8.15. Помехи в каналах связи и их классификация

Помеха – всякое случайное постороннее воздействие на сигнал, припятствующее правильному приему. Клссифифицируются помехи по источникам возникновения и по характеру воздействия на сигнал.

1. По источникам возникновения

1. Атмосферные помехи возникают за счет электрических разрядов в атмосфере. Их энергия сосредоточена на низких частотах (диапозон длиных и средних волн).

2. Промышленные помехи возникают за счет электроустановок (например, система зажигания в автомобиле).

3. Помехи от посторонних радиостанций (нарушения регламента распределения частот, недостаточная стабильность задающего генератора, передатчика).

4. Внутреннии шумы в аппаратуре (тепловое движение заряженных частиц).

5. Искажения влиниях связи, вызванные замираниями и эхосигналами.

6. Помехи преобразования (шумы квантования, комбинационные частоты).

7. Космические помехи (электромагнитное излучение Солнца и других внеземных источников).

8. Аппаратурные искажения (неточность настроек).

9. Помехи в многоканальных электрических цепях (переходные помехи).

10. Специально создаваемые помехи.

2. По характеру воздействия на сигнал

1. Аддитивная помеха – арифметически складывается с сигналом.

Рисунок 8.49. Модель канала с аддитивной помехой

2. Мультипликативные помехи.

Рисунок 8.50. Модель канала с мультипликативной помехой

В общем случае

Если – медленный по сравнению с длительностью элементарных сигналов процесс, то его называют замираниями.

Аддитивная помеха

Может быть флуктуационной, импульсной или сосредоточенной.

Рисунок 8.51. Сущность формирования флуктуационной помехи

Если интервал времени между помехами мал по сравнению с их длительностью, происходит наложение переходных явлений друг на друга, и суммирующий процесс стремится к нормальному. Такая помеха называется флуктуационной с нулевым средним:

Огибающая помехи распределения по рэллеевскому закону:

где – эффективная полоса канала.

Эффективная полоса помехи:

Эффективная полоса канала:

Рисунок 8.52. ФПВ нормального и рэлеевского законов

Если в канале действует полезный сигнал и помеха

то

Плотность вероятности мгновенных значений (сигнала и помехи):

где – математическое ожидание (амплитуда сигнала).

Огибающая плотности вероятности в этом случае подчиняется распределению Райса (обобщенного Рэлея):

Рисунок 8.53. ФПВ рэлеевского и райсовского законов

– характеристика помехов виде устойчивости.

Импульсные помехи (сосредоточенные по времени) – это помехи в виде одиночных импульсов, следующих один за другим через такие большие промежутки времени, что переходные явления в радиоприемнике от одного импульса успевают затухнуть.

К таким помехам относятся многие виды атмосферных и индустриальных помех.

Рисунок 8.54. Временные характеристики импульсных помех

а) на входе приемника;

б) на выходе приемника.

Форма импульсной помехи на выходе линейной системы является импульсной переходной характеристикой . Как правило, заранее установить их математическое описание не удается. Т.к. длительность импульсов мала, то их спектр достаточно широк (напоминает белый шум).

Рисунок 8.55. Энергетические спектры импульсных помех

При анализе канала связи с импульсными помехами, находят распределе­ние :

где – нормирующий множитель.

Рисунок 8.56. ФПВ энергетического спектра импульсной помехи

Если сигнал мал, а помеха большая, ее ограничивают (способ борьбы с импульсными помехами).

Рисунок 8.57. Работа ограничителя импульсных помех

Сосредоточенные (по спектру) помехи – это помехи от посторонних радиостанций или генераторов высокой частоты. Они имеют узкий спектр по сравнению с полосой пропускания канала связи.

Рисунок 8.58. Представление сосредоточенной помехи

Избавляются от них с помощью заграждающих фильтров или используют широкополосные сигналы.

Мультипликативная помеха

Мультипликкативные помехи – помехи, которые не складываются с сигналом, а умножаются на сигнал:

Рисунок 8.59. Возникновение замираний из-за многолучевости

Сигналы в точку приема приходят по разным траекториям, т.е. с разной задержкой, а значит, с разными фазами. Если фазы приходящих сигналов совпадают – получается максимум, если приходят в противофазе – минимум. Непостоянства амплитуды сигнала называются замираниями. Замирания подразделяются на медленные и быстрые. Медленные – такие, для которых время замирания велико по сравнению с длительностью элементарного сигнала. С ними борются, используя автоматическую регулировку усиления в аппаратуре связи.

Быстрые замирания – такие, для которых время замираний соизмеримо (или меньше) длительности элементарного сигнала. С ними борются путем применения помехоустойчивого кодирования. Сигнал на входе приемника в общем случае имеет вид:

– амплитуда сигнала, прошедшего по -му пути,

– время запаздывания -го луча.

Если – основная (стационарная) составляющая, то:

При большом ( ) считают, что рассеянная составляющая распределена по нормальному закону и рассматривается как флуктуационная помеха. При этом огибающая помехи распределена по рэлеевскому закону. Поэтому замирания с нормальным законом распределения называется рэлеевскими замираниями.