1.11. Помехи

Помехи– это любые мешающие воздействия, приводящие к искажению спектрально-временных характеристик сигнала s(t).

На структурной схеме канала связи (рис. 1) показано, что помеха воздействует на канал связи извне через среду распространения сигнала, однако реально помехи воздействуют в любом сечении канала связи, начиная, в общем случае, с входа оконечной аппаратуры. Например: акустический шум в помещении или в кабине пилотов воздушного судна, воздействующий на микрофон, являющийся передающей оконечной аппаратурой телефонного канала передачи; искрение контактов передающих телеграфных аппаратов, являющихся оконечной аппаратурой телеграфного канала передачи; тепловой и дробовой шумы радиотехнических устройств канала связи. Однако определяющими являются помехи, образованные средой распространения сигнала, и помехи, попадающие в канал связи через среду распространения сигнала.

Помехи могут быть естественного (например, молниевые разряды, космический шум) или искусственного происхождения (например, промышленные помехи, излучения посторонних радиопередатчиков), непреднамеренные и преднамеренные, внутрисистемные и внешние, и т.д.

Проведем классификацию действующих помех по двум признакам:

- по характеру воздействия помехи на сигнал;

- по спектрально-временным характеристикам помех.

По характеру воздействия помехи на сигнал помехи подразделяются на мультипликативные µ(t) и аддитивные n(t).

Воздействие мультипликативной помехи µ(t) на сигнал s(t) аналитически описывается произведением:

u(t) = µ(t)s(t). (5)

Из формулы (5) следует, что воздействие мультипликативной помехи проявляется только при наличии сигнала. Анализ (5) и рис. 1 позволяет сделать вывод, что мультипликативную помеху можно представить как коэффициент передачи среды распространения сигнала, т.е. среды распространения радиоволн.

В среде РРВ при распространении сигнала происходит поглощение и рассеяние его энергии, называемое замиранием сигнала. Степень поглощения и рассеяния энергии сигнала зависит от характеристик среды РРВ, траектории распространения радиоволны и ее частоты.

Как правило, период изменения характеристик среды РРВ T_СРРВ >> T_c, где T_c – время передачи сообщения. Поэтому замирания сигнала, определяемые характеристиками среды РРВ, называются медленными замираниями сигнала.

Из проведенного выше анализа особенностей распространения радиоволн различных диапазонов следует, что в большей или меньшей степени все радиосигналы подвергнуты воздействию интерференционных замираний, вызванных многолучевостью распространения сигнала. Т.е. в место приема одновременно приходит несколько копий сигнала, имеющих разные амплитуды и фазы, в результате суммирования которых получается результирующий сигнал, уровень которого изменяется в широких пределах. Интерференционные замирания получили название быстрых замираний сигнала. Период быстрых замираний сигнала T_интер соизмерим или меньше времени передачи сообщения T_c, т.е. T_интер ≤ T_c.

Для многолучевых каналов мультипликативное воздействие помехи можно аналитически представить в виде

(6)

где M – количество копий сигнала (лучей), пришедших в место приема разными путями;

– коэффициент передачи среды РРВ по m-му пути;

– задержка радиосигнала при распространении по m-му пути.

Воздействие аддитивной помехи n(t).на сигнал s(t) аналитически описывается суммой:

u(t) = s(t) + n(t). (7)

Из (1.31) следует, что аддитивная помеха существует вне зависимости от наличия сигнала. К аддитивным помехам относятся шумы, сигналы посторонних радиостанций, разряды атмосферного электричества и т.д.

По своим спектрально-временным характеристикам аддитивные помехи подразделяют на флуктуационные, сосредоточенные (сосредоточенные по частоте) и импульсные (сосредоточенные по времени).

Флуктуационная помеха (ФП) n_фп(t) – это помеха, длительность которой T_фп  много больше длительности элемента сигнала T_с или много больше 1/F_н, где F_н – минимальная частота спектра ПЭС, а ширина спектра помехи ∆f_фп много больше ширины спектра радиосигнала ∆f_рс, т.е.

T_фп >> T_с или T_фп >> 1/F_н и ∆f_фп >> ∆f_рс.

К флуктуационным помехам относятся шумовые помехи любого происхождения.

Сосредоточенная помеха (СП) n_сп(t) – это помеха, длительность элемента которой T_сп соизмерима или больше длительности элемента сигнала  T_с, а ширина спектра помехи ∆f_сп соизмерима или меньше ∆f_рс, т.е.

T_сп ≈ или > T_с и ∆f_сп ≈ или < ∆f_рс.

К сосредоточенным помехам относятся в основном помехи от посторонних радиолиний.

Импульсная помеха (ИП) n_ип(t) – это помеха, длительность элемента которой T_ип много меньше длительности элемента сигнала T_с или много меньше 1/F_в, где F_в – максимальная частота спектра ПЭС, а ширина спектра помехи ∆f_ип много больше ширины спектра радиосигнала ∆f_рс, т.е.

T_ип << T_с или T_ип << 1/F_в и ∆f_ип >> ∆f_рс.

Из изложенного следует, что классификацию аддитивных помех необходимо проводить только по отношению к конкретному сигналу. Одна и та же аддитивная помеха при воздействии на радиолинии, работающие разными сигналами, может относиться к разным классам аддитивных помех.

Примерами основных видов аддитивных помех являются:

- Излучения сигналов посторонних радиолиний.

- Побочные излучения радиопередающих устройств. Ра­ботая на отведенной ему частоте, передатчик может создавать одновременно излучения волн с другими частотами.

- Атмосферные помехи. Электрические явления в атмо­сфере, особенно молниевые разряды, создают электромагнитные волны, дале­ко распространяющиеся во всех направлениях.

- Индустриальные помехи. Создаются электромагнитными излучениями промышленных, транспортных, медицинских, научных, бытовых и прочих электрических установок. Они возникают главным образом при наличии электрических искр, дуги, либо при резких изменениях тока в электрических цепях.

- Внутренние шумы радиотехнических устройств. Тепловой и дробовой шумы, возникающие в электронных приборах, в транзисторах, диодах и вообще во всех цепях радиотехнических устройств.

- Космические шумы. Эти помехи вызываются радиоизлу­чениями из космического пространства. Например, радиоизлучение Солнца в диапа­зоне метровых волн, излучения некоторых созвездий и туманностей.

Таким образом, на передаваемый сигнал в общем случае воздействуют мультипликативные и аддитивные помехи.