1.3 Завади та спотворення у каналах зв’язку
У реальному каналі сигнал при передачі спотворюється й повідомлення відтворюється з деякою помилкою. Причиною таких помилок є як перекручування, внесені самим каналом, так і завади, що впливають на сигнал. Частотні й часові характеристики каналу визначають так називані лінійні спотворення. Крім того, канал може вносити й нелінійні спотворення, обумовлені нелінійністю тих або інших ланок каналу.
Якщо лінійні й нелінійні спотворення обумовлені відомими характеристиками каналу, то вони, принаймні в принципі, можуть бути усунуті належною корекцією. Варто відрізняти спотворення від завад, що мають випадковий характер. Завади заздалегідь не відомі й тому не можуть бути повністю усунуті.
Завадою називається будь-який випадковий вплив на сигнал, що погіршує вірність відтворення переданих повідомлень. Завади різноманітні по своєму походженню, так і по фізичних властивостях. У радіоканалах часто зустрічаються атмосферні завади, обумовлені електричними процесами в атмосфері, і насамперед грозовими розрядами. Енергія цих завад зосереджена головним чином в області довгих і середніх хвиль. Сильні завади створюються також промисловими установами. Це так звані - індустріальні завади, що виникають через різкі зміни току в електричних ланцюгах усіляких електропристроїв, перешкоди від електротранспорту, електричних двигунів, медичних пристроїв, систем запалювання двигунів і т.п. Розповсюдженим видом завад є завади від сторонніх радіостанцій і каналів. Вони обумовлені порушенням регламенту розподілу робочих частот, недостатньою стабільністю частот і поганою фільтрацією гармонік сигналу, а також нелінійними процесами в каналах, що ведуть до перехресних спотворень.
У провідних каналах зв'язку основним видом завад є імпульсні шуми й спотворення зв'язку. Поява імпульсних завад часто пов'язане з автоматичною комутацією й перехресними наведеннями. Спотворення зв'язку є явище, при якому сигнал у лінії різко загасає або зникає.
Практично в будь-якому діапазоні частот мають місце внутрішні шуми апаратури, обумовлені хаотичним рухом носіїв заряду в підсилювальних приладах, резисторах й інших елементах апаратури. Ці завади особливо позначаються при радіозв'язку в діапазоні ультракоротких хвиль, де інші завади невеликі. У цьому діапазоні мають значення й космічні завади, пов'язані з електромагнітними процесами, що відбуваються на Сонце, зірках й інших неземних об'єктах. У загальному виді вплив завади n(t) на корисний сигнал u(t) можна виразити оператором
z(t) = L[u(t), п(t)]. (1.7)
В окремому випадку, коли оператор вироджується в суму завада називається адитивною.
z(t) = u(t) + n(t). (1.8)
Якщо ж оператор може бути представлений у вигляді добутку то заваду називають мультиплікативною
(1.9)
де k(t) - випадковий процес; τn – час затримки n-го каналу.
У реальних каналах звичайно мають місце й адитивні, і мультиплікативні завади, і тому
z(t) =
+
n(t).
(1.10)
Серед адитивних завад різного походження виділяють зосереджені по спектру (вузькополосні) завади, зосереджені в часі (імпульсні) завади й так називану флуктуаційну заваду, не обмежену в часі й спектру. Флуктуаційна завада (флуктуаційний шум) являє собою випадковий процес із нормальним розподілом (Гаусівський процес). Така завада найбільш вивчена й становить найбільший інтерес як у теоретичному, так й у практичному відношенні. Цей вид завад практично має місце у всіх реальних каналах (рис.1.7). У діапазоні оптичних частот істотне значення має квантовий шум, викликаний дискретною природою сигналу. Мультиплікативні завади обумовлені випадковими змінами параметрів каналу зв'язку. Зокрема, ці завади проявляються в зміні рівня сигналу.
Рисунок 1.7 – Графіки перешкод а) флуктуаційна, б) імпульсна, в)вузькосмугова
Між сигналом і завадою відсутнє принципове розходження. Більше того, вони існують у єдності, хоча й протилежні по своїй дії. Так випромінювання радіопередавача є корисним сигналом для приймача, якому призначене це випромінювання, і завадою для всіх інших приймачів. Електромагнітне випромінювання зірок є однією із причин космічного шуму в діапазоні надвисоких частот і тому є завадою для систем радіозв'язку, з іншого боку, це випромінювання є корисним сигналом, по якому визначають деякі фізико-хімічні властивості зірок.