Материал: Современные технологии передачи и обработки данных. Никитин Л.Н

Медленные изменения параметра ai (t), приводящие к медленным замираниям, вызываются суточными и сезонными изменениями состояния тропосферы и ионосферы.

Быстрые замирания обусловлены, главным образом, многолучевым распространением радиоволн.

Типичными представителями каналов с переменными параметрами являются коротковолновые каналы радиосвязи, а также УКВ-каналы тропосферной, ионосферной и метеорной радиосвязи.

1.4.Общая характеристика помех в каналах связи

Вканалах связи передаваемый сигнал искажается как самим каналом, так и помехами, воздействующими на него. В результате на приемной стороне переданный сигнал воспроизводится с некоторой ошибкой.

Канал связи вносит линейные и нелинейные искажения. Причины этих искажений заранее известны, поэтому их можно устранить соответствующей коррекцией. В отличие от искажений помехи, действующие в канале, носят случайный характер и их полностью устранить невозможно.

Помеха представляет собой некоторое воздействие на передаваемый сигнал. Природа помех может быть самой различной.

Раннее уже отмечалось, что все виды помех подразделяются на аддитивные и мультипликативные. В данном модуле рассматриваются только аддитивные помехи и основные методы борьбы с ними.

К аддитивным помехам относится обширный класс помех, различающихся по своим характеристикам и причинам, их вызывающим.

Каждый вид помех имеет свои отличительные характеристики, что объясняется различными причинами их возникновения.

Внешние помехи разделяются на естественные и искусственные. К естественным относятся атмосферные, промышленные, космические и другие внеземные помехи. Промышленные или индустриальные помехи условно включены в раздел естественных

16

помех в силу широкого распространения электроустановок в народном хозяйстве, на транспорте и т. д. Вокруг сосредоточения промышленных установок, порой даже на значительных расстояниях от них наблюдается шумовой фон со специфическими устойчивыми характеристиками. Промышленные помехи можно отнести также и к искусственным помехам.

К искусственным помехам принято относить помехи, которые создаются радиостанциями и радиоэлектронными средствами. Их подразделяют на непреднамеренные (станционные) и преднамеренные (специально организованные).

Рис. 1.2

По месту возникновения помехи подразделяются на внутренние и внешние. Кроме внешних помех в любом диапазоне частот, особенно на УКВ, имеют место внутренние помехи, представляющие собой шумы самой аппаратуры, которые вызваны хаотическим движением носителей заряда в элементах приемных устройств.

Таким образом, мощность помех на входе приемного устройства представляет собой сумму мощностей внешних помех Рп и внутренних помех (шумов) Рш, которую можно представить в виде

n m

Pnвв Pni Pшj . i 1 j 1

Все виды помех носят случайный характер. Исключение могут составить лишь преднамеренные помехи. Тем не менее, несмотря на случайный характер помех, они имеют устойчивые статистические характеристики. Это дает возможность прогнозировать средний

17

уровень помех в зависимости от диапазона частот, местоположения приемного устройства и других условий.

Помехи по своей статистической структуре и частотно-вре- менным свойствам подразделяются на флуктуационные, сосредо-

точенные и импульсные.

Наиболее изученной и представляющей наибольший интерес является флуктуационная помеха. Она имеет место практически во всех каналах связи. Интересно отметить, что большое число различных помех, каждая из которых может быть не флуктуационной, даст флуктуационную помеху, которая будет представлять собой случайный процесс с нормальным распределением. Кроме того, многие нефлуктуационные помехи, пройдя через тракт приемного устройства, приближаются по своим свойствам к флуктуационной помехе. Характерной особенностью флуктуационной помехи является то, что ширина ее спектра намного больше полосы канала ( Fш Fk ), что позволяет в пределах Fk считать спектральную плотность помехи постоянной (N0 = const), а для нахождения мощности помехи пользоваться формулой

Pn N0 Fk .

Шумовая температура, пересчитанная в мощность шумов, с учетом эффективной полосы пропускания приемника равна

Pш kTш Fэф ,

где k — 1,38·102 Вт/(Гц·град) — постоянная Больцмана; Тш — абсолютная температура, К;

представителями флуктуационных помех являются внутренние шумы приемника, космические помехи и некоторые виды атмосферных и промышленных помех.

К сосредоточенным по спектру помехам относятся помехи, энергия которых сосредоточена в некоторой полосе частот. Сосредоточенные по спектру помехи создаются различными радиостанциями, радиоэлектронными средствами и электроустановками, а

18

также возникают внутри самого канала связи. Как правило, это синусоидальные модулированные колебания вида

k

un (t) Uni (t)cos( nit ni ).

i 1

Колебания вида (смотри аналитическое выражение) могут быть непрерывными, если они создаются сигналами посторонних вещательных и телевизионных систем, или дискретными, если они являются сигналами радиотелеграфных радиостанций или систем передачи данных. При большой загрузке канала радиосвязи сосредоточенными помехами их статистические характеристики приближаются к свойствам флуктуационной помехи.

Сосредоточенная помеха в диапазоне KB является основной помехой, которая определяет помехоустойчивость радиосвязи. Импульсными или сосредоточенными по времени помехами называются помехи в виде отдельных импульсов или импульсных последовательностей. При этом длительность импульсов помехи Тп намного меньше длительности сигнала Тс(Tп<<Tс), что позволяет установиться переходным процессам в радиоприемнике от импульсной помехи в промежутке между импульсами. Импульсные помехи представляют собой дискретный нерегулярный процесс в виде случайно следующих по времени импульсов различной амплитуды. Статистические свойства импульсных помех описываются распределением вероятностей амплитуд импульсов, их длительностей и временных интервалов между ними.

К источникам импульсных помех относятся атмосферные и промышленные помехи, а также помехи от радиолокационных станций.

Интересно отметить, что одна и та же помеха приемником с широкой полосой пропускания может восприниматься как импульсная, а приемником с узкой полосой пропускания — как флуктуационная.

1.5.Методы борьбы с помехами

Для борьбы с помехами необходимо принимать специальные меры, направленные на снижение потерь информации при ее передаче по каналам радиосвязи. При борьбе с помехами предполагается, с

19

одной стороны, такой выбор характеристик передающих и приемных устройств, которые позволили бы повысить отношение сигнал/помеха на входе решающей схемы приемника. При этом очень важным является выбор оптимальной структуры сигналов и оптимальный их прием.

С другой стороны, при борьбе с помехами необходимо проводить организационно-технические мероприятия, которые позволили бы исключить или снизить влияние помех на прием сигналов.

Ниже рассмотрим лишь методы борьбы с помехами, связанные с выбором характеристик передающих и приемных устройств, а также

свыбором структуры сигналов.

Косновным методам борьбы с помехами можно отнести :

—снижение уровня помех в полосе пропускания приемника;

—увеличение энергии сигнала;

—оптимальная обработка сигналов в приемнике;

—выбор оптимальной структуры сигнала;

—применение сложных сигналов;

—кодирование сигналов с целью повышения их помехоустойчивости;

—повторение передачи сигналов.

Снижение уровня помех в полосе пропускания приемника достигается рациональным выбором рабочего диапазона частот, в котором помехи минимальны. При работе в диапазоне УКВ, где относительно легко реализуются антенны с узкой диаграммой направленности, кроме отмеченной меры возможно также снижение уровня помех за счет ориентации антенн строго на корреспондентов.

Увеличения энергии сигналов можно достичь путем увеличения длительности сигнала или путем повышения средней мощности излучаемого сигнала. Увеличить длительность сигнала можно за счет снижения скорости манипуляции при передаче дискретных сигналов. Повышение же средней мощности излучаемого сигнала зависит от ряда показателей передающего устройства.

Известно [10], что мощность излучения передатчика определяется выражением

Pизл=PпрдGпрд прд,

20