Виды помех радиоприему
Из книги «Методы подавления шумов и помех в электронных системах»
Различают три вида помех: атмосферные, промышленные (индустриальные) и внутренние шумы приемника. Последние возникают в самом устройстве. В больших городах минимальная напряженность поля, необходимая для удовлетворительного приема, определяется в основном промышленными помехами. В сельских местностях на волнах длиннее 20 м главную роль играют атмосферные помехи, а на волнах короче 20 м — внутренние шумы приемника.
По своему характеру все виды помех можно разбить на «гладкие» и импульсные помехи. Амплитуда гладких помех изменяется не более чем в 3-4 раза, а амплитуда импульсных помех изменяется в широких пределах. Промышленные помехи носят в основном импульсный характер. Атмосферные помехи могут быть обоих видов. Внутренние шумы приемника всегда относятся разряду гладких помех.
Кодовые последовательности Уолша
Разберемся каким свойство обладает последовательность Уолша, которая позволяет разделять один канал от другого.
Совокупность, есть множество КП Уолша. Они двоичны и принимаю два значения, иногда пишут, что они принимают значение {1;-1} или {1;0}. Но мы будем использовать {1;-1}.
Коды Уолша применяются для кодового разделения каналов, так как они ортогональны друг с другом. Если возьмем N последовательностей Уолша, эти последовательности тоже будут иметь длину N и вот эта совокупность из N последовательностей будет образовывать ортогональную систему. Например, у нас 8 последовательностей Уолша, и эти 8 последовательностей будут образовывать ортогональную систему. Если из этой системы, любые две последовательности возьмем и посчитаем для них корреляцию и если корреляция будет равна нулю, то последовательности ортогональны.
Четыре последовательности в в каждой последовательности 4 переменные. Если возьмем любые две последовательности и посчитаем для них корреляцию. Рассмотрим ортогональную систему последовательностей Уолша 4×4:
a1 — одна последовательность и a3 — другая последовательность, нужно их посимвольно перемножить одну с другой.
И результат перемножения суммируем. Если в результате получился 0, то такие коды являются ортогональными.
Расширение спектра
За счет чего идет расширение спектра? Если подавать информационный сигнал напрямую на фазовый модулятор, скорость манипуляции совпадала бы с информационной, символьной скоростью. Но из-за того что мы информационный сигнал перемножаем с КП Уолша, а КП идет быстрее, в нашем случае в 8 раз, то и скорость манипуляции будет быстрее в 8 раз. Фаза в 8 раз чаще изменяет свое положение. Спектр расширяется в N раз, где N — длина кодовой последовательности.
На картинке выше представлен спектр фазоманипулированного сигнала и спектр CDMA сигнала. Средняя мощность у них постоянная. Площадь у графиков одинаковая. Чтобы определить среднюю мощность сигнала по спектральной плотности мощности, нужно рассчитать площадь. Если площадь постоянна, если растягиваем вширь, соответственно высота должна уменьшиться.
Системы с расширенным спектром более устойчивы к узкополосным помехам по частотно-селективным замираниям. Когда говорим о кодовом разделении каналов, расширение спектра происходит как побочное действие, потому что скорость манипуляции увеличивается.
Расширенный спектр дает преимущества. Узкополосная помеха — помеха у которой ширина спектра намного уже, чем ширина сигнала.
На картинке выше спектр без расширения и с расширением и присутствует узкополосная помеха. Из рисунка видно, какую часть повреждает узкополосная помеха без расширения и с расширением. Видим, что у расширенного спектра повреждена совсем малая часть, по сравнению со спектром без расширения.
Замирания появляются при многолучевом распространении, когда сигналы отражаются от множества объектов и в передатчик приходит множество лучей с разными фазами и когда они складываются с разными фазами у них амплитуда может увеличиться либо уменьшиться.
Когда спектр сигнала узкополосный, то вследствие замираний, будем наблюдать, как будто бы у него изменяется амплитуда, вплоть до того, что сигнал может потеряться в шумах и потеряется возможность к демодуляции сигнала.
А когда спектр сигнала широкий, больше мегагерца, десятки МГц, получается не на всех частотах сигнал складывается в одних и тех же фазах. Лучи приходят с одинаковой задержкой, но задержка по времени на частоте f1 и f2 она превращается в разные сдвиги фаз.
С одной стороны, расширение спектра идет, как побочное действие, потому что скорость манипуляции увеличилась, но за счет этого мы получили достоинство.
Методы подавления помех
Индустриальные помехи могут попадать в приемник по проводам питания. Для ослабления их влияния, а также ослабления помех от мощных местных радиостанций, наводящих значительные напряжения на провода бытовых сетей, можно применять одно- или двухзвенные П-образные фильтры (однослойные катушки из провода ПЭ 0,6-0,8 на ферритовых стержнях длиной 50-70 мм и диаметром 8 мм и два — четыре конденсатора емкостью 0,05—0,07 мкф, каждый из которых подключен к одному из проводов силового входа приемника).
Кроме установки фильтров желательно экранировать первичную обмотку силового трансформатора, а в некоторых случаях сам трансформатор и весь выпрямитель. В качестве экрана в трансформаторе применяют дополнительную обмотку из тонкого провода между сетевой и остальными обмотками; ее вывод присоединяют к шасси приемника
Необходимо также уделять внимание экранировке как шасси приемника с его схемой (применять металлический поддон), так и всего приемника в целом, используя, например, металлический корпус
Современные радиоприемные устройства, питающиеся от сети, уже имеют в своих блоках питания защиту по ВЧ.
Помехи могут попасть в приемник через цепь заземления. В городских квартирах для этих целей часто используют трубы центрального отопления или водопровода. Как и в любом другом проводнике там наводят ЭДС даже очень слабые электромагнитные поля (от зарядных устройств, например). Поэтому в таких условиях вместо заземления лучше использовать противовес.
Схема включения противовеса в виде металлической сетки
Борьба с гладкими помехами внешнего происхождения может вестись путем сужения полосы пропускания приемника. Особенно это эффективно при телеграфном обмене и цифровых видах связи. Сузив полосу приемника до сотен герц можно получить выигрыш в отношении сигнал/шум до 7-8 раз.
Борьба с импульсными помехами осуществляется посредством специальных помехоподавляющих устройств. По принципу действия подавители помех можно разделить на следующие группы: ограничители помех, ограничивающие амплитуду помехи до уровня максимальной амплитуды полезного сигнала, и схемы, вырезающие помеху (уменьшающие до нуля общее напряжение от помехи и сигнала на выходе приемника в момент действия помехи).
Для борьбы с узкополосными помехами применяют режекторные фильтры, а также различные способы, изменяющие полосу пропускания приемника (сдвиг полосы пропускания).
Стандарт IS-95 в России
История стандарта CDMA One в нашей стране достаточно богата. В первые годы повсеместного распространения сотовой связи в России (на рубеже XX-XXI столетий) было даже трудно сказать, какой из стандартов является превалирующим: IS-95 или GSM. До 2001 года в некоторые периоды CDMA имел даже большее число абонентов, чем GSM. Однако изначально в нашей стране именно стандарт GSM предусматривался как основной при строительстве сетей сотовой связи. Трудности в правовых аспектах строительства сетей CDMA One создали значительную задержку в его распространении. Хотя это не единственный сдерживающий фактор. Мобильные аппараты, работающие в стандарте IS-95 были запрограммированы на работу в определенной сети и было невозможно сменить оператора также легко, как и с MS стандарта GSM, где для этого достаточно было поменять SIM-карту.
В то же время, многие специалисты отмечают, что CDMA One гораздо экономичнее стандарта GSM и позволяет более эффективно использовать радио ресурсы. Это и другие вышеотмеченные преимущества не позволили этому стандарту быть забытым. В результате на основе CDMA One были реализованы другие стандарты уже третьего поколения.
Заключение
В третьей части мы рассмотрели как ортогональные, так и неортогональные методы множественного доступа с кодовым разделением пользователей, ведь без этих методов невозможно обойтись при проектировании современных систем связи. Рассмотрели основные преимущества и недостатки этих технологий. Хочу отметить, что в большинстве неортогональных методов отсутствует строгая теория построения кодовых сигнатур, при этом кодовые книги получают с помощью различных вычислительных алгоритмов, оптимальность которых остаётся под вопросом.
В четвёртой части статьи из серии “Обзор методов множественного доступа в беспроводной связи” вас ждут методы множественного доступа, основанные на пространственном разделении пользователей.
