Лекция 12

7.2. Помехи и борьба с ними

(окончание)

В проводных каналах связи основным видом помех являются импульсные помехи и прерывания связи. При прерывании связи сигнал в линии резко затухает или совсем исчезает. Прерывания могут быть вызваны различными причинами, например, нарушение контактов в реле, в разъемах.

В радиоканалах наиболее распространенными являются атмо­сферные помехи. Сильные помехи создаются также промышленны­ми установками, мешающим воздействием радиостанций и вза­имным влиянием каналов. Способы борьбы с помехами можно классифицировать по назначению на: способы борьбы с аддитив­ными помехами, способы борьбы с мультипликативными помехами и общие способы повышения помехоустойчивости систем передачи информации.

Способы борьбы с аддитивными помехами. При приеме сигна­ла на фоне флуктуационных помех повышение помехоустойчивос­ти достигается использованием узкополосного приема [1], где используется то свойство, что мощность сигнала при прохождении через узкополосный фильтр изменяется незначительно, а мощность помехи уменьшается пропорционально ширине пропускания фильтра.

Если средняя мощность флуктуационной помехи в полосе 1 Гц Р_ср и полоса пропускания фильтра, то мощность помехи на выходе фильтра

Откуда отношение сигнал/помеха

Уменьшая полосу пропускания фильтра, можно получить боль­шое отношение сигнал/помеха.

С учетом того, что где— время нарастания сигнала на выходе фильтра, получим

Таким образом, сужение полосы пропускания фильтра ведет к увеличению отношения сигнал/помеха. Однако одновременно с этим увеличивается время фильтрации, т. е. время нарастания сигнала на выходе фильтра, достаточного для срабатывания поро­гового устройства. Увеличение времени фильтрации уменьшает быстродействие, что является основным недостатком данного спо­соба.

Другим способом помехоустойчивого приема на фоне флуктуа­ционных помех является интегральный прием (или метод накопле­ния), под которым понимается прием с накоплением результата воздействия реализаций сигнала и помехи на приемник в интер­вале времени, равном длительности сигнала .

Суть данного способа заключается в выборе нескольких отсче­тов на протяжении приема сигнала, несущего информацию. Впо­следствии все отсчеты складываются в суммирующем устройстве (накопителе). Решающее устройство, подключаемое к выходу накопителя, дает ответ о наличии или отсутствии сигнала не по одному отсчету, а по сумме отсчетов. Использование этого спосо­ба приема дает увеличение отношения сигнал/помеха по сравне­нию с однократным отсчетом в nраз, гдеn— число отсчетов. Однако из-за наличия статистической связи между значениями помех в моменты отсчетов выигрыш в отношении сигнал/помеха будет всегда несколько меньше, чем вп раз.

К недостаткам этого способа следует отнести увеличение вре­мени приема сигналов, а также усложнение аппаратуры и возра­стание затрат на ее реализацию.

Для подавления импульсных помех применяют схему ШОУ (широкополосный фильтр или усилитель Ш; ограничитель О; узкополосный фильтр У) (рис. 1.2).

Ослабление импульсной поме­хи в схеме ШОУ достигается за счет изменения параметров при прохождении помехи через избирательные системы с различной полосой пропускания и амплитудный ограничитель. В данной схеме используется известное положение, что амплитуда импульса на выходе фильтра (усилителя) прямо пропорциональна его полосе пропускания. При прохождении импульсной помехи через широко­полосный фильтр (усилитель) (рис. 1.2, а) на его выходе будет помеха с большой амплитудой, но малой длительностью (рис. 1.2, б), так как пропорционально увеличению амплитуды выходного им­пульса уменьшается его длительность.

После ограничения энергия импульса помехи, пропорциональ­ная длительности импульса, оказывается значительно меньше энергии сигнала (рис. 1.2, в). На выходе узкополосного фильтра (рис. 1.2,г) амплитуда помехи уменьшается за счет ее длитель­ности и становится меньше амплитуды сигнала, в результате чего возрастает отношение сигнал/помеха.

К недостаткам схемы ШОУ сле­дует отнести увеличение действия других видов помех из-за значи­тельного усиления их широкополос­ным усилителем до ограничителя, а также ограниченность использо­вания схемы, так как она эффек­тивна только при больших скважностях входных импульсов, когда переходные процессы, вызванные отдельными импульсами, не пере­крывают друг друга.

Существует ряд модификаций схемы ШОУ, в которых ослабляет­ся действие других видов помех. Представляет интерес схема, в ко­торой одновременно с ограничением импульсной помехи происходит ав­томатическое расширение полосы приемника в момент ее прихода, чем уменьшается длительность им­пульса. Одновременно с расшире­нием полосы пропускания уменьша­ется усиление усилителя прием­ника.

Одним из эффективных методов борьбы с импульсными поме­хами является метод компенсации. Сущность этого метода заклю­чается в наличии в приемном устройстве вспомогательного канала, выделяющего только импульс помехи, который вычитается из сигнала и помехи в основном канале.

Широко используется для борьбы с импульсными помехами селекция импульсов по длительности, основанная на различиях в длительности импульса помехи и сигнала. Наряду с этими мето­дами используются: запирание приемника на время действия им­пульсной помехи, автоматическое снижение усиления приемника и др., а также комбинированные способы подавления импульсных помех.

Для борьбы с сосредоточенными помехами в основном исполь­зуются методы частотной селекции. Одним из наиболее эффектив­ных способов борьбы с такого вида помехами является их подав­ление при помощи специальных заграждающих фильтров.

Способы борьбы с мультипликативными помехами. Для борь­бы с медленными замираниями и многолучевостью в радиоканалах используют главным образом увеличение энергии сигнала путем повышения мощности и его длительности.

Для борьбы с быстрыми замираниями используются различные способы многократного приема: сдвоенный прием с разносом по частоте, сдвоенный прием с разносом в пространстве, счетверенный прием с разносом и по частоте и в пространстве, многократный прием с разносом по углу, многократный прием сигнала с разносом во времени и другие.

При сдвоенном приеме с разносом по частоте одна и та же информация передается на разных несущих частотах, разнесенных друг от друга на 2—4 МГц. Эффективность такого вида сдвоен­ной работы возрастает с увеличением разноса частот, так как с ростом частотного разноса уменьшается коэффициент корреля­ции процессов замирания на разных частотах.

При сдвоенном приеме с пространственным разносом прием­ники настроены на одну и ту же частоту передатчика, но подклю­чены к разным антеннам, разнесенным в пространстве на несколь­ко десятков длин волн . Корреляция замираний в различных точках пространства различна, что и используется при пространст­венном разносе. Считают, что поперечный разнос в пространстве должен быть не менее 70—100.

Для большего эффекта выигрыша в помехоустойчивости ис­пользуется счетверенный прием с применением одновременно частотного и пространственного разноса.

Суть многократного приема с разносом по углу заключается в том, что одну и ту же антенну снабжают несколькими облуча­телями, каждый из которых немного смещен относительно фокуса параболы по горизонтальной оси (горизонтальный разнос) или по вертикальной оси (вертикальный разнос), в результате чего полу­чают антенну с несколькими смещенными диаграммами. Снижение коэффициента корреляции замираний увеличивается при увели­чении углового разноса.

Многократный прием с разносом во времени основан на вре­менном разносе одного и того же сигнала, т. е. сигнал повторяется через определенный интервал времени . За времяусловия на трассе успевают измениться и один из переданных сигналов на стороне приема может быть выбран как лучший. Как недостаток данного способа следует отметить увеличение времени приема сигнала.

Общие способы повышения помехоустойчивости. К такого рода способам, в первую очередь, относят экранирование как источни­ков помех (с целью предотвращения излучения электромагнитного поля в окружающее пространство), так и линий и аппаратуры передачи информации.

Наряду с экранированием для уменьшения распространения помех по токопроводящим проводам, питающим электрическую установку, создающую помехи, в эти провода включаются специ­альные фильтры. Широкое распространение имеет включение кон­денсаторов, шунтирующих источник помех.

Важным способом уменьшения помех является также правиль­ное заземление и выравнивание потенциалов различных точек электрического оборудования.

Эффективным способом повышения помехоустойчивости являет­ся статистический метод, при котором каждое сообщение переда­ется многократно (в основном, нечетное количество раз), накапливается в приемнике и по результатам сравнений, принятых по-раз­ному искаженных сигналов, «голосованием по большинству», восстанавливается истинное значение передаваемого сигнала. Не­достатком данного метода является резкое увеличение времени передачи.

При передаче информации по контактным сетям, троллейным проводам, рельсам и другим каналам, где действуют помехи большой мощности, целесообразно использовать так называемый энер­гетический метод, суть которого заключается в повышении энергии сигнала, передаваемого по цепи, до такой величины, чтобы он намного превосходил уровень помех. Этим достигается значитель­ное увеличение отношения сигнал/помеха. Однако этот метод нельзя использовать при передаче сигналов по линиям связи, где имеется ограничение по уровню входных сигналов.

Для уменьшения вероятности искажения дискретной информа­ции при передаче по каналам с помехами применяют коды, обна­руживающие и исправляющие ошибки (избыточные коды). Умень­шения вероятности искажения информации достигают применением в системах передачи канала обратной связи.

Системы передачи с каналами обратной связи подразделяют «а: системы с решающей, с информационной и с комбинированной обратными связями.

Преимуществом систем с каналом обратной связи является возможность передачи сообщений с большой скоростью без приме­нения сложных избыточных кодов.