6.4. Помехи и ошибки в каналах связи

При передаче по каналу связи информа­ция подвергается воздействию различного рода помех: широко известные флуктуационные, гармонические и импульсные помехи.

Флуктуационная помехапредставляет собой напря­жение, меняющееся во времени случайным образом (рис. 6.5,а). Причина появления ее—тепловые шумы линии, элементов аппаратуры и т. д. Гармоническая по­меха (рис. 6.5,б) приближенно описывается синусоидаль­ным колебанием:Uпом =Vsin(t+). Эти помехи возни­кают, как правило, в самой аппаратуре из-за паразитного проникновения в канал различных несущих колебаний.

.

Рис. 6.5. Различные виды помех

Импульсной помехойназывается помеха, пиковое значение которой соизмеримо с амплитудой полезного сигнала или превышает ее. Типичный вид одиночной импульсной помехи показан на рис. 6.5,в.Импульсные помехи обычно появляются пачками, по несколько помех в пачке (рис. 6.5,г).Характер процесса появления пачек во времени и отдельных помех внутри одной пачки существенно изменяется от канала к каналу и даже в одном канале в различные периоды времени.

По типу источников импульсные помехи можно раз­делить на три основные группы: естественного проис­хождения, промышленные, возникающие в аппаратуре.

К помехам естественного происхожденияв первую очередь следует отнести атмосферные помехи, основным источником которых являются грозовые разряды, хаоти­чески возникающие во многих участках земного шара. Каждый такой разряд создает несколько мощных им­пульсов электрического тока.

Источники промышленных помехмногочисленны. К ним относятся различные коллекторные электрические машины, двигатели, аппараты, линии электропередачи, электросварка.

Кроме классификации помех по характеру воздейст­вия на передаваемое сообщение, их классифицируют по поведению во времени. Флуктуационные и гармониче­ские помехи действуют непрерывно в течение длинных отрезков времени. Их можно назвать постоянно дейст­вующими. В отличие от них импульсные помехи дейст­вуют на сигнал только в отдельные моменты. Помехи такого типа называютсясосредоточенными во времени.

В результате действия помех в канале связи инфор­мация, передаваемая по этому каналу, искажается, при­нятое сообщение будет отличаться от переданного, т. е. сообщение принимается с ошибкой. Возникновение оши­бок — случайный процесс, и предсказать появление их заранее, до эксперимента, можно только статистически, т. е. указывая вероятности того, что ошибка либо произойдет, либо нет. При этом вероятность ошибки может не зависеть от значения передаваемого элементар­ного символа 0 или 1, т. е. среди неправильно принятых сигналов одинаково часто встречаются как 1, так и 0. Канал связи с такими ошибками называется симметрич­ным каналом. Условно такой канал показан на рис. 6.6. Здесь входными являются символы 0 и 1. Возможными выходными символами также будут 0 и 1. Вероятностиp₁, Р₂определяют вероятность неискаженной передачи символов 0 и 1 соответственно, а вероятности (1—Р₁), (1—Р₂)—вероятность трансформации символов. При Р₁=Р₂ канал является симметричным.

Рис. 6.6.. Канал с искажениями. Рис. 6.7. Канал со стиранием

Другим примером канала связи с помехами может служить так называе­мый канал со стирани­ем (рис. 6.7). На вход такого канала поступа­ют двоичные символы, которые с вероятно­стью Р передаются правильно и с вероят­ностью (1—Р) стира­ются (стертые символы условно обозначены через х).Таким образом, если на вход канала поступают символы 0 и 1, то на выходе получаются три различных символа: 0, 1,x.В этом канале предполагается отсутствие трансформации символов. Такое предположение на практике не всегда оправдывается. Поэтому используется модель стираю­щего канала, в которой допустима трансформация сим­волов (рис. 6.8).

Рис.6.8. Канал со стиранием и трансформацией символов

Если условия передачи ряда последова­тельных символов не зависят один от другого, то такой канал называется каналом без памяти. Если же условия передачи символа зависят от предыдущих состояний канала, канал называетсяканалом с памятью.

Итак, в результате действия помех в каналах связи при пере­даче сообщений возникают ошибки. В зависимости от количества разрядов передаваемой последовательности, принимаемых с ошибками, различают однократные, дву­кратные и т. д. ошибки. Кроме этого имеют местопачки ошибок (участок последовательности, начинающийся и заканчивающийся ошибочно принятыми элементами. Внутри пачки могут быть и правильно принятые элементы). Знание характера распределения ошибок в ка­нале связи позволяет правильно выбрать метод пере­дачи сообщений по данному каналу.

Если ошибки, возникающие в передаваемом сообщении, происходят независимо одна от другой, их рас­пределение подчиняется биномиальному закону. В этом случае предполагается, что вероятность поражения каж­дого символа Pэ передаваемой последовательности явля­ется величиной постоянной. Тогда вероятность безоши­бочного его приема - (1—Pэ), а вероятность распре­деления ошибок при передаче последовательности изn символов

P=Cⁱ_nPⁱэ (1-Pэ)^n-i,

где i—кратность ошибки в последовательности, 0in;Cⁱ_n— число сочетаний изnпоi,

Cⁱ_n=[n(n-1)(n-2)…(n-i+1)]/i!

Каждый член суммы в формуле (206) характеризует вероятность появления i‑кратной ошибки в передаваемой последовательности.