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

17 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

28494. Протипожежний режим у навчальному закладі 17.33 KB
  Протипожежний режим у навчальному закладі Основними системами комплексу заходів та засобів щодо забезпечення пожежної безпеки обєкта є: система запобігання пожежі; система протипожежного захисту; система організаційнотехнічних заходів. Система запобігання пожежі це комплекс організаційних заходів і технічних засобів спрямованих на унеможливлення умов необхідних для виникнення пожежі. Умови необхідні для виникнення пожежі горіння. Одним із основних принципів у системі запобігання пожежі є положення про те що горіння пожежа...