Искажения сигналов и помехи в канале связи

1.4.    искажения сигналов и помехи в канале связи

Литература:

1. Теория электрической связи /Под ред. Д.Д. Кловского. - М.: Радио и связь, 1999. - С.17-18, 145-147.

2. Справочник по теоретическим основам радиоэлектроники/Под ред. Б.Х. Кривицкого. - М.: Энергия, 1977. - Т.2. С.138-140.

Проходя по каналу связи, сигнал претерпевает ряд изменений. Эти изменения сводятся к ослаблению, искажению сигнала и наложению на него помех.

Искажениями называются нежелательные изменения передаваемого сигнала, включая также изменения, вызванные появлением дополнительных сигналов, возникающих из-за прохождения по каналу связи самого передаваемого сигнала.

В зависимости от регулярности появления искажений различают каналы с детерминированными и случайными искажениями.

Детерминированные искажения в реальных каналах связи делятся на:

· линейные искажения, связанные с наличием частотно-избирательных цепей (фильтров в приемнике и передатчике, антенн, коаксиальных и волноводных линий и т.д.);

· нелинейные искажения, обусловленные нелинейностью амплитудных характеристик тех или иных технических устройств.

Случайные искажения определяются средой распространения и связаны в основном с прохождением сигнала от передатчика к приемнику различными путями (лучами), приводящим к рассеянию сигнала. При этом импульсный сигнал, проходящий по нескольким независимым путям различной протяженности, принимается несколько раз (рис.1.4.1,а). По мере увеличения числа рассеивателей в непосредственной близости от ПС принимаемые импульсы сливаются (рис.1.4.1,б) в единый непрерывный растянутый сигнал, который может тем самым выйти за пределы отведенного для него временного интервала и исказить следующий передаваемый символ.

Для предотвращения межсимвольной интерференции, возникающей за счет рассеяния, необходимо уменьшать скорость передачи информации, предусматривая при передаче особые временные интервалы ожидания.

Различают

· дискретное рассеяние, когда запаздывание между сигналами в соседних лучах сравнительно велико и их можно разделить;

· дисперсное рассеяние, когда запаздывание между соседними лучами бесконечно мало.

Помехой называется любое случайное воздействие на сигнал, которое ухудшает верность воспроизведения передаваемых сообщений. Помехи весьма разнообразны как по своему происхождению, так и по физическим свойствам.

Помеху называют аддитивной, если в канале связи она складывается с сигналом

.

Если же воздействие помехи сводится к умножению сигнала на некоторый временной случайный процесс, то такую помеху называют мультипликативной

.

Мультипликативная помеха проявляется в случайных изменениях характеристик радиоканала.

Несмотря на большое разнообразие, аддитивные помехи по их электрической и статистической структуре делятся на три группы:

· сосредоточенные по частоте (узкополосные);

· сосредоточенные по времени (импульсные);

· флуктуационные.

Узкополосная помеха - это помеха, спектральная плотность мощности (СПМ) которой занимает сравнительно узкую полосу частот, существенно меньшую полосы частот сигнала. Чаще всего она обусловлена сигналами посторонних радиостанций, излучения генераторов ВЧ промышленного и медицинского назначения, преднамеренными помехами.

Импульсная помеха представляет собой случайную последовательность импульсов, следующих столь редко, что реакция приемника на текущий импульс успевает затухнуть к приходу следующего.

Основным источником импульсных помех (ИП) являются системы зажигания двигателей внутреннего сгорания подвижных объектов. Экспериментально установлено, что СПМ ИП от системы  зажигания  занимает  область от десятков кГц до единиц ГГц и существенно зависит от механических параметров системы зажигания. Во временной области ИП от системы зажигания представляет собой последовательность пачек коротких импульсов (рис.1.4.2). Длительность одного импульса в пачке около десятых долей - единиц наносекунд, а длительность всей пачки - от единиц до десятков микросекунд. Частота следования импульсов в пачке зависит от геометрических размеров элементов системы зажигания и может изменяться в пределах от 100до 300 МГц.

Флуктуационные помехи порождаются различными случайными токов и напряжений в элементах аппаратуры от их средних значений. Флуктуационные помехи чаще всего представляют собой нормальный стационарный случайный процесс с нулевым математическим ожиданием. Обычно он имеет равномерную СПМ в такой широкой полосе частот, что помеху можно считать "белым" шумом.

Средняя мощность тепловых флуктуаций

, где  - постоянная Больцмана;

 - температура "шумящего" элемента;

 - ширина полосы пропускания приемного устройства.

В зависимости от происхождения помехи делятся на естественные и искусственные. К естественным помехам относятся:

а) внешние помехи: атмосферные, образуемые электрическими процессами в атмосфере, главным образом грозовыми разрядами; космические, вызываемые электромагнитным излучением Солнца, звезд и Галактики; спорадические (нерегулярные) электромагнитные излучения околоземного пространства, вызываемые потоками заряженных частиц в ионосфере и магнитосфере; отражения от метеорологических образований (дождь, снег, град, облака), земной и водной поверхности и др.;

б) внутренние помехи (или внутренние шумы в радиотехнических устройствах). Основные источники - тепловые шумы сопротивлений, шумы электронных ламп и полупроводниковых приборов.

К числу источников искусственных помех относятся приборы, оборудование и машины, созданные человеком и излучающие либо рассеивающие ЭМВ. Подавляющее большинство их создают на радиочастотах электромагнитные колебания со сплошным спектром: электротранспорт (трамваи, троллейбусы, электропоезда, тяговые подстанции), автомобили, высоковольтные линии электропередач и их подстанции, станки с электроприводом, установки дуговой сварки, крановое и лифтовое оборудование, коммутируемая электрореклама, люминесцентные светильники и пр.

Кроме того, к искусственным относятся и преднамеренные помехи системам связи противника.