Завади в системах передачі сигналів

У будь-якій системі передачі сигналів діють завади. Завадами називають стороннє збурення, яке діє в системі й перешкоджає правильному прийому, передачі, перетворенню, обробленню, зберіганню і зображенню сигналів (інформації).

Джерела завад можуть знаходитись як зовні, так і всередині самої системи. Завади бувають регулярними й випадковими. Регулярними називають завади, джерела й характеристики яких є відомими. Якщо завада є регулярною й відомою, то боротися з нею легко. Регулярними задами є, наприклад, фон змінного струму, випромінювання від певної радіостанції та ін. Фон змінного струму можна усунути найпростішою компенсацією. Завада від певної радіостанції усувається відповідним фільтром.

Випадковими називають завади, джерела й характеристики яких є невідомими. Такі завади описуються випадковими функціями часу. Боротися з цими завадами найважче.

У загальному вигляді вплив завади на сигнал х_i можна виразити оператором

де Z_i — сигнал на виході системи (при ξ_i = 0, Z_i = х_i).

Якщо оператор Π вироджується в суму, то взаємодія сигналу х_i й завади ξ_i опишеться формулою Z_i = x_i + ξ_i. Така завада має назву адитивної (або шуму). З фізичної точки зору шум породжується в системах різними випадковими відхиленнями тих або інших фізичних величин від їхніх середніх значень. Джерелом шуму в електричних ланцюгах постійного струму можуть бути коливання (флуктуації) струму, які приблизно дорівнюють середньому значенню. Природа таких коливань обумовлена дискретністю носіїв заряду (іонів та електронів). Це явище має назву дробового ефекту. Джерелом шуму є також тепло, яке викликає випадковий рух іонів і електронів у будь-якому провіднику. Цей рух викликає випадкову різницю потенціалів на його кінцях, що є тепловою перешкодою, яку називають тепловим шумом.

З розглянутих прикладів випливає, що джерела шуму лежать глибоко в природі речей, у дискретності будови речовини, з якої будується апаратура СКК КІВ і реалізуються канали передачі сигналів.

Існує ще одне джерело шуму, яке принципово не усувається, — електромагнітне випромінювання. Випромінювання відбувається дискретними порціями — квантами, енергія яких дорівнює h , де h — постійна Планка, — частота. Квант електромагнітного випромінювання має назву фотона. На цей час у техніці є дві якісні тенденції: до збільшення відстаней між джерелом і споживачем інформації й до підвищення смуги частот сигналів. Збільшення відстаней означає зменшення енергій на вході приймача системи, а підвищення частоти — збільшення енергії фотонів. Таким чином, за певних умов не тільки починає відчуватися дискретна фотонна структура випромінювання, обумовлений цією причиною шум може перевищити всі інші завади.

Оператор Π можно зобразити у вигляді

z_i = x_if (, t),

де f(, t) — випадковий процес.

Таку заваду називають мультиплікативною. Природа такої завади полягає у випадковому зміненні параметрів будь-якого елемента системи й каналу передачі. При передачі, перетворенні, прийманні, обробленні, зберіганні інформації сигнали, які її несуть, зазнають спотворень внаслідок змінення характеристик самих елементів системи (коефіцієнтів передачі, частотних і часових характеристик, лінійних спотворень). Деякі з цих змінень іноді можна звести до регулярних завад і ефективно з ними боротися.

Якщо коефіцієнт передачі, частотні й часові характеристики спотворення мають випадкові змінення, то вплив цих змінень відповідає мультиплікативній заваді. Мультиплікативною завадою, наприклад, є інтерференція при багатопроменевому розповсюджені сигналу. У реальних системах одночасно діють адитивна й мультиплікативна завади. Тоді оператор (4.1) можна зобразити у вигляді

z_i = x_if (,t) + .

Для опису завад використовується математичний апарат теорії ймовірностей і теорії статичних рішень.

Існують різні способи боротьби із завадами. Усі вони пов'язані з перетвореннями сигналів: квантуванням, кодуванням, модуляцією, фільтрацією, декодуванням, демодуляцією та ін.