Загальна характеристика перешкод та спотворень у каналах зв’язку

У реальному каналі сигнал при передачі спотворюється, повідомлення відтворюється з деякою помилкою. Причиною таких помилок є спотворення, що вносяться самим каналом, і перешкоди, що впливають на сигнал.

Частотні та часові характеристики каналу визначають так званілінійні спотворення. Крім того, канал може вносити інелінійні спотворення, обумовлені нелінійністю тих чи інших його ланок. Як лінійні, і нелінійні спотворення обумовлені відомими характеристиками каналу і тому, у принципі, можуть бути усунені шляхом належної корекції.

Слід чітко відокремлювати спотворення від перешкод, що мають випадковий характер. Перешкоди заздалегідь невідомі і тому неможливо повністю усунути.

Підперешкодамирозуміються будь-які обурення в каналі передачі інформації, що викликають випадкові відхилення прийнятого повідомлення від переданого і утруднюють його прийом.

Звідки беруться перешкоди і як вони потрапляють до приймача? Наведемо всім відомий приклад. У кімнаті прослуховується магнітофонний запис. Але слухач сприймає не тільки записану музику (корисне повідомлення), а й розмови сусідів, шум транспорту з вулиці, звуки з сусідньої кімнати тощо. Це все перешкоди. Так само і в будь-якому каналі електрозв'язку. Сучасний світ сповнений як звуків, а й електромагнітних коливань природного і штучного походження. Вони скрізь і всюди. Частина з них, звичайно, тими чи іншими шляхами проникає на вхід приймача, хоча ми намагаємося цьому перешкоджати.

Класифікацію перешкод можна провести за такими ознаками:

- За походженням (місце виникнення);

- За фізичними властивостями;

- За характером впливу на сигнал.

Попоходженняв першу чергу требавідзначитивнутрішніперешкоди, наприклад, внутрішні шуми апаратури, що входить у канал зв'язку, зумовлені хаотичним рухом носіїв заряду в підсилювальних приладах, опорах та інших елементах. Це звані теплові шуми. Квадрат ефективної напруги теплового шуму на опоріRвизначається відомою формулою Найквіста:

U2 ш = 4×k×T×R×F,

(9.1)

деТ- абсолютна температура опоруR;

F- смуга частот;

R= 1,37 * 10 -23 В × с / град - постійна Больцмана.

Як випливає з (9.1), ці шуми принципово усувні лише за абсолютному нулі (T= 0 К).

Серед зовнішніх перешкод, тобто перешкод від сторонніх джерел, що знаходяться поза каналом зв'язку, можна назвати:

атмосферні перешкоди (грозові розряди, полярні сяйва та ін.), обумовлені електричними процесами в атмосфері;
індустріальні перешкоди, які у електричних ланцюгах електроустановок (електротранспорт, електричні двигуни, медичні установки, системи запалювання двигунів та інших.);
перешкоди від сторонніх станцій та каналів, що виникають від різних порушень режиму їхньої роботи та властивостей каналів;
космічні перешкоди, пов'язані з електромагнітними процесами, що відбуваються на Сонці, зірках, галактиках та інших позаземних об'єктах.

За фізичними властивостями розрізняють флуктуаційні і зосереджені перешкоди.

Флуктуаційниминазивають перешкоди, зумовлені флуктуаціями тих чи інших фізичних величин. Назва походить від фізичного поняття флуктуації (від лат. fluctuation - Коливання) - випадкові відхилення фізичних величин від середнього значення.

Длятакої перешкоди характерно дуже мало викидів, що перевищує середній рівень більш ніж у 3-4 рази. Але великі (в принципі нескінченні) викиди завжди є. Спектр перешкоди дуже широкий. Флуктуаційні перешкоди проникають у систему зв'язку як ззовні, вони зароджуються також усередині самої системи у різних її ланках.

Причинами внутрішніх флуктуаційних перешкод є тепловий шум в провідниках і дробовий ефект в електронних приладах. До зовнішніх флуктуаційних перешкод прийнято відносити перешкоди космічного походження, перешкоди, викликані взаємними впливами ланцюгів у лініях зв'язку (лінійні та нелінійні переходи, попутний потік та деякі інші). Хоча ці перешкоди за своїм походженням і не є суворо флуктуаційними, але вони мають схожі ознаки.

Дозосереджених за часом (імпульсним)перешкод відносяться перешкоди у вигляді одиночних коротких імпульсів різної інтенсивності та тривалості, що йдуть один за одним через випадкові досить великі проміжки часу.

Причинами імпульсних перешкод є: - грозові розряди; радіостанції, що працюють у імпульсному режимі; лінії електропередачі та інші енергоустановки; система запалення та енергозабезпечення транспорту; навантаження підсилювачів; погані контакти в обладнанні та харчуванні; недоліки розробки та виготовлення обладнання; експлуатаційні роботи (реконструкція, профілактика, підключення до діючого каналу вимірювальних приладів, помилкова комутація тощо).

Дозосереджених за спектромперешкод відносяться перешкоди сторонніх радіостанцій, генераторів високої частоти різного призначення (медичні, промислові, побутові та ін), перехідні перешкоди від сусідніх каналів багатоканальних систем. Зазвичай це гармонійні абомодульовані коливання з шириною спектра меншою або порівнянною з шириною спектра корисного сигналу. У діапазоні декаметрових хвиль, наприклад, є основними видами перешкод.

Похарактеру впливуна сигнал розрізняють адитивні та мультиплікативніеперешкоди.

Адитивноює перешкода, миттєві значення якої складаються з миттєвими значеннями сигналу. Дія, що заважає адитивної перешкоди визначається підсумовуванням з корисним сигналом. Адитивні перешкоди впливають на пристрій незалежно від сигналу і мають місце навіть тоді, коли на вході приймача відсутній сигнал.

У реальних каналах електрозв'язку зазвичай має місце не одна, а сукупність перешкод. Але все ж таки основними можна вважати флуктуаційні перешкоди, що впливають на сигнал як адитивні.

Під спотвореннями розуміють такі зміни форми сигналу, які обумовлені відомими властивостями ланцюгів та пристроїв, якими проходить сигнал. Головна причина спотворень сигналу – перехідні процеси у лінії зв'язку, ланцюгах передавача та приймача. У цьому розрізняють спотворення: лінійні, що у лінійних ланцюгах; нелінійні, що у нелінійних ланцюгах. У випадку спотворення негативно позначаються як відтворення повідомлень і повинні перевищувати встановлених значень (норм).

При відомих характеристиках каналу зв'язку форму сигналу з його виході можна розрахувати за методикою, викладеної теоретично лінійних і нелінійних ланцюгів. А далі вимір форми сигналу можна компенсувати коригуючими ланцюгами або просто врахувати при подальшій обробці в приймачі. Це вже справа техніки. Інша річ перешкоди – вони заздалегідь невідомі і тому неможливо усунути повністю.

Боротьба з перешкодами – основне завданнятеорії та техніки зв'язку. Будь-які теоретичні та технічні рішення щодо виконання кодера та декодера, передавача та приймача системи зв'язку повинні прийматися з урахуванням того, що в лінії зв'язку є перешкоди.

При всьому різноманітті методів боротьби з перешкодами їх можна звести до трьох напрямків:

1. Придушення перешкод у місці їх виникнення. Це досить ефективний і широко застосовуваний захід, але не завжди прийнятний. Адже є джерело перешкод, на які впливати не можна (грозові розряди, шуми Сонця та ін.).

2. Зменшення перешкод на шляхах їхнього проникнення до приймача. Слід зазначити, що перешкоди зазвичай впливають на сигнал серед поширення. Тому як дротові, і радіолінії будуються те щоб забезпечити заданий рівень перешкод.

3. Ослаблення впливу перешкод на повідомлення, що приймається в приймачі, демодуляторі, декодері. Це можливо за рахунок застосування спеціальних методів перетворення сигналу на стороні, що передає, і аналізу прийнятого сигналу. Для цифрових систем передачі основним способом послаблення впливу перешкод є завадостійке кодування.