Виды помех и искажений
Качество передачи цифровых сигналов, прежде всего, определяется безошибочностью принятой информации. Ошибки на приеме возникают из-за помех, изменяющих форму сигнала так, что регенератор не может с достоверностью установить его истинное значение (в предельном случае — идентифицировать «1» и «0»).
На сигналы воздействуют помехи трех типов: линейные, собственные и интерференционные (межсимвольные).Межсимвольные помехи иногда называют межсимвольными искажениями.
Линейные помехи ВОЛС (помехи от линейных переходов) — результат воздействия параллельно работающих систем передачи. Их значение определяется переходными затуханиями в кабеле и количеством параллельно работающих систем передачи. Спектр этих помех неравномерен — близок к спектру линейного сигнала. В волоконно-оптических линиях связи (ВОЛС) эти помехи практически отсутствуют.
Собственные помехи ВОЛС – помехи определяемые свойствами корректирующего усилителя линейного регенератора, эти помехи имеют относительно равномерное спектральное распределение.
Интерференционные (межсимвольные) помехи ВОЛС – помехи, возникающие из-за линейных искажений в среде передачи, точнее из-за ограничения спектра передаваемого сигнала сверху (помехи I рода) и снизу (помехи II рода).
В ВОЛС межсимвольные помехи возникают в результате дисперсии. Различают межмодовую дисперсию, хроматическую, состоящую из материальной и волноводной, и поляризационную.
Рассмотрим
механизм воздействия межсимвольных
помех на примере передачи сигналов по
кабелю с металлическими парами. Такие
кабели являются распределенными
системами и характеризуются четырьмя
первичными параметрами (отнесенными к
одному километру длины кабеля):
сопротивлением проводов R, емкостью
между проводами С,
индуктивностью проводов L и
проводимостью изоляции G. Для
анализа в первом приближении достаточно
учесть первые два параметра, в результате
чего кабельный участок длиной 1 км
моделируется простейшим фильтром нижних
частот (рис. 4.2, а)
с постоянной времени 
причем 
Тогда 
Рис. 4.2. Форма импульса при прохождении через ФНЧ
Форма прямоугольного импульса приобретает вид, показанный на рис. 4.2, б. «Хвост» импульса является помехой для последующего. Эта межсимвольная помеха является помехой I рода.
Если учесть все четыре параметра кабеля и то, что они распределенные, форма искаженного импульса оказывается близка к гауссовой, причем по мере увеличения длины кабельного участка растет τв и , следовательно, высота импульса становится меньше, а длительность больше (рис. 4.3). Но в любом случае помехи I рода, определяемые небольшой постоянной τв, действуют лишь на ближайший импульс.
Рис. 4.3. Влияние кабельного участка на форму прямоугольного импульса
Дисперсия в ВОЛС приводит к искажению импульсов, которые, как и в кабеле с металлическими жилами, приобретают форму, близкую к гауссовой.
На рис. 4.4 показано взаимное влияние импульсов при искажениях I рода и наложение на эти импульсы флуктуационной помехи (степень затенения условно показывает плотность вероятности мгновенных значений помехи).
Рис. 4.4. Сложение флуктуационных помех и межсимвольных помех I рода
Из рисунка видно, что идентификация нулевого импульса (между двумя единичными) в этих условиях практически невозможна.
Помехи II рода в тракте определяются элементами, ограничивающими спектр сигнала снизу (образующими фильтр верхних частот ФВЧ). В кабелях с металлическими парами такими элементами являются прежде всего линейные трансформаторы. В ВОСП - аналогичную роль играют разделительные конденсаторы электрической части трактов. Для этих случаев тракт в первом приближении аппроксимируется дифференциальным звеном с параметрами
если в тракте разделительный конденсатор, или
если в тракт включен линейный трансформатор с индуктивностью первичной обмотки, равной L1 (рис. 4.5, а, б).
Рис. 4.5. Форма импульса при прохождении через ФВЧ
В этих формулах Rcи Rн сопротивления источника сигнала и нагрузки рассматриваемой цепи, соответственно. Тогда
,
и форма прямоугольного импульса приобретает вид, показанный на рис. 4.5, в. Поскольку
,
искажения II рода гораздо опаснее, так как влияние данного импульса распространяется на многие последующие такты. На рис. 4.6 показано влияние межсимвольных помех II рода на сигналы с высокой (рис. 4.6, а) и низкой плотностью (рис. 4.6,б) единиц. Очевидно, что при высокой плотности единиц происходит смещение импульсной последовательности вниз (постоянная составляющая сигнала подавляется).
Рис. 4.6. Искажения II рода при высокой (а), низкой плотности единиц (б)
При этом вершины импульсов приближаются к порогу решения и их идентификация становится затруднительной. Если плотность единиц в сигнале невелика, постоянная составляющая будет также мала и ее подавление не приведет к заметным искажениям.