2.6. Борьба с помехами

Помехи и шумы представляют собой неизбежное зло при приеме сообщений (сигналов) по радиоканалу. Помехи могут иметь естественное или искусственное происхождение. Чаще всего они носят случайный характер и поэтому невозможно точно предсказать точное значение помехового (шумового) сигнала в следующий момент времени.

Борьба с шумом, разрушающим находящуюся в сигналах информацию и приводящим к принятию ложных решений в ситуациях, когда сигналы отсутствуют, является важной проблемой обработки сигналов. Подходы к ее решению дает теория потенциальной помехоустойчивости, разработанная академиком В. А. Котельниковым.

Помеха представляется случайной функцией времени. Такие функции характеризуются своими распределениями, среди которых особое место занимает процесс с нормальным распределением. Согласно центральной предельной теореме А. М. Ляпунова, распределение суммы независимых случайных величин при достаточно широких условиях сходится к нормальному, вне зависимости от того, каким законам подчиняются распределения слагаемых. В то же время многие процессы представляют собой совокупность отдельных независимых случайных явлений, и поэтому их распределения вероятностей описываются нормальным законом.

С физической точки зрения, случайные помехи порождаются различного рода флуктуациями, т.е. случайными отклонениями физических величин от их средних значений. Наиболее общей причиной шума служат флуктуации, вызванные тепловым движением носителей заряда в проводнике. Оно вызывает случайную разность потенциалов на его концах. Эта разность флуктуирует около равного нулю среднего значения, а ее средний квадрат пропорционален абсолютной температуре среды. Подобные помехи называют тепловыми или внутренними шумами. Их мгновенные значения подчиняются нормальному закону распределения вероятностей с нулевым математическим ожиданием и дисперсией, пропорциональной абсолютной температуре проводника и ширине частотного диапазона, в пределах которого этот шум анализируется. Тепловой шум имеет равномерный частотный спектр. Шумы, обладающие таким свойством, называют белыми.

Борьба с тепловыми (внутренними) шумами представляет наибольшие трудности. Ослабить их действие на полезный сигнал, разместив его спектр в частотном диапазоне с наименьшей интенсивностью шума, нельзя из-за равномерного характера поведения спектральной плотности белого шума. Поэтому невозможно полностью исключить воздействие такого шума на сигнал, но его можно ослабить в сколь угодной степени, пожертвовав частью содержащейся в сигнале информации.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Сформулируйте закон индукции.

2. От каких факторов зависит величина электродвижущей силы в проводнике при его движении в магнитном поле?

3. Дайте определение напряженности электрического поля, созданного в проводнике электродвижущей силой.

4. Охарактеризуйте соотношения между векторами электрического поля в проводнике, напряженностью магнитного поля вокруг проводника и скорости движения проводника.

5. Какой эффект вызывает протекающий по проводнику электрический ток?

6. Как расположены силовые линии магнитного поля вокруг проводника с током?

7. В чем заключается условие, при котором порождаемое магнитным полем H электрическое поле Е порождает затем магнитное поле той же интенсивности?

8. Почему электромагнитное поле, образованное в некоторой области пространства, может распространяться со скоростью света в окружающей среде?

9. В каком случае скорость распространения электромагнитного поля с равна м/с?

10. Какой смысл вкладывается в понятие «свободное электромагнитное поле»?

11. Исчезает ли электромагнитное поле после выключения источника этого поля?

12. Почему явления, связанные с электромагнитным полем, называют электродинамикой?

13. В чем заключается разница между статистическими и динамическими полями?

14. Как зависит энергия электромагнитной волны от расстояния до источника излучения?

15. Как зависит напряженность статического электрического поля от расстояния до источника поля?

16. Как зависит напряженность электрической волны от расстояния до источника поля?

17. Как зависит напряженность электромагнитной волны от частоты возбудившего ее электрического поля?

18. Почему для передачи сообщений с помощью радиоволн на большие расстояния лучше использовать колебания более высоких частот?

19. В чем заключается принцип передачи на большие расстояния низкочастотных сигналов с помощью радиоволн высокой частоты?

20. Какой высокочастотный радиосигнал называется модулированным?

21. Определите следующие термины синусоидального сигнала: амплитуда, период колебания, частота и фаза колебания, разность фаз двух колебаний.

22. Изобразите две синусоиды одинаковой частоты, сдвинутые по фазе на 30^о; 45^о; 90^о; 180^о.

23. Как проходят через твердое тело синусоидальные колебания с постоянной амплитудой, но с разной частотой?

24. Какие колебания маятника называются свободными?

25. Почему затухает свободное колебание маятника?

26. Объясните возникновение свободных колебаний электрического тока в колебательном контуре.

27. Как изменится резонансная частота контура при увеличении емкости конденсатора?

28. Что понимают под обратной связью в усилителе сигналов?

29. Какая обратная связь называется положительной? отрицательной?

30. Каким образом за счет положительной обратной связи в генераторе синусоидальных колебаний компенсируются потери энергии в колебательном контуре?

31. Нарисуйте структурную схему генератора незатухающих синусоидальных колебаний.

32. Нарисуйте график амплитудно-модулированного высокочастотного колебания? частотно-модулированного колебания?

33. Какие виды электрических токов наводятся (индуцируются) в приемной антенне от радиосигналов различных радиостанций?

34. Чем отличаются друг от друга колебания, излучаемые различными радиостанциями?

35. Как с помощью колебательного контура из всех электрических колебаний в антенне выделяются колебания нужной радиостанции?

36. С какой целью в радиоприемнике выполняется детектирование принятого радиосигнала?

37. Почему принятые приемной антенной радиосигналы нуждаются в дальнейшем значительном усилении?

38. Как возникают собственные шумы в радиоприемнике?

39. Какой шум называется белым?