double arrow

Аддитивные и мультипликативные помехи

1

Балтийский федеральный университет имени И. Канта

Физико-технический факультет

 

Утверждаю
Заведующий кафедры
к.т.н., доцент
А. Шпилевой
 
«___»_________ 200__ г.

 

 

Л Е К Ц И Я № 9

Тема: «Характеристика помех в канале связи»

Текст лекции по дисциплине: «Теория электрической связи»

 

Обсуждена и одобрена на заседании кафедры
 
протокол №___ от «___»___________200__г.

 

 

Г. Калининград 2012 г.

Текст лекции № 8

по дисциплине: «Теория электрической связи»

 

Введение

В реальном канале связи сигнал при передаче искажается и сообщение воспроизводится с некоторой ошибкой. Причиной таких ошибок являются искажения, вносимые самим каналом, и помехи, воздействующие на сигнал.

Частотные и временные характеристики канала определяют так называемые линейные искажения. Кроме того, канал может вносить и нелинейные искажения, обусловленные нелинейностью тех или иных его звеньев. Как линейные, так и нелинейные искажения обусловлены известными характеристиками канала и могут быть устранены путём коррекции. Помехи заранее не известны, поэтому не могут быть устранены.

Изучение физических свойств помех необходимо для грамотного построения всех элементов канала связи.

Классификация помех

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

Самая грубая характеристика помехи заключается в указании её спектральной плотности. С этой точки зрения помехи разделяются на широкополосные, спектр которых значительно шире спектра сигнала, и узкополосные или сосредоточенные, ширина спектра которых соизмерима с шириной спектра сигнала.

По своей временной структуре помехи разделяются на гладкие и импульсные. Для гладких помех характерно то, что их огибающая с большой вероятностью находится в некотором небольшом интервале около своего среднего значения. Огибающая импульсных помех с большой вероятностью находится вне этого интервала. Резкой грани между гладкими и импульсными помехами нет.

 

А(t) G(f)

       
   
 
 

 

 


t f

       
   


Рис. 1. Сосредоточенная помеха.

 

А(t) G(f)

           
 
   
     
 
 

 

 


t f

 

Рис. 2. Импульсная помеха.

 

На рис. 1, 2 показан пример огибающих А(t) и спектральных плотностей мощности G(f) типичных реализаций сосредоточенной и импульсной помех.

В радиоканалах часто встречаются атмосферные помехи, обусловленные электрическими процессами в атмосфере, и, прежде всего грозовыми разрядами. Энергия этих помех сосредоточена главным образом в области длинных и средних волн.

Сильные помехи создаются также промышленными установками. Это так называемые индустриальные помехи, возникающие из-за резких изменений тока в электрических цепях электроустановок. Сюда относятся помехи от электротранспорта, электрических двигателей, систем зажигания двигателей.

Распространённым видом помех являются помехи от посторонних радиостанций и каналов.

Они обусловлены нарушением регламента распределения рабочих частот, недостаточной стабильностью частот и плохой фильтрацией гармоник сигнала, а также нелинейными процессами в каналах.

В проводных каналах связи основным видом помех являются импульсные шумы и прерывания связи. Появление импульсных помех часто связано с автоматической коммутацией и перекрёстными наводками. Прерывание связи есть явление, при котором сигнал в линии резко затухает или исчезает.

Практически в любом диапазоне частот имеют место внутренние шумы аппаратуры, обусловленные хаотическим движением носителей заряда в усилительных приборах, резисторах и других элементах аппаратуры.

Эти помехи особенно сказываются при радиосвязи в УКВ диапазоне. В этом диапазоне имеют место и космические помехи, связанные с электромагнитными процессами, происходящими на солнце, звёздах и других внеземных объектах.

Выводы

1. Следует заметить, что между сигналом и помехой отсутствует принципиальное различие. Более того, они существуют в единстве, хотя и противоположны по своему действию. Так, излучение радиопередатчика является полезным сигналом для приёмника, которому предназначено это излучение, и помехой для другого приёмника. Электромагнитное излучение звёзд является одной из причин космического шума в диапазоне СВЧ и поэтому является помехой для систем связи. С другой стороны, это излучение является сигналом, по которому определяют некоторые физико-химические параметры.

 

Аддитивные и мультипликативные помехи

 

Во всех системах связи наблюдаемый сигнал поступающий с выхода канала на вход приёмника (демодулятора) может быть представлен в виде суммы:

 

(2.1)
 
где реализация суммы сигнала и аддитивной помехи на входе приемника (детектора);
  реализация случайного сигнала на входе приемника (детектора) без учета аддитивных помех;
  реализация случайного процесса (СП)
  случайная аддитивная помеха в непрерывном канале.
         

 

Аддитивные (естественные) помехи по своему происхождению делятся на внутренние, возникающие в самом канале, главным образом в аппаратуре и внешние поступающие в канал от посторонних источников.

В системах электросвязи внутренние помехи обусловлены тепловыми шумами (случайными движениями электронов в проводниках), дробовыми шумами (флуктуациями числа носителей тока, преодолевающих потенциальный барьер в электронных устройствах). Тепловые шумы в принципе неустранимы. Их можно уменьшать путём понижения температуры тех частей канала, где уровень сигнала низок (входные цепи и УВЧ приёмника). Дробовые шумы можно снижать путём рационального построения аппаратуры. Полностью устранить их нельзя.

К внутренним помехам можно также отнести «фон» переменного тока, всевозможные наводки и т. д.

Внешние помехи по их происхождению делятся на:

‒ взаимные помехи – ослабленные сигналы других каналов связи;

‒ индустриальные помехи – создаются различной электрической аппаратурой;

‒ атмосферные помехи – вызываются близкими и дальними грозовыми разрядами

‒ космические помехи.

К взаимным помехам относятся также помехи, возникающие при прохождении посторонних сигналов вместе с полезным сигналом через нелинейные цепи РПУ. К ним можно отнести и контактные помехи, характерные для подвижных радиосредств.

Общие физические характеристики помех.

Внутренние помехи являются широкополосными и гладкими. При этом тепловые и дробовые шумы имеют постоянную спектральную плотность мощности в очень широкой полосе частот.

Односторонняя спектральная плотность мощности теплового шума, создаваемая флуктуацией электронов в проводнике, не зависит от его сопротивления и от проходящего через него тока и равна:

 

(2.2)
 
где h ≈ 6,62·10-34 Дж.·с. постоянная Планка;
  к ≈ 1,38·10-23 Дж / град. постоянная Больцмана;
  f частота;
  абсолютная температура.
         

 

При обычных температурах и не очень высоких частотах справедливо более простое выражение:

 

(2.3)

 

Характер дробовых шумов зависит от типа электронного прибора, в котором они возникают. Основным их отличием от тепловых шумов является зависимость интенсивности шума от тока, проходящего через прибор. Спектральная плотность дробового шума пропорциональна постоянной составляющей этого тока и практически одинакова на всех частотах рабочего диапазона прибора.

Взаимные помехи чаще всего узкополосные и могут быть как гладкими, так и импульсными. Индустриальные и атмосферные помехи широкополосные и состоят из импульсной и гладкой составляющей.

Аддитивные помехи хорошо аппроксимируются гауссовским случайным процессом. Это объясняется тем, что помехи образуются суммированием очень большого числа отдельных воздействий, независимых друг от друга или слабо зависящих и имеющих значения примерно одного порядка. В этих условиях справедлива центральная предельная теорема и сумма этих воздействий мало отличается от гауссовского процесса.

Мультипликативные (искусственная) помехи – это помехи, которые обусловлены случайными изменениями параметров канала связи (перемножается с сигналом):

 

(2.4)
 
где случайный процесс;  
  полезный сигнал (реализация случайного сигнала на выходе модулятора).
         

 

В реальных каналах обычно имеют место и аддитивные, и мультипликативные помехи, поэтому:

 

(2.5)

 

Выводы

1. Аддитивная помеха – это естественная помеха, а мультипликативная помеха – это искусственная помеха.

2. В реальных каналах связи обычно имеют место аддитивные и мультипликативные помехи.

 


Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:  


1

Сейчас читают про: