в полосе частот W (Гц), используется абсолютная температура источника шума Т, измеряемая в Кельвинах (К⁰ = С⁰ + 273) и спектральная плотность мощности шума, измеряемая в Вт/Гц:

N_o = N/W (4)

Наибольшая мощность шума от теплового источника:

N = kTW, (5)

где k = 1,38•10^-23 (Дж/К) - постоянная Больцмана.

Для расчётов наиболее удобным является применение формул (6), (7), преобразованных из формулы (5) в децибельном виде:

N = -228,6 + 10lg(T) + 10lg(W),дБ·Вт (6)

N0 = -228,6 + 10lg(T),дБ·Вт/Гц (7)

Зная, что энергия сигнала E = ST_o, а мощность шума N = N_оW, где Т_о - время передачи сигнала, получаю формулу (8):

(8)

Величина WT_o представляет коэффициент пересчёта отношения энергий сигнала и шума в отношение их средних мощностей.

Число уровней амплитуд L при передаче цифрового сигнала с форматом модуляции M-КAM (QAM), где M представляет разрядность модуляции, определяется из формулы (9):



(9)

Энергия символа сигнала определяется по формуле (10):

(10)

В случае передачи в основной полосе частот многоуровневых импульсов, которые совпадают с полосой Найквиста, где W_N = 1/2T_b, мощность символа и мощность шума определяются по формулам (11) и (12) соответственно:

(11)

(12)

Таким образом, отношение сигнал/шум принимает вид:

(13)

Формулу (13) можно преобразовать в вид:

, (14)

где m = 2(log₂L) =log₂M - коэффициент мапинга (число бит на символ информации).

Таким образом, для сигналов с типом модуляции 16QAM разница между отношениями S/N и Eb/N0 составляет 6 дБ.

Ещё одним показателем, характеризующим отношение мощностей, является отношение несущая/шум (C/N). Он определят, во сколько раз мощность С принимаемой модулированной ВЧ несущей на выходе приёмного фильтра больше мощности шума N.

Ниже в формуле (15) указана зависимость:

, дБ , (15)

где - символьная скорость.

При определении защитного отношения учитываются следующие параметры: шум, полоса частот, метод кодирования, а также значение коэффициента скругления, обозначенный на рисунке 20 (безразмерная величина, принимающая значения от 0,15 до 1) [12].

Рисунок 20 - Зависимость формы сигнала от коэффициента скругления

Кроме того, для более точного расчёта отношения сигнал/шум в реальных условиях выведена корректирующая формула:

, (16)

где а - коэффициент скругления спектра.

Формула пересчёта (16) выведена из расчёта, что реальная полоса шума для идеальной цифровой системы занимает полосу частот:

, (17)

а мощность несущей определяется как:

(18)

Свёрточный код также оказывает влияние на канал связи. Коэффициент, корректирующий ошибки FEC (Forward Error Correction) принимает значения от 1/2 до 7/8. Чем он ниже, тем ниже скорость передачи данных. При значении FEC = 1/2, E_b/N₀ снизится в 2 раза, т.е. на 3 дБ. Физический смысл данного примера заключается в том, что половина мощности сигнала уходит на FEC. Следовательно, значение Eb/No увеличивают на величину, равную 10lg(1/FEC) по отношению к C/N. Например, при скорости кодирования RC = 1/2 уровень FEC составит 3 дБ, при RC = 7/8 - 0,58 дБ. Однако, при RC = 1, FEC равен нулю.

Для определения качества канала связи вводится два схожих понятия: вероятность появления битовой ошибки (BEP) и скорость появления битовой ошибки (BER). На практике удобнее использовать понятие BER, т.к. есть возможность физического измерения данной величины.

4.3 Расчёт вероятности битовой ошибки в канале связи технологии LTE

При распространении в радиоэфире сигнал претерпевает различного рода изменения: искажения, снижение отношения сигнал/шум (SNR - Signal Noise Ratio). В цифровых системах радиосвязи используется обозначение E_b/N₀ - отношение энергии одного бита к спектральной плотности шума, согласно формуле (14.14).

Используя формулу пересчёта (17), можно легко вычислить показатель BER при заранее известном уровне SNR:

, дБ, (19)

где CR - скорость кодирования.

Вероятность битовой ошибки в Гауссовском канале распространения имеет вид:

, (20)

где Q(x) является табличной величиной, которая напрямую не рассчитывается.

Однако, для х<3 значение параметра Q(x) можно рассчитать по формуле (14.12):

(21)

Для минимизации расчётов на практике пользуются кривыми зависимости BER от SNR (E_b/N₀), представленными в логарифмическом масштабе (рисунок 21).



Рисунок 21 - Зависимости BER от E_b/N₀ в логарифмическом масштабе

Для подтверждения проведённого эксперимента рассчитываю вероятность появления битовых ошибок при заданном уровне отношения сигнал/шум. Необходимо подтвердить, что при использовании типа модуляции 64QAM при заданном значении SNR=18,9 дБ уровень BER не превышает 10^-6.

Для расчётов использую формулы (20) и (21):

(22)

Отсюда х=2/7

Перевожу значение отношения сигнал/шум в единицы:

18, 9дБ= 10^1.89= 78

Подставляю значение Q(x) и SNR для расчёта уровня BER:

(23)

(24)

Таким образом, из расчётов видно, что при данном значении SNR=18,9 дБ уровень BER соответствует требованиям качества к каналу связи технологии LTE.

Аналогичный расчёт произведём для типа модуляции 16QAM при заданном SNR=13,5 дБ

(25)

Отсюда х=4/5

Перевожу значение отношения сигнал/шум в единицы:

13, 5дБ= 10^1.35= 22, 4

Подставляю значение Q(x) и SNR для расчёта уровня BER:

(26)

(27)

Таким образом, из расчётов видно, что при заданном значении SNR=13,5 дБ уровень BER также соответствует требованиям качества к каналу связи технологии LTE.

Произведу сравнение результатов расчётов и результатов экспериментального моделирования, приведённых в таблице 5 (рисунки 22а, 22б).

Таблица 5 - Зависимость BER от SNR по результат эксперимента и расчётов

Тип модуляции	Значение SNR по результатам расчётов, дБ	Значение SNR по результатам эксперимента, дБ
16QAM	12,9	13,5
64QAM	19	18,9

Рисунок 22а - Кривые зависимости BER от SNR, полученные в результате эксперимента



Рисунок 22б - Кривые зависимости BER от SNR, полученные в результате расчётов

Погрешность результатов экспериментальных и расчётных данных составляет:

для 64QAM (28)

для 16QAM (29)

Расхождение значений в 3-5% является допустимым.



ГЛАВА 5. БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ

5.1 Общий обзор вредных факторов

Отличительной особенностью работы на компьютере является необходимость осуществления точных зрительных работ на светящемся экране. При этом характерными условиями являются перепады яркости в поле зрения мелькания; само изображение может быть неустойчивым и нечетким. Поскольку объекты зрительной работы находятся на расстоянии от 30 до 70 см от глаз пользователя, приходится часто (от 15 до 50 раз в минуту) переводить взгляд в направлениях экран-клавиатура-документация. Частая адаптация глаз к различным условиям яркости и расстояния - один из главных негативных факторов при работе с дисплеями.

Так же стоит отметить такие не маловажные факторы как повышенная температура внешней среды, отсутствие или недостаток естественного света, недостаточная освещенность рабочей зоны, электрический ток. Статическое электричество, умственное перенапряжение, перенапряжение зрительных анализаторов, монотонность труда, эмоциональные перегрузки.

Все менее актуальным (но немаловажным) источником проблем, связанных с охраной здоровья людей, использующих в своей работе персональные компьютеры, являются дисплеи с электронно-лучевыми трубками (ЭЛТ). Они представляют собой источники наиболее вредных излучений, неблагоприятно влияющих на здоровье операторов. Существует два типа излучений, возникающих при работе монитора: электростатическое и электромагнитное.

Первое возникает в результате облучения потоком заряженных частиц. Неприятности, вызванные им, связанные с пылью, накапливающейся на электростатическизаряж?нных экранах, которая летит на пользователя во время его работы за дисплеем. Электромагнитное излучение созда?тся магнитными катушками отклоняющей системы, находящимися около цокольной части ЭЛТ. Специальные измерения показали, что невидимые силовые поля появляются даже вокруг головы оператора во время его работы за дисплеем. Допустимые нормы для этих параметров представлены ниже:

Мощность экспозиционной дозы рентгеновского излучения на расстоянии 0,05 м вокруг видеомонитора - 100мкР/час.

Электромагнитное излучение на расстоянии 0,5 м вокруг видеомонитора по электрической составляющей:

- в диапазоне 5Гц-2 кГц - 25 В/м;

- в диапазоне 2-400 кГц - 2,5 В/м.

- по магнитной составляющей:

- в диапазоне 5 Гц-2 кГц - 250 нТл;

- в диапазоне 2-400 кГц - 25 нТл.

Поверхностный электростатический потенциал - не более 500 В.

Благодаря существующим достаточно строгим стандартам дозы рентгеновского излучения от современных видеомониторов не опасны для большинства пользователей. Исключение составляют люди с повышенной чувствительностью к нему. Также считается, что интенсивность электромагнитного излучения не представляет опасности для здоровья человека. Но до тех пор, пока не будут проведены тщательные исследования по комплексному изучению воздействия излучений на организм человека, рекомендуется принимать следующие меры предосторожности: ограничить дневную продолжительность рабочей деятельности перед монитором, использовать отражающие и поглощающие экраны, не размещать мониторы концентрированно в рабочей зоне, выключать монитор, если на н?м не работают.

Работа большинства людей связана с компьютером. Поэтому необходимо сводить к минимуму вредные факторы, вызванные этой работой. Большинство проблем решается при правильной организации рабочего места, соблюдения правил техники безопасности и разумной организации рабочего времени.

5.2 Требования к монитору

В компьютере существует очень важная часть, на которую очень редко обращают внимание программисты, но именно она больше всего влияет на здоровье - это монитор.

Основными параметрами изображения на экране монитора являются яркость, контраст, размеры и форма знаков, отражательная способность экрана, наличие или отсутствие мерцаний. Кроме того, в СанПиН включены нормативы еще для нескольких параметров, характеризующих форму и размеры рабочего поля экрана, геометрические свойства знаков и другие.

Яркость изображения (имеется в виду яркость светлых элементов, т. е. знака для негативного изображения и фона для позитивного) нормируется для того, чтобы облегчить приспособление глаз к самосветящимся объектам. Ограничены также в пределах (25%) и колебания яркости. Нормируется внешняя освещенность экрана (100 - 250 лк). Исследования показали, что при более высоких уровнях освещенности экрана зрительная система утомляется быстрее и в большей степени.

Часто фактором, способствующим быстрому утомлению глаз, становится и контраст между фоном и символами на экране. Малая контрастность затрудняет различение символов, однако, и слишком большая тоже вредит. Поэтому контраст должен находиться в пределах от 3:1 до 1,5:1. При более низких уровнях контрастности у работающих быстрее наступали неблагоприятные изменения способности фокусировать изображение и критической частоты слияния световых мельканий, регистрировалось больше жалоб на усталость глаз и общую усталость.

Человеческий глаз не может долго работать с мелкими объектами. Вот почему нормируются размеры знаков на экране. Например, угловой размер знака должен быть в пределах от 16 до 60 угловых минут, что составляет от 0,46 до 1,75 см, если пользователь смотрит на экран с расстояния 50 см (минимальное расстояние).

Отражательная способность экрана не должна превышать 1%. Для снижения количества бликов и облегчения концентрации внимания корпус монитора должен иметь матовую одноцветную поверхность (светло-серый, светло-бежевый тона) с коэффициентом отражения 0,4-0,6, без блестящих деталей и с минимальным числом органов управления и надписей на лицевой стороне.

Основные нормируемые визуальные характеристики мониторов и соответствующие допустимые значения этих характеристик представлены ниже:

- Яркость знака или фона (измеряется в темноте): 35 - 120 кд/;

- Контраст: от 3:1 до 1,5:1.

- Угловой размер знака: 16 - 60.

- Отношение ширины знака к высоте: 0,5 - 1,0.

- Отражательная способность экрана (блики): не более 1%.

5.3 Правильная организация рабочего места

Рабочее место - это оснащенное техническими средствами пространство, где осуществляется деятельность исполнителя. Организацией рабочего места называется система мероприятий по оснащению рабочего места средствами и предметами труда и размещение их в определенном порядке. Совершенствование организации рабочего места является одним из условий, способствующих повышению производительности труда.

Для обеспечения нормальных условий труда, санитарные нормы устанавливают для взрослых пользователей на одно рабочее место с компьютером площадь производственного помещения не менее 6,0 м², а объём - не менее 20,0 м³ [13]. Организация рабочего места включает антропометрические и биологические характеристики человека, выбор физиологически правильного рабочего положения и рабочих зон, рациональную компоновку рабочего места, учёт факторов внешней среды.

Антропометрические характеристики человека определяют габаритные и компоновочные параметры рабочего места и свободные параметры отдельных его элементов.

Положение тела и наиболее частые позы, которые принимает или вынужден принимать человек при выполнении работы, являются одним из основных факторов, определяющих производительность труда. Работу оператора организуют в положении сидя. При этом основная нагрузка падает на мышцы, поддерживающие позвоночный столб и голову, а подавляющая часть массы тела передаётся на бёдра, препятствуя проникновению крови в нижнюю часть тела. Поэтому при длительном сидении время от времени необходимо смещать массу тела и сменять фиксированные рабочие позы. К тому же при работе сидя обычно естественный спинно-поясничный прогиб вперёд изменяется на изгиб назад, что зачастую является причиной болей в пояснице. Для физиологически правильно обоснованного рабочего положения сидя рекомендуется обеспечить следующие оптимальные положения частей тела: корпус выпрямлен, сохранены естественные изгибы позвоночного столба, нет необходимости в сильных наклонах туловища, поворотах головы и крайних положениях суставов конечностей.

Основными элементами рабочего места являются: рабочее кресло, рабочая поверхность, экран монитора и клавиатура. Рабочее кресло обеспечивает поддержание рабочей позы в положении сидя, и чем дольше это положение в течение рабочего дня, тем настоятельнее требования к созданию удобных и правильных рабочих сидений. Можно дать следующие рекомендации по конструированию рабочего кресла: необходимость регулировки наиболее важных его элементов - высоты сиденья, высоты спинки сиденья и угла наклона спинки, причём процесс регулировки не должен быть сложным. Установка правильной высоты сиденья является первоочередной задачей при организации рабочего места, так как этот параметр определяет прочие пространственные параметры - высоту положения экрана, клавиатуры, поверхности для записей и других. Диапазон регулировки высоты сиденья находится в пределах 380-500 мм. Регулируемая высота рабочей поверхности оптимальна в пределах 670-800мм. Высота нижнего ряда клавиатуры от плоскости пола может быть в пределах 620-700 мм [14]. Передний ряд клавиш располагают таким образом, чтобы клавиатуру можно было без труда, обслуживать слегка согнутыми пальцами при свободно опущенных плечах и горизонтальном положении рук, плечо и предплечье образуют при этом угол в 90 градусов. Высота экрана определяется высотой уровня глаз наблюдателя и требованием перпендикулярности плоскости экрана к нормальной линии взора.

При компоновке рабочего места, оборудованного компьютером, в первую очередь исходят из типа выполняемых задач и длительности работы. Нельзя создать фиксированную и при этом оптимальную компоновку, которая была бы удобной для всех пользователей. Если производится работа только по вводу данных, то экран и клавиатуру удобно располагать на одной линии, а документ - слева от клавиатуры. Для задач, требующих длительных записей, внесения поправок в документ, документ и экран могут размещаться на одной линии, а клавиатура смещается вправо или экран и клавиатура остаются на одной линии, а документ переносится вправо от клавиатуры. Следовательно, наиболее правильный путь - это компоновка основных элементов рабочего места по желанию пользователя.

5.4 Освещение рабочего места

В наибольшей степени отрицательное физиологическое воздействие на операторов ЭВМ связано со зрительными условиями из-за неправильно спроектированного освещения: прямые и отражённые от экрана блики, вуалирующие отражения, неблагоприятное распределение яркости в поле зрения, неверная ориентация рабочего места относительно светопроёмов.

К системам освещения предъявляют следующие требования:

- соответствие уровня освещенности рабочих мест характеру выполняемой зрительной работы;

- достаточно равномерное распределение яркости на рабочих поверхностях и в окружающем пространстве;

- отсутствие резких теней, прямой и отраженной блесткости (повышенной яркости светящихся поверхностей, вызывающей ослеплённость);

- постоянство освещенности во времени;

- оптимальная направленность излучаемого осветительными приборами светового потока;

- долговечность, экономичность, электро- и пожаробезопасность;

- эстетичность, удобство и простота эксплуатации.

Рекомендуемая освещенность для работы с экраном дисплея составляет 300 лк, а при работе с экраном в сочетании с работой над документами - 500 лк. Рекомендуемые соотношения яркости между рабочими поверхностями не должно превышать 3:1 - 5:1.

В дисплейных залах, обычно, применяют одностороннее естественное боковое освещение. Мониторы располагают подальше от окон и таким образом, чтобы окна находились сбоку.

Если экран дисплея расположен к окну, необходимы специальные экранирующие устройства (светорассеивающие шторы, регулируемые жалюзи, солнцезащитная пленка с металлизированным покрытием).

Для искусственного освещения дисплейных помещений лучше использовать люминесцентные лампы, так как у них высокая световая отдача (до 75 лм/Вт и более), продолжительный срок службы (до 10000 часов), малая яркость светящейся поверхности, близкий к естественному спектральный состав излучаемого света, что обеспечивает хорошую цветопередачу.

Для исключения засветки экранов дисплеев прямыми световыми потоками светильники общего освещения располагают сбоку от рабочего места, параллельно линии зрения оператора и стене с окнами. Такое размещение светильников позволяет производить их последовательное включение в зависимости от величины естественной освещенности и исключает раздражение глаз чередующимися полосами света и тени, возникающее при поперечном расположении светильников.

5.5 Требования к микроклимату

Микроклиматические параметры влияют на функциональную деятельность человека, его самочувствие и здоровье и на надёжность работы средств вычислительной техники. Особенно большое влияние на микроклимат оказывают источники теплоты, находящиеся в помещении. Основными источниками теплоты в дисплейных залах являются: ЭВМ, приборы освещения, обслуживающий персонал, а также солнечная радиация. Основным тепловыделяющим оборудованием в дисплейном зале является ЭВМ - в среднем до 80% суммарных выделений. Тепловыделения от приборов освещения составляют в среднем 12%. Поступление теплоты от обслуживающего персонала - 1%, от солнечной радиации - 6%, приток теплоты через непрозрачные ограждающие конструкции - 1%. Эти источники теплоты являются постоянными.

На организм человека и работу компьютеров оказывает влияние относительная влажность воздуха. При относительной влажности воздуха более 75-80% снижается сопротивление изоляции, изменяются рабочие характеристики элементов ЭВМ, возрастает интенсивность отказов элементов ЭВМ. Скорость движения воздуха также оказывает влияние на функциональную деятельность человека и работу высокоскоростных устройств печати. Большое влиянием на самочувствие и здоровье операторов ЭВМ, а также на работу устройств ЭВМ (магнитные диски, печатающие устройства) оказывает запыленность воздушной среды.

С целью создания нормальных условий для операторов ЭВМ установлены нормы микроклимата (ГОСТ). Эти нормы устанавливают оптимальные и допустимые значения температуры, относительной влажности и скорости движения воздуха в дисплейных помещениях с учетом избытков явной теплоты, тяжести выполняемой работы и сезонов года.

Под оптимальными микроклиматическими параметрами принято понимать такие, которые при длительном и систематическом воздействии на человека обеспечивают сохранение нормального функционального и теплового состояния организма без напряжения реакции терморегуляции, создают ощущение теплового комфорта и являются предпосылкой высокого уровня работоспособности.

Допустимые микроклиматические параметры могут вызвать преходящие и быстро нормализующиеся изменения функционального и теплового состояния организма и напряжения реакций терморегуляции, не выходящие за пределы физиологических приспособительных возможностей, не создающие нарушений состояния здоровья, но вызывающие дискомфортные тепло ощущения, ухудшение самочувствия и понижение работоспособности. Нормальные условия микроклимата обеспечиваются системами водяного отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха.

Нормы микроклимата можно определить согласно закону "ГИГИЕНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ВИДЕОДИСПЛЕЙНЫМ ТЕРМИНАЛАМ, ПЕРСОНАЛЬНЫМ ЭЛЕКТРОННО - ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫМ МАШИНАМ И ОРГАНИЗАЦИИ РАБОТЫ. САНИТАРНЫЕ ПРАВИЛА И НОРМЫ. СанПиН 2.2.2.542-96" (утв. Постановлением Госкомсанэпиднадзора РФ от 14.07.96 N 14)

Таблица 6 - Оптимальные нормы микроклимата для помещений с ВДТ и ПЭВМ

Период года	Категория работ	Температура воздуха, град. С не более	Относит. влажность воздуха, %	Скорость движения воздуха, м/с
Холодный	легкая - 1а	22 - 24	40 - 60	0,1
	легкая - 1б	21 - 23	40 - 60	0,1
Теплый	легкая - 1а	23 - 25	40 - 60	0,1
	легкая - 1б	22 - 24	40 - 60	0,2

Примечание. К категории 1а относятся работы, производимые сидя и не требующие физического напряжения, при которых расход энергии составляет до 120 ккал/ч; к категории 1б относятся работы, производимые сидя, стоя или связанные с ходьбой и сопровождающиеся некоторым физическим напряжением, при которых расход энергии составляет от 120 до 150 ккал/ч.

5.6 Требования по электробезопасности

Электроустановки, к которым относится практически все оборудование ЭВМ, представляют для человека большую потенциальную опасность, так как в процессе эксплуатации или проведения профилактических работ человек может коснуться частей, находящихся под напряжением. Специфическая опасность электроустановок: токоведущие проводники, корпуса стоек ЭВМ и прочего оборудования, оказавшегося под напряжением в результате повреждения (пробоя) изоляции, не подают каких-либо сигналов, которые предупреждали бы человека об опасности. Реакция человека на электрический ток возникает лишь при протекании последнего через тело человека.

Таким образом, помещение оборудованное ЭВМ является помещением с повышенной опасностью поражения людей электрическим током. В связи с этим применяются следующие меры защиты от поражения электрическим током:

- все токоведущие детали изолированы диэлектриком и к ним нет прямого доступа;

- защитное зануление;

- использование общего выключателя, при помощи которого в нужный момент можно прекратить подачу напряжения на все установки.

При прикосновении к любому из элементов ЭВМ могут возникнуть разрядные токи статического электричества. Такие разряды не представляют опасности для человека, однако, могут привести к выходу из строя ЭВМ. Для снижения величин возникающих зарядов в дисплейных залах применяют покрытие технологических полов из однослойного поливинилхлоридного антистатического линолеума марки АСК.

Еще одним методом защиты является нейтрализация статического электричества ионизированным газом. Можно также применить общее и местное увлажнение воздуха.

5.7 Защита от шума

Воздействие шума. Установлено, что шум неблагоприятен для человека, особенно при длительном воздействии. У оператора это выражается в снижении работоспособности, в ускорении развития зрительного утомления, изменении цветоощущения, повышения расхода энергии и так далее. Шум на рабочих местах создаются внутренними источниками: техническими средствами, компрессорами и так далее.

Рекомендуется, чтобы шум в помещении, где выполняют работу, требующую концентрации внимания, не превышал 55 дБ, а при однообразной работе - 65 дБ [15]. Шум отдельных приборов не должен более чем на 5 дБ превышать фоновый шум. Для снижения шума, следует:

- Ослабить шум самих источников, в частности, предусмотреть применение в их конструкциях акустических экранов, звукоизолирующих кожухов;

- Применять рациональное расположения оборудования;

- Использовать архитектурно-планировочные и технические решения, направленные на изоляцию источников шума.



5.8 Пожарная безопасность

Одна из возможных чрезвычайных ситуаций, которая может возникнуть при работе с компьютером - это пожар. Пожар - это неконтролируемое горение вне специального очага, наносящее материальный ущерб и создающее угрозу жизни и здоровью людей. Опасными факторами пожара являются: открытый огонь и искры, повышенная температура воздуха и окружающих предметов, токсичные продукты горения, пониженная концентрация кислорода в воздухе, а также обрушение и повреждение зданий, сооружений, установок. Горение представляет собой сложное, быстропротекающее химическое превращение, сопровождающиеся выделением большого количества теплоты, как правило, свечением. Для возгорания необходимы наличие горючего воздуха (окислителя, чаще всего кислорода) и источника воспламенения.

В современных ЭВМ очень высока плотность размещения элементов электронных схем. В непосредственной близости друг от друга располагаются соединительные провода, коммуникационные кабели. При протекании по ним электрического тока выделяется значительное количество теплоты, что может привести к повышению температуры отдельных узлов до 80 - 100°С. При этом возможно оплавление изоляции соединительных проводов, их оголение и, как следствие, короткое замыкание, сопровождаемое искрением, которое ведёт к недопустимым перегрузкам элементов электронных схем. Они, перегреваясь, сгорают, разбрызгивая искры. Как известно, для отвода избыточной теплоты от ЭВМ служат системы вентиляции и кондиционирования воздуха. Однако, мощные, разветвлённые, постоянно действующие системы вентиляции и кондиционирования - дополнительная пожарная опасность, так как, с одной стороны, воздуховоды обеспечивают подачу кислорода-окислителя во все помещения, а с другой - при возникновении пожара быстро распространяют огонь и продукты горения ко всем помещениям и устройствам, с которыми они связаны.

Напряжение к ЭВМ подаётся по кабельным линиям, которые представляют особую пожарную опасность. Наличие горючего изоляционного материала, вероятных источников зажигания в виде электрических искр и дуг, разветвлённость и труднодоступность делают кабельные линии местом наиболее вероятного возникновения и развития пожара.

Следовательно, при эксплуатации ЭВМ необходимо принимать меры пожарной профилактики. Пожарная профилактика - это комплекс организационных и технических мероприятий, направленных на обеспечение безопасности людей, на предотвращение пожара, а также на создание условий для успешного тушения пожара. К мерам борьбы с пожарами относятся своевременные профилактические осмотры и ремонт оборудования, правильное размещение оборудования, противопожарный инструктаж работников, соблюдение противопожарных норм и правил при проектировании, устройстве электропроводов и оборудования, отопления, вентиляции, освещения.

Нормы оказания помещений первичными средствами пожаротушения.

Определение необходимого количества первичных средств пожаротушения.

1. При определении видов и количества первичных средств пожаротушения следует учитывать физико-химические и пожароопасные свойства горючих веществ, их отношение к огнетушащим веществам, а также площадь производственных помещений, открытых площадок и установок.

2. Комплектование технологического оборудования огнетушителями осуществляется согласно требованиям технических условий (паспортов) на это оборудование или соответствующим правилам пожарной безопасности.

3. Комплектование импортного оборудования огнетушителями производится согласно условиям договора на его поставку.

4. Выбор типа и расчет необходимого количества огнетушителей в защищаемом помещении или на объекте следует производить в зависимости от их огнетушащей способности, предельной площади, а также класса пожара горючих веществ и материалов:

класс А - пожары твердых веществ, в основном органического происхождения, горение которых сопровождается тлением (древесина, текстиль, бумага);

класс В - пожары горючих жидкостей или плавящихся твердых веществ;

класс С - пожары газов;

класс D - пожары металлов и их сплавов;

класс Е - пожары, связанные с горением электроустановок.

Выбор типа огнетушителя (передвижной или ручной) обусловлен размерами возможных очагов пожара. При их значительных размерах необходимо использовать передвижные огнетушители.

5. Выбирая огнетушитель с соответствующим температурным пределом использования, необходимо учитывать климатические условия эксплуатации зданий и сооружений.

6. Если возможны комбинированные очаги пожара, то предпочтение при выборе огнетушителя отдается более универсальному по области применения.

7. Для предельной площади помещений разных категорий (максимальной площади, защищаемой одним или группой огнетушителей) необходимо предусматривать число огнетушителей одного из типов.

8. В общественных зданиях и сооружениях на каждом этаже должны размещаться не менее двух ручных огнетушителей.

9. Помещения категории Д могут не оснащаться огнетушителями, если их площадь не превышает 100 м2.

10. При наличии нескольких небольших помещений одной категории пожарной опасности количество необходимых огнетушителей определяется согласно п. 14 и таблицам 7 и 8 с учетом суммарной площади этих помещений.

11. Огнетушители, отправленные с предприятия на перезарядку, должны заменяться соответствующим количеством заряженных огнетушителей.

12. При защите помещений ЭВМ, телефонных станций, музеев, архивов и т.д. следует учитывать специфику взаимодействия огнетушащих веществ с защищаемыми оборудованием, изделиями, материалами и т. п. Данные помещения следует оборудовать хладоновыми и углекислотными огнетушителями с учетом предельно допустимой концентрации огнетушащего вещества.

13. Помещения, оборудованные автоматическими стационарными установками пожаротушения, обеспечиваются огнетушителями на 50%, исходя из их расчетного количества.

14. Расстояние от возможного очага пожара до места размещения огнетушителя не должно превышать 20 м для общественных зданий и сооружений; 30 м для помещений категорий А, Б и В; 40 м для помещений категории Г; 70 м для помещений категории Д.

15. На объекте должно быть определено лицо, ответственное за приобретение, ремонт, сохранность и готовность к действию первичных средств пожаротушения.

16. Каждый огнетушитель, установленный на объекте, должен иметь порядковый номер, нанесенный на корпус белой краской. На него заводят паспорт по установленной форме.

17. Огнетушители должны всегда содержаться в исправном состоянии, периодически осматриваться, проверяться и своевременно перезаряжаться.

18. В зимнее время (при температуре ниже 1 °С) огнетушители с зарядом на водной основе необходимо хранить в отапливаемых помещениях.

19. Размещение первичных средств пожаротушения в коридорах, проходах не должно препятствовать безопасной эвакуации людей. Их следует располагать на видных местах вблизи от выходов из помещений на высоте не более 1,5 м.

20. Асбестовое полотно, войлок (кошму) рекомендуется хранить в металлических футлярах с крышками, периодически (не реже 1 раза в три месяца) просушивать и очищать от пыли.

21. Для размещения первичных средств пожаротушения, немеханизированного инструмента и пожарного инвентаря в производственных и складских помещениях, не оборудованных внутренним противопожарным водопроводом и автоматическими установками пожаротушения, а также на территории предприятий (организаций), не имеющих наружного противопожарного водопровода, или при удалении зданий (сооружений), наружных технологических установок этих предприятий на расстояние более 100 м от наружных пожарных водоисточников, должны оборудоваться пожарные щиты. Необходимое количество пожарных щитов и их тип определяются в зависимости от категории помещений, зданий (сооружений) и наружных технологических установок по взрывопожарной и пожарной опасности, предельной защищаемой площади одним пожарным щитом и класса пожара.

22. Пожарные щиты комплектуются первичными средствами пожаротушения, немеханизированным пожарным инструментом и инвентарем.

23. Бочки для хранения воды, устанавливаемые рядом с пожарным щитом, должны иметь объем не менее 0,2 м3 и комплектоваться ведрами. Ящики для песка должны иметь объем 0,5; 1,0 или 3,0 м3 и комплектоваться совковой лопатой. Конструкция ящика должна обеспечивать удобство извлечения песка и исключать попадание осадков.

24. Ящики с песком, как правило, должны устанавливать со щитами в помещениях или на открытых площадках, где возможен розлив легковоспламеняющихся или горючих жидкостей.

25. Для помещений и наружных технологических установок категории А, Б и В по взрывопожарной и пожарной опасности запас песка в ящиках должен быть не менее 0,5 м3 на каждые 500 м2 защищаемой площади, а для помещений и наружных технологических установок категории Г и Д не менее 0,5 м3 на каждую 1000 м2 защищаемой площади.

26. Асбестовые полотна, грубошерстные ткани или войлок должны быть размером не менее 1х1 м и предназначены для тушения очагов пожара веществ и материалов на площади не более 50% от площади применяемого полотна, горение которых не может происходить без доступа воздуха. В местах применения и хранения ЛВЖ и ГЖ размеры полотен могут быть увеличены до 2х1,5 м или 2х2 м.

27. Использование первичных средств пожаротушения, немеханизированного пожарного инструмента и инвентаря для хозяйственных и прочих нужд, не связанных с тушением пожара, запрещается.

Действия при пожаре и возгорании.

При возгорании:

- Срочно позвонить по телефону: 01, 112, 005.

- Прекратить доступ воздуха к очагу пожара.

- Передвигайтесь в задымленном помещении ползком или пригнувшись, закрыв нос и рот мокрой тряпкой.

- Горящие электробытовые приборы тушить, только выключив из сети.

- Если огонь нельзя ликвидировать в кратчайшее время, выключить электричество, перекрыть газ, срочно вызвать пожарных, увести из опасной зоны детей, престарелых, и только потом начинать тушить огонь своими силами. Ни в коем случае не открывать окна, так как с поступлением кислорода огонь вспыхнет сильнее. При возгорании одежды на человеке немедленно повалить горящего, облейте его водой или накрыть ковриком, курткой или пальто.

- При пожаре в здании не пытаться использовать для эвакуации лифт, который может остановиться в любой момент. При невозможности самостоятельной эвакуации обозначьте свое местоположение, свесив из окна белую простыню. Если к спасению один путь - окно, бросьте вниз матрасы, подушки, ковры, сократите высоту прыжка, используя привязанные к батареям шторы (простыни).

- При возгорании электропроводки по возможности отключите электричество.

- При возгорании бытового электросчётчика вызвать пожарных и эвакуироваться

Таким образом, в данном разделе рассмотрены правила охраны труда при работе с компьютером: изучены опасные и вредные факторы и степень их воздействия на оператора, проанализированы принципы организации рабочего места оператора, уделено особое внимание рассмотрению рабочей среды. Дипломная работа выполнялась в помещении, которое соответствует современным требованиям обеспечения безопасности жизнедеятельности человека при работе с компьютером.



ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Стандарт беспроводной высокоскоростной широкополосной передачи данных LTE несомненно имеет привилегии на телекоммуникационном рынке перед другими технологиями. Однако, в настоящее время спрос всё больше проявляется на получение качественных услуг связи. Поэтому актуальным остаётся вопрос помехоустойчивости каналов связи.

Повышению помехоустойчивости каналов связи технологии LTE способствует поддержка многоантенной системы MIMO, использование квадратурной амплитудной модуляции, а также применение технологии OFDM. Кроме того, применение данных технологий существенно повышает скорость передачи данных и снижает задержки.

В данной выпускной квалификационной работе исследованы методы помехоустойчивости каналов связи технологии LTE посредством программной реализации в среде MatLab. Результаты исследования показали, что на качество сигнала влияют не только внешние факторы, но также и методы обработки данных, используемые в приёмо-передающем тракте радиоканала. Для повышения качества радиосигнала используют методы многопозиционной модуляции, пространственного кодирования сигнала. Экспериментальным путём доказано, что использование многоантенной системы MIMO повышает помехоустойчивость радиоканала. Полученные в ходе эксперимента результаты подтверждены расчётами.

...