Л е к ц и я 1

Помехи в каналах связи. Классификация помех.

Помехами - называют любые мешающие возмущения, как внешние (например атмосферные помехи), так и внутренние (источником которых является сама аппаратура связи), вызывающие случайные отклонения принятых сигналов от предаваемых.

Эффект воздействия помех стараются учесть, производя эквивалентное изменение характеристик линий связи. В этой связи источник помех условно относят к линии связи.

Например, для превышения над уровнем помех города мощность радиопередатчика, находящегося в тайге, увеличивают.

Меру соответствия принятого сообщения посланному называют верностью передачи.

Обеспечение заданной высокой верности передачи сообщений является важнейшей целью систем связи.

Все многообразие помех можно разделить на два больших класса: класс аддитивных помех и класс мультипликативных помех (см. структурную схему рис.4). В общем случае влияние помехи n(t) на передаваемый сигнал S(λ,t) может быть выражено оператором

y (t) = V [S(λ,t), n(t)] (3.1)

Если y(t) можно представить в виде суммы (3.2)

y (t) = S(λ,t) + n(t), (3.2)

то помеху называют аддитивной.

Если же оператор V[ S(λ,t), n(t)] может быть представлен в виде

y (t) = n_м(t)*S(λ,t), (3.3)

то помеху n_м(t) называют мультипликативной ( при этом процесс n_м(t) считается не отрицательным)[1]

Мультипликативные помехи возникают из – за изменении во времени амплитудных и фазовых характеристик канала связи при многолучевом распространении сигнала S(λ,t).

Среди класса аддитивных помех флуктуационные (или гладкие) помехи (Ф.П.) являются наиболее распространенным видом в различных системах передачи информации. Их источниками, прежде всего, являются входные элементы и цепи приемных устройств, а также атмосфера Земли, звезды и галактики Вселенной.

В большинстве случаев считается, что Ф.П. (шум) является стационарным процессом и имеет постоянную спектральную плотность мощности (в пределах полосы пропускания исследуемой системы), т.е. может аппроксимироваться «Белым шумом». Спектральная плотность мощности белого шума Go представляет собой мощность шума, выделяемую на сопротивлении 1 ОМ в полосе частот 1 Гц, и имеет размерность ВТ/Гц.

На выходе узкополосного тракта со средней частотой ωo флуктуационную помеху можно представить в виде колебаний

n (t) = Uп(t)*cos[ωo*t+Qп(t)], (3.4)

где Uп(t) и Qп(t) – случайные амплитуда (огибающая амплитуд) и фаза флуктуационного колебания.

Иногда узкополосную флуктуационную помеху (3.4) можно представить в виде суммы двух квадратурных колебаний.

Флуктуационная помеха характеризуется законами распределения мгновенных значений амплитуды и начальной фазы. При использовании обычно принимается, что одномерное распределение мгновенных значений флуктуационной помехи подчиняется гауссовскому (нормальному) закону со средним значением, равным нулю, и дисперсией

σ_п² =Go Δ ƒэ, (3.5)

где Gо – спектральная плотность мощности белого гауссовского шума.

Наиболее распространенной причиной шума аппаратуры являются флуктуации тока из – за дискретной природы носителей заряда (электронов, ионов, дырок). Квадрат эффективного напряжения теплового шума определяется известной формулой Найквиста:

U_m² = 4ķTΔƒR, (3.6)

где ķ - постоянная Больцмана (ķ = 1,37*10¯²³ Вт*с/град),

T - абсолютная температура,

R - сопротивление цепи,

Δƒ – полоса частот.

Электрическую структуру флуктуационной помехи можно представить как последовательность бесконечно коротких импульсов, имеющих случайную амплитуду и следующих друг за другом через случайные промежутки времени.

При этом, импульсы появляются один за другим настолько часто, что переходные явления (в приемнике) от отдельных импульсов накладываются, образуя непрерывный случайный процесс. Длительность импульсовмала,поэтому спектральная плотность мощности флуктуационной помехи постоянная, вплоть до очень высоких частот.

Флуктуационный характер имеют космические помехи, а также некоторые виды атмосферных и индустриальных помех.

Импульсная помеха – помеха в виде одиночных импульсов, следующих через такие большие промежутки времени, что переходные явления в радиоприемнике от одного импульса успевают затухнуть к моменту прихода следующего импульса.

На железнодорожном транспорте импульсные помехи создаются прежде всего контактной сетью электротяги и другими искрящими устройствами (например работа сварочных аппаратов).

Часто импульсную помеху на выходе высокочастотной части (полосового фильтра) приемного устройства рассматривают как результат ударного возбуждения резонансныхконтуров (полосового фильтра) короткими одиночными импульсами, длительность которых меньше, а интервал следования больше времени существования переходных процессов в контурах.

Статистические свойства импульсных помех описываются распределением вероятностей амплитуд импульсов и распределением временных интервалов между этими импульсами.

Помехи, сосредоточенные по спектру (гармонические и квазигармонические) – к ним относят сигналы посторонних радиостанций, излучения генераторов ВЧ и СВЧ различного назначения (промышленные, медицинские). Это модулированные или немодулированные колебания, т.е. синусоидальные колебанияв общем случае с изменяющимися параметрами, например сигналы радиостанций, которые могут иметь непрерывный или прерывающийся характер (при режиме работы «манипуляция»). В отличие от флуктуационной помехи спектр сосредоточенной по спектру помехи соизмерим или уже, чем спектр сигнала.

В диапазоне К.В. этот вид помех является основным.