69028

Сигналы и помехи в каналах с постоянными параметрами. Помехи и искажения в каналах связи. Классификация помех

Лекция

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Сигналы и помехи в каналах с постоянными параметрами. Помехи и искажения в каналах связи. Аддитивные и мультипликативные помехи. Аддитивные и мультипликативные помехи.

Русский

2014-09-28

140.5 KB

21 чел.

Лекция 4.1

Тема 4. Сигналы и помехи в каналах с постоянными параметрами.

Занятие 1. Помехи и искажения в каналах связи. Классификация помех.

  1.  Понятие о помехах и искажениях в каналах связи. Аддитивные и мультипликативные помехи.

Классификация и математические модели аддитивных помех.

Понятие о помехах и искажениях в каналах связи. Аддитивные и мультипликативные помехи.

В теме 2 были рассмотрены свойства сигналов, не содержащих информационных признаков.

В теме 3 были рассмотрены свойства сигналов, не несущих информационные признаки.

Основным назначением телекоммуникационных систем является транспортировка информации (сообщений, сигналов).

В этом смысле сигналы, содержащие информационные признаки, всегда проходят путь от источника к получателю через последовательность устройств и линий связи. В темах 4, 5 предметом рассмотрения станут линии, через которые транспортируются сигналы в системе связи.

Наиболее общим понятием, описывающим любое устройство или линию связи, через которые проходит реальный сигнал, является понятие “четырехполюсника”.

(рисунок)

Наиболее емкой характеристикой, описывающей свойства линейного четырехполюсника, является его комплексная передаточная функция (КПФ):

    (4.1.1)

КПФ имеет следующий физический смысл:

при подаче на вход четырехполюсника гармонического колебания с параметрами

, ,

Условием безискаженного прохождения сигнала через четырехполюсник является:

    (4.1.2)

     (4.1.3)

что соответствует условиям линейного усиления (ослабления) и задержкам  всего сигнала.

Если условия (4.1.2) и (4.1.3) не выполняются, то есть усиление (ослабление) и задержка оказываются частотно зависимы, то говорят о линейных искажениях.

Как правило, свойства технических устройств (например, их КПФ) заранее известны. Поэтому с этим видом искажений в принципе можно бороться детерминированными способами (установка коррелирующих цепей и т. д.)

Поведение же линии связи (ее КПФ) менее предсказуемо. Искажения вносимые линией (каналом) связи определяются как мультипликативные помехи.

Кроме искажений, вызванных особенностями КПФ канала, ошибки при приеме сигналов возникают из-за присутствия в канале посторонних сигналов — аддитивных помех.

Такие мешающие сигналы присутствуют в активных и пассивных устройствах — четырехполюсниках, так и,  в особенности, в линиях (каналах) связи

В общем виде влияние помех на передаваемый сигнал записывается через оператор:

    (4.1.4)

где — принятый сигнал,

— аддитивная помеха,

— оператор воздействия на переданный сигнал .

При воздействии мультипликативной помехи:

  (4.1.5)

где — множитель изменения амплитуды и фазы сигнала .

При воздействии аддитивной помехи:

    (4.1.6)

В общем виде

    (4.1.7)

Каналом с постоянными параметрами называется канал (линия) связи, отображаемая четырехполюсником, в котором , а аддитивная помеха  моделируется стационарным случайным процессом.

Если сигналу  соответствует преобразование Фурье

   (4.1.8)

то в обобщенном виде изменения сигнала, прошедшего через четырехполюсник могут быть отображены

   (4.1.9)

По аналогии с (4.1.8)

   (4.1.10)

где — спектральная плотность сигнала на выходе линии.

Следовательно, из сравнения (4.1.9) и (4.1.10) следует:

    (4.1.11)

в чем еще раз проявляется физический смысл КПФ, как спектральной весовой функции.

Рассмотрим специальный случай (4.1.9), когда входным является сигнал вида — дельта-функция. Этот сигнал имеет . Тогда

   (4.1.12)

импульсная характеристика четырехполюсника, имеющая смысл отклика ЛЦ с КПФ  на единичный дельта-импульс:

(по определению).

Можно показать, что между входным, выходным сигналами и импульсной характеристикой существует взаимосвязь:

    (4.1.13)

где  — реакция на воздействие площадью , поступившее на вход в момент  и фиксируемое через время .

Выражение (4.1.13) носит название интеграл Дюамеля. Оно уточняет вид оператора  в (4.1.5).

Итак в темах 4, 5, 6 рассматриваются особенности описания сигналов, наблюдаемых на выходе (линии) канала связи в зависимости от действующих в нем помех и свойств самого канала (классификация каналов была приведена в 2.1.

Классификация и математические модели аддитивных помех.

Аддитивные помехи классифицируются прежде всего по занимаемому ресурсу по оси частот и оси времени. По этому признаку их различают:

(рисунок)

Флуктуационной называется помеха, которая представляет собой сумму большого числа независимых импульсов и колебаний.

Эти воздействия проявляются непрерывно во времени  и занимают существенную полосу частот (помеха является широкополосной).

Согласно центральной предельной теореме теории вероятностей, распределение суммы большого числа случайных величин сходится к нормальному.

Поэтому в канале с постоянными параметрами флуктуационная помеха представляет собой стационарный процесс с параметрами распределения вероятностей мгновенных значений (смотри лекцию 2.7).

Наибольшее распространение получили шумы как разновидности флуктуационной помехи (хаотическая совокупность коротких шумовых воздействий).

По физической природе шумы различают внутренние и внешние.

Среди внутренних шумов, возникающих в аппаратуре канала связи, особое место занимают тепловые шумы.

Энергетический спектр теплового шума:

,

где — постоянная Планка,

— постоянная Больцмана,

— абсолютная температура,

— частота.

При обычных температурах и частотах ниже 60 ГГц

     (4.1.14)

Внешние помехи поступают в канал от посторонних источников: космические шумы, индустриальные помехи и т.д.

Сосредоточенные по спектру (узкополосные) и по времени (импульсные) помехи имеют дуальные частотно-временные параметры:

(рисунок)

Узкополосные помехи порождаются соседними излучающими средствами (взаимные помехи). Импульсные помехи могут быть следствием природных явлений: грозы и т. д. (атмосферные помехи) или результаты работы механизмов, контактов и т. п. (индустриальные помехи)

Распространенной моделью узкополосной помехи является квазигармонический сигнал:     (4.1.15)

В лекции 2.9 было показано, что при  гауссовых квадратурных компонент процесса (4.1.15) огибающая оказывается распределенной по закону Релея.

Таким образом, все виды аддитивных помех имеют сходную физическую природу. При увеличении числа источников случайных воздействий импульсная помеха трансформируется в флуктуационную. При расширении спектра сигнала одна и та же помеха может из широкополосной трансформироваться (рассматриваться  в новых условиях) в узкополосную. Однако в каждом конкретном случае виды помех следует различать и выбирать соответствующие меры борьбы с их действием.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

36233. Угрозы защищенности информации 84 KB
  Нарушение конфиденциальности возникает тогда когда к какойлибо информации получает доступ лицо не имеющее на это права. Отказ в обслуживании угрожает не самой информации а АС в которой эта информация обрабатывается. При возникновении отказа в обслуживании уполномоченные пользователи не могут получить своевременный доступ к необходимой информации хотя имеют на это полное право.
36234. Предмет и объекты защиты информации в ЭИС 120 KB
  Под ЗИ в ЭИС понимается регулярное использование в них средств и методов принятие мер и осуществление мероприятий с целью системного обеспечения требуемой надежности информации хранимой и обрабатываемой с использованием средств ЭИС [13]. ТСК должен принадлежать к одному и тому же организационному компоненту ЭИС участвовать в осуществлении одних и тех же функций обработки информации в ЭИС быть локализованным с точки зрения территориального расположения ЭИС. Элементы защиты выделяются по нахождению в одном и том же объекте защиты...
36235. Криптографическое закрытие информации, хранимой на носителях (архивация данных) 339 KB
  Устройства содержат датчики случайных чисел для генерации ключей и узлы шифрования реализованные аппаратно в специализированных однокристальных микроЭВМ. На базе устройств КРИПТОН разработана и серийно выпускается система КРИПТОНИК обеспечивающая также чтение запись и защиту данных хранящихся на интеллектуальных идентификационных карточках получающих в последнее время широкое применение как в виде дебетно кредитных карточек при безналичных расчетах так и в виде средства хранения прав доступа ключей шифрования и другой конфиденциальной...
36236. Общие положения по применению системы «Кобра» 229 KB
  Классификация компьютерных вирусов Компьютерные вирусы классифицируются в соответствии со следующими признаками: 1 среда обитания: файловые вирусы; загрузочные вирусы заражающие компоненты системной области используемые при загрузке ОС; файловозагрузочные вирусы. 2 способ заражения среды обитания; 3 способ активизации: резидентные и нерезидентные вирусы; 4 способ проявления деструктивные действия или вызываемые эффекты: влияние на работу ПК; искажение программных файлов файлов с данными; форматирование диска или его части; замена...
36237. Цели, функции и задачи защиты информации в сетях ЭВМ 127 KB
  Методы цифровой подписи данных передаваемых в сети Механизм цифровой подписи реализуемый также криптографическими методами состоит из формирования подписи блока данных при передаче и проверки подписи в принятом блоке данных. Первый процесс заключается в формировании подписи по определенному алгоритму с использованием секретного ключа второй в обратном преобразовании. Считается что для реализации цифровой подписи методы шифрования с открытыми ключами предпочтительнее традиционных методов шифрования. При наличии подходящего алгоритма...
36238. Оценка обычных программ 116.5 KB
  Это множество можно разделить на два подмножества: множество объектов и множество субъектов. Доступ категория субъектнообъектной модели описывающая процесс выполнения операций субъектов над объектами. В защищенной КС всегда присутствует субъект выполняющий контроль операций субъектов над объектами. Для выполнения в защищенной КС операций над объектами необходима дополнительная информация и наличие содержащего ее объекта о разрешенных и запрещенных операциях субъектов с объектами.
36239. Структура моделей знаний: правила продукции. Примеры 41 KB
  Структура моделей знаний: правила продукции. Понятие продукционных правил. Для достижения цели используется некоторая совокупность фактов и способов их применения правил. На этих понятиях основан наиболее распространенный метод представления знаний правила продукции или продукционные правила.
36240. Структура моделей знаний: семантические сети. Примеры 43 KB
  Структура моделей знаний: семантические сети. Понятие семантической сети основано на древней и очень простой идее о том что память формируется через ассоциации между понятиями. Квиллиан предположил что наша способность понимать язык может быть охарактеризована некоторым множеством базовых понятий концептов Базовыми функциональными элементами семантической сети служит структура из двух компонентов узлов и связывающих их дуг. Узлы в семантической сети соответствуют объектам понятиям или событиям.