4.5 Адитивні завади в каналах зв'язку

В каналах зв'язку адитивні завади викликаються різними причинами і можуть приймати довільні форми, індивідуальні реалізації яких важко врахувати. Саме ці завади частіше викликають незворотні перетворення переданих сигналів. Незважаючи на велику розмаїтість, адитивні завади за їхньою електричною і статистичною структурою розділяють на три основних класи: флуктуаційні (розподілені по частоті і часу), зосереджені по частоті (квазігармонійні) і зосереджені в часі (імпульсні).

Коли відсутні адитивні завади детерміновані лінійні перетворення сигналу найчастіше оборотні. У присутності навіть дуже слабкої адитивної завади лінійні перетворення виявляються необоротними.

Флуктуаційні завади. З фізичної точки зору адитивні флуктуаційні завади породжуються в системах зв'язку різного роду флуктуаціями, тобто випадковими відхиленнями тих або інших фізичних величин (параметрів) від їхніх середніх значень. Так, джерелом шуму в електричних колах можуть бути флуктуації струму, обумовлені дискретною природою носіїв заряду (електронів, іонів). Дискретна природа електричного струму виявляється в електронних лампах і напівпровідникових приладах у вигляді дробового ефекту (при заданому режимі живлення схем випадково міняється кількість створюваних носіїв заряду).

Флуктуаційні завади можуть вважатися гауссівськими випадковими процесами, які найчастіше вважаються стаціонарними з нульовими середніми значеннями (принаймні на визначених часових проміжках, котрі називають інтервалами стаціонарності).

Сума великої кількості будь-яких завад від різних джерел внаслідок умов центральної граничної теореми теорії імовірностей Ляпунова також має характер флуктуаційної завади. Багато завад при проходженні через прийомний пристрій часто набувають властивостей нормальної флуктуаційної завади.

Найбільш розповсюдженою причиною шуму в апаратурі зв'язку є флуктуації, обумовлені тепловим рухом носіїв зарядів. Випадковий тепловий рух носіїв заряду в будь-якому провіднику викликає випадкову різницю потенціалів (напруги) на його кінцях. Середнє значення такої напруги дорівнює нулю, а змінна складова проявляється як шум. Тепловий шум на вході приймача являє собою гауссівський випадковий процес з нульовим середнім і спектральною щільністю потужності, що дорівнює [49]

, (4.8)

де Дж·с – постійна Планка;Дж/град – постійна Больцмана;– абсолютна температура джерела шуму;– поточна частота.

У діапазоні звукових частот і радіочастот виконується нерівність , і тому, розкладаючи в (4.8) експоненту в ряд, одержуємо.

Величина є однобічною (на позитивних частотах) спектральною щільністю шуму. Специфічним для напівпровідникових приладів є шум, який називають флікер-шумом, він виникає в результаті різного роду поверхневих явищ. Його спектральна щільність у широкому діапазоні частот змінюється за гіперболічним законом (вона пропорційна). За звичай на частотах вище 10 кГц флікер-шумами нехтують.

Космічні завади в системах радіозв'язку, викликані радіовипромінюванням Сонця й інших космічних об'єктів, мають характер флуктуаційних шумів.

Зосереджені по спектру завади. До зосереджених по спектру адитивних завад прийнято відносити сигнали сторонніх радіостанцій, навмисні завади, випромінювання генераторів високої частоти різного призначення (промислових, медичних) і т.п. У загальному випадку це модульовані коливання, тобто квазігармонічні коливання із змінюваними параметрами. В одних випадках ці коливання є неперервними (наприклад, сигнали віщальних і телевізійних радіостанцій), в інших – вони носять імпульсний характер (сигнали радіотелеграфних станцій і систем передачі даних). На відміну від флуктуаційних завад ширина спектра зосередженої завади в більшості випадків не перевищує смуги пропускання приймача, а в деяких випадках вона набагато вужче цієї смуги. У діапазоні коротких хвиль зосереджені за спектром завади є основними, у визначенні якості зв'язку, і вважаються випадковими коливаннями з флуктуаціями фаз і амплітуд (завмираннями), розподіл яких такий же, як у корисних сигналів.

Імпульсні завади. До імпульсних (зосереджених у часі) адитивних завад прийнято відносити завади у вигляді одиночних імпульсів, що слідують один за одним через такі великі проміжки часу, що перехідні явища в приймачі від одного імпульсу встигають практично закінчитися до моменту приходу наступного імпульсу. До таких завад відносять багато видів атмосферних і індустріальних завад. Відзначимо, що «флуктуаційна завада» і «імпульсна завада» є поняттями відносними.

У залежності від частоти проходження імпульсів одна і та сама завада може впливати як імпульсна на приймач із широкою смугою пропускання і як флуктуаційна на приймач з відносно вузькою смугою пропускання. На практиці імпульсні завади доводиться розглядати як випадковий, відносно широкосмуговий (тим ширший, чим коротші імпульси завади) процес, що складається з окремих рідких, випадково розподілених у часі і по амплітуді імпульсів. Імовірнісні властивості таких завад з достатньою для практичних потреб повнотою описуються розподілом імовірностей амплітуд імпульсів і розподілом часових інтервалів між цими імпульсами. Для останніх часто застосовують модель Пуассона (2.90).

Розподіл амплітуди імпульсних завад часто описується логнормальним законом [28]

,

де ,– відповідні МО і дисперсія перетвореного ВП;.

Для цього закону характерна наявність істотних значень в області великих амплітуд, що відповідає реальній моделі імпульсної завади.

Зауважимо, що логнормальним законом часто описують повільні (добові, сезонні) флуктуації амплітуд радіосигналів, обумовлені не інтерференційними явищами, а поглинаннями сигналу в середовищі поширення.