Классификация помех
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.
Рис. 1. Сосредоточенная помеха.
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.
Дата добавления: 2017-11-21 ; просмотров: 2953 ;
Классификация радиопомех
Помехой радиоприему называют любой вид электрических колебаний, которые проникают в радиоприемные устройства извне или возникают внутри его и затрудняют прием радиосигнала. Сигнал и помеха, одновременно действующие на входе приемника, воспроизводятся на выходе последнего в виде случайного колебательного процесса. В результате оказывается невозможным точно определить параметры сигнала, несущего полезное сообщение, и неизбежно возникают ошибки при его воспроизведении. Нормальный прием сигнала возможен только при определенном соотношении мощностей (или напряжений) сигнала и помехи на выходе приемника. Наименьшая мощность сигнала, при которой обеспечивается удовлетворительный прием, зависит от уровня помех. Эта величина мощности характеризует чувствительность приемника.
Способность радиоприемного устройства воспроизводить с заданным качеством принимаемый сигнал при наличии помех называется помехоустойчивостью. Улучшение помехоустойчивости, радиоприемных устройств — одна из основных и труднейших проблем радиотехники. Для успешного решения ее необходимо изучить свойства и характер воздействия помех на приемник, а затем определить способы ослабления их влияния на качество приема.
Прежде всего, помехи можно разделить на внешние и внутренние.
Внешние помехи возникают вне радиоприемного устройства и проходят на его выход через весь тракт от антенны или проникают непосредственно через элементы приемника, а также через цепи питания.
Внутренние помехи возникают в самом приемнике. Источником внутренних помех могут быть транзистор, резистор и т. п. Внешние помехи можно классифицировать по происхождению. При этом различают:
а) атмосферные помехи, возникающие в результате электромагнитных процессов в атмосфере Земли;
б) космические помехи, обусловленные радиоизлучением звезд и межзвездного газа;
в) промышленные помехи, которые создаются всевозможными электроустановками, применяющимися на производстве и в быту;
г) помехи от радиостанций других систем радиосвязи.
Помехи любого происхождения различаются на периодические, импульсные и гладкие (или флуктуационные).
Периодические помехи — это, прежде всего, помехи, создаваемые радиостанциями других систем радиосвязи. Они сосредоточены в определенных участках диапазона, спектр их имеет дискретный характер. Импульсные и гладкие помехи имеют непрерывный спектр. Гладкие или флуктуационные помехи можно представить как большое число очень коротких импульсов, хаотически следующих друг за другом. Энергия составляющих спектра импульсной помехи убывает с повышением частоты. В спектре гладкой помехи энергия распределена равномерно. Примером импульсных помех могут служить атмосферные помехи, примером гладких помех — внутренние шумы приемника. Наконец, помехи делятся на активные и пассивные.
Активные помехи создаются генерирующими источниками. К ним относятся все виды помех атмосферного, космического, промышленного и внутреннего происхождения. Пассивные помехи возникают в результате особенностей распространения электромагнитных волн. К ним относятся замирания и эхо-сигналы. Рассмотрим свойства отдельных видов помех.
Помехи радиоприему
Помехи в системе передачи информации. Помехой радиоприему называют сторонние возмущения (электромагнитные, электрическое и т. д), препятствующие правильному приему радио сигнала. Большей частью помеха создается непреднамеренно в процессе развития различных физических явлений, никак несвязанных с процессом передачи информации с помощью электромагнитных волн. Примерами здесь могут служить как явление, обусловленное активной деятельностью человека, так и физических явления, происходящие в окружающей человека природе.
В процессе передачи информации помеха может воздействовать на сигнал практический в любой части системы передачи, начиная с преобразования сообщения в электрический сигнал и кончая обратным преобразованием принятого электрического сигнала в сообщения, которое представляется получателю. Однако всегда можно принять дополнительные меры, устраняющие сторонние возмущения. Аналогичные меры можно принять и в тех случаях системы, где осуществляется преобразования принятого электрического сигнала сообщения. И совсем иначе обстоят дела. если пере идти к рассмотрению методов борьбы со сторонними возмущениями с линий передачи или в прием и к, осуществляющем усиление и демодуляцию принятых слабых сигналов.
Виды помех и причины их возникновения в радиусе связи.
В линий передачи сторонние возмущения могут, имеет вид электромагнитных волн, излучаемых внешними по отношению к рассматриваемой системы передачи источниками. Такие помехи называют внешними. Источниками внешних помех являются. Например, передатчики других систем передачи, промышленные и бытовые установки, в процессе работы которых имеет место или возможно излучение радиоволн при искрообразовании (электрифицированных транспорт, коллекторные электрические двигатели, электроприборы система зажигания автомобильных двигателей, медицинские электроустановки, сварочные аппараты и т.д.). Помехи, обусловлены перечисленными источниками, объединяются под общим называнием промышленные помехи. Сущность этих помех состоит в том, что при нормальной работе перечисленных устройств создается побочное электромагнитное излучение в окружающее пространство, которые не являются необходимым для нормального функционирования этих устройств. Обычно такое излучение имеет место при ударном возбуждении затухающих электрических колебаний электрические двигатели, электроприборы система зажигания автомобильных двигателей, медицинские электроустановки, сварочные аппараты и т.д.. Помехи, обусловленные перечисленными источниками, объединяются под общим называнием промышленные помехи. Сущность этих помех состоит в том, что при нормальной работе перечисленных устройств создается побочное электромагнитное излучение в окружающее пространство, которые не являются необходимым для нормального функционирования этих устройств. Обычно такое излучение имеет место при ударном возбуждении затухающих электрических колебании; для некоторых промышленных установок нормальный режим работы предусматривает генерирование (но не излучение) не затухающих высокочастотных колебаний (как, например, в высокочастотных установках).
Имеются и естественные источники внешних помех. Среди них можно называть следующие: процессы, происходящие в атмосфере и обуславливающие возникновение атмосферных помех, излучение в неземных радиоисточниках (солнце — ядра нашей галактики, радиоизлучение других галактик), называемых космическими помехами.
Среди атмосферных помех наиболее изученными являются электромагнитные излучения при грозовых разрядах. Во время грозы при вспышке молнии в радиоприемнике (особенно па длинных волнах) слышен сильный треск, значительно ухудшающий качество приема радиовещательных передач. Сильная помеха создается при оседаний инея на приемную антенну, так как многие оседающие частицы могут нести в себе сравнительно заметный электрический заряд. Аналогичные процессы (тихого разряда) могут, происходит при пылевых бурях, когда с приемной антенны соприкасается на электризованные частицы пыли. Каждая такая частица обуславливает ударное возбуждение электрических колебаний во входных цепях радиоприемника.
Однако доля поглощенной атмосферой энергии волны в значительное мере зависит от состояния атмосферы на трассе радио распространения и по этому также является непредсказуемой; вследствие этого мощность сигнала на входе приемника системы передачи также оказывается зависящей от состояния атмосферы.
Самым мощным источником комических помех даже в годы минимума солнечной активности является солнце. При повышенной солнечной активности и (появление вспышек, пятен и т.д.) интенсивность радиоизлучения солнце резко возрастет. Радиоизлучение звезд, межзвездного пространства галактики и внегалактических скопление заметно слабеет.
Помехи могут возникать и в различных звеньях системы передачи. Такие помехи называют внутренними. Они неизбежно имеют место и обусловленными физическими процессами, происходящими на молекулярном уровне в элементах радиоаппаратуры. В первую очередь к внутренним помехам следует отнести флуктуации электрического тока и напряжения, являются следствием дискретного строения вещества и статической природы большинства используемых в радиотехнике физических явлений. Например, непредсказуемые отклонения значения тока в электрической уцепи от его среднего значения даже на микроскопическом уровне могут, обуславливается только его дискретной природой: электрический ток есть движение дискретных носителей зарядов – электронов. Например, при токе 1мА через проводник в одну секунду проходит в среднем 6,3-10 15 электронов заряд электрона равен 1,592-10 19 кулона при меньшем значении тока среднее число электронов уменьшится. Истинное число электронов за этот промежуток времени может быть и больше, меньше указанного среднего значения то есть значения тока будет флуктуировать, при среднем значений тока 10 20, а через проводник за одну секунду проходить в среднем меньше одного электрона (иногда будет, проходит 1 электрон, а иногда не одного). Ток в этом случае представляет собой перемещение отдельных дискретных зарядов.
Большое значение для радиотехники имеют тепловые флуктуации. Так обычно считают, что любой резистор имеет постоянное сопротивление и является пассивным элементом, но в действительности на выходах резистора всегда имеется меняющаяся непредсказуемым образом ЭДС, обусловленная тепловым движением свободных электронов в веществе резистора. Это означает, что всякий резистор можно рассматривать как генератор шума.
Все перечисленные флуктуации принципиально неустранимы. Их объединяет единая первопричина возникновения – непредсказуемых колебания тех или иных величин около их средних значений. Обусловленные подобными флуктуациями помехи называются флуктуационными.
Подчеркнем в заключение, что истинные значения возмущений (отклонений значений электрического тока или напряжения), обусловленные воздействием практически любой из перечисленных выше помех, не могут быть точно предсказаны, т. е. помехи не могут быть описаны с помощью детерминированных функций времени. Поэтому в радиотехнике для описания помех, как правило, используются вероятностные модели. Это означает, что любая помеха рассматривается как случайный процесс. Проблема выбора или задания модели некоторой реальной помехи фактически является проблемой выбора или определения вероятностных характеристик этой помехи.
Помехи радиоприему и основные методы борьбы с ними
Помехой радиоприему называют любой вид электрических колебаний, которые проникают в радиоприемные устройства извне или возникают внутри его и затрудняют прием радиосигнала. Сигнал и помеха, одновременно действующие на входе приемника, воспроизводятся на выходе последнего в виде случайного колебательного процесса. В результате оказывается невозможным точно определить параметры сигнала, несущего полезное сообщение, и неизбежно возникают ошибки при его воспроизведении. Нормальный прием сигнала возможен только при определенном соотношении мощностей (или напряжений) сигнала и помехи на выходе приемника. Наименьшая мощность сигнала, при которой обеспечивается удовлетворительный прием, зависит от уровня помех. Эта величина мощности характеризует чувствительность приемника.
Способность радиоприемного устройства воспроизводить с заданным качеством принимаемый сигнал при наличии помех называется помехоустойчивостью. Улучшение помехоустойчивости, радиоприемных устройств — одна из основных и труднейших проблем радиотехники. Для успешного решения ее необходимо изучить свойства и характер воздействия помех на приемник, а затем определить способы ослабления их влияния на качество приема.
Прежде всего, помехи можно разделить на внешние и внутренние.
Внешние помехи возникают вне радиоприемного устройства и проходят на его выход через весь тракт от антенны или проникают непосредственно через элементы приемника, а также через цепи питания.
Внутренние помехи возникают в самом приемнике. Источником внутренних помех могут быть транзистор, резистор и т. п. Внешние помехи можно классифицировать по происхождению. При этом различают:
а) атмосферные помехи, возникающие в результате электромагнитных процессов в атмосфере Земли;
б) космические помехи, обусловленные радиоизлучением звезд и межзвездного газа;
в) промышленные помехи, которые создаются всевозможными электроустановками, применяющимися на производстве и в быту;
г) помехи от радиостанций других систем радиосвязи.
Помехи любого происхождения различаются на периодические, импульсные и гладкие (или флуктуационные).
Периодические помехи — это, прежде всего, помехи, создаваемые радиостанциями других систем радиосвязи. Они сосредоточены в определенных участках диапазона, спектр их имеет дискретный характер. Импульсные и гладкие помехи имеют непрерывный спектр. Гладкие или флуктуационные помехи можно представить как большое число очень коротких импульсов, хаотически следующих друг за другом. Энергия составляющих спектра импульсной помехи убывает с повышением частоты. В спектре гладкой помехи энергия распределена равномерно. Примером импульсных помех могут служить атмосферные помехи, примером гладких помех — внутренние шумы приемника. Наконец, помехи делятся на активные и пассивные.
Активные помехи создаются генерирующими источниками. К ним относятся все виды помех атмосферного, космического, промышленного и внутреннего происхождения. Пассивные помехи возникают в результате особенностей распространения электромагнитных волн. К ним относятся замирания и эхо-сигналы. Рассмотрим свойства отдельных видов помех.