all (Ответы к рубежным контролям), страница 9

Искажения в процессепередачи. Затухание.Возникает при передачесигнала в любой средеего интенсивностьуменьшается срасстояниемВ изотропной среде такоеослабление, илизатухание, в общемслучае логарифмическизависит от расстоянияДля изотропной средызатухание можновыразить как постоянную потери интенсивности (в децибелах) на единицудлины.Для затухания устанавливается предел для максимальной длины канала связи.

Этоделается для того, чтобы гарантировать, что прибывающий на приемник сигналобладает достаточной амплитудой для надежного распознавания и корректнойинтерпретации. Если канал превышаетэту максимальную длину, на егопротяжении для восстановленияприемлемого уровня сигнала должныиспользоваться усилители илиповторители (repeater)Затухание сигнала увеличивается сростом частоты. Это вызывает искажение реального сигнала, содержащего диапазончастот.43. Искажения в процессе передачи. Потери в свободном пространстве.//Здесь рассматривается отношение мощностей (t – transmission, r - reciever)Рассмотрим радиосигнал, передаваемый в свободном пространстве на приемник,удаленный на расстояние d от передатчика.

Предполагается, что такой сигналраспространяется на линии прямой видимости, т.е. между передатчиком и приемникомнет препятствий, и без каких-либо отраженийДля идеальной изотропной антенныPt (4 πd )2 ( 4 π f d )2==Prλ2c2Для антенн с коэффициентом усиленияPt (4 π )2 (d )2 (λd )2 (c d)2===PrAr A t f 2 A r A tG r G t λ2В формулах: d – расстояние, которое прошел сигнал,λ– длина волны, f –частота, G – коэффициент усиления, А – эффективная площадь, P - мощностипередатчика и приемника.Lдв =10lgPt−потери в свободном пространствеPrТаким образом, мощность принимаемого сигнала снижается пропорционально квадратурасстояния d между передающей и приемной антеннами.44.

Искажения в процессе передачи. Тепловой шум.Виды шумов:ТепловыеИнтермодуляционныеПерекрестныеИмпульсныеТепловой шум.При прохождении сигналов через канал связи атомы и молекулы в среде передачивибрируют и излучают случайные электромагнитные волны в виде шума. Обычно силапередаваемого сигнала велика по сравнению с шумовым1 сигналом. Однако по мерепродвижения и затухания сигнала его уровень может сравняться с уровнем шума.Когда полезный сигнал незначительно превышает фоновый шум, приемник не можетотделить данные от шума и возникают ошибки связи.Таким образом, тепловой шум является результатом теплового движения электронов.Устранить его невозможно, следовательно, он определяет верхний пределпроизводительности систем связи.N=kT [Вт]Где N – плотность мощности шума, k – постоянная Больцмана ( 1,38 ∙10−28Дж/ К ), Т –температура (К).Эта формула отражает просто белый шум.Формула с учетом ширины полосы диапазона:N=kTB[Вт / Гц] .

Где B – полосапропускания в ГцДополнительно. Важным параметром канала является отношение мощностиполученного сигнала (S) к мощности шумового сигнала (N). Отношение S/N называетсяотношением сигнал/шум и выражается обычно в децибелах, сокращенно дБ.S/N = 10 log 10 (S/N) дБ, где S- мощность сигнала в ваттах; N- мощность шума в ваттах.Высокое значение отношения сигнала к шуму означает, что мощность полезного сигнала высока посравнению с уровнем шума, что ведет к хорошему качеству восприятия сигнала.Теоретическую максимальную скорость передачи данных для реального канала можно вычислить,используя закон Шеннона - Хартли (Shannon - Hartley).C = B log 2(1 +S/N) bps, где С - скорость передачи данных в bps; В - полоса пропускания канала вгерцах; S - мощность сигнала в ваттах; N - мощность шума в ваттах.Из этой формулы можно видеть, что увеличение полосы пропускания или увеличение отношениясигнала к шуму позволяет увеличить скорость передачи данных и что сравнительно небольшоеувеличение полосы пропускания эквивалентно гораздо большему увеличению отношения сигнала кшуму.1Искажения в процессе передачи.

ЗатуханиеПри передаче сигнала в любой среде его интенсивность уменьшается срасстоянием. Такое ослабление, или затухание, в общем случае логарифмическизависит от расстояния. Как правило, затухание можно выразить как постояннуюпотери интенсивности (в децибелах) на единицу длины. При рассмотрениизатухания важны три фактора.1. Полученный сигнал должен обладать мощностью, достаточной дляего обнаружения и интерпретации приёмником.2. Чтобы при получении отсутствовали ошибки, мощность сигнала должнаподдерживаться на уровне, в достаточной мере превышающем шум.3.

При повышении частоты сигнала затухание возрастает, что приводитк искажению.Первые два фактора связаны с затуханием интенсивности сигнала ииспользованием усилителей или ретрансляторов. Для двухточечного каналасвязи мощность сигнала передатчика должна быть достаточной для четкогоприема. В то же время интенсивность сигнала не должна быть слишкомбольшой, так как в этом случае контуры передатчика или приемника могутоказаться перегруженными, что также приведет к искажению сигнала. Еслирасстояние между приемником и передатчиком превышает определеннуюпостоянную, свыше которой затухание становится неприемлемо высоким,для усиления сигнала в заданных точках пространства располагаются ретрансляторыили усилители. Задача усиления сигнала значительно усложняется, еслисуществует множество приемников, особенно если расстояние между нимии передающей станцией непостоянно.

Третий фактор списка известен какамплитудное искажение. Вследствие того, что затухание является функциейчастоты, полученный сигнал искажается по сравнению с переданным, чтоснижает четкость приема. Для устранения этой проблемы используютсяметоды выравнивания искажения в определенной полосе частот. Одним извозможных подходов может быть использование устройств, усиливающихвысокие частоты в большей мере, чем низкие.2Искажения в процессе передачи.

Потери всвободном пространствеДля любого типа беспроводной связи передаваемый сигнал рассеиваетсяпо мере его распространения в пространстве. Следовательно, мощностьсигнала, принимаемого антенной, будет уменьшаться по мере удаления отпередающей антенны. Для спутниковой связи упомянутый эффект являетсяосновной причиной снижения интенсивности сигнала. Даже если предположить,что все прочие причины затухания и ослабления отсутствуют, переданныйсигнал будет затухать по мере распространения в пространстве. Причинаэтого – распространение сигнала по всё большей площади. Данный типзатухания называют потерями в свободном пространстве и вычисляют черезотношение мощности излучённого сигнала Pt к мощности полученного сигналаPr .

Для вычисления того же значения децибелах следует взять десятичный1логарифм от указанного отношения, после чего умножить полученный результатна 10.Pt(4π)2 d2=PrGr Gt λ2Pt – мощность сигнала передающей антенны;Pr – мощность сигнала, поступающего на антенну приемника;λ – длина волны несущей;d – расстояние, пройденное сигналом между двумя антеннами;Gt – коэффициент усиления передающей антенны;Gr – коэффициент усиления антенны приемника.Следовательно, если длина волны несущей и их разнесение в пространствеостаются неизменными, увеличение коэффициентов усиления передающейи приёмной антенн приводит к уменьшению потерь в свободном пространстве.3Искажения в процессе передачи.

ТепловойшумТепловой шум является результатом теплового движения электронов. Данныйтип помех оказывает влияние на все электрические приборы, а также насреду передачи электромагнитных сигналов.Спектральная плотность теплового шума Sf = 4kT R, где k - постояннаяБольцмана. T - температура. R - активное сопротивление. В металлах изза большой концентрации электронов проводимости и малой длины свободногопробега тепловые скорости электронов во много раз превосходят скоростьнаправленного движения в электрическом поле (скорость дрейфа). Поэтомуинтенсивность тепловых шумов не зависит ни от приложенного напряжения,ни от тока, ни от частоты (а только от полосы частот, в которой происходитизмерение шумов). Не зависит от частоты, поэтому его можно рассматриватьв широком диапазоне частот как белый шум.4Искажения в процессе передачи.

ИнтермодуляционныйшумНелинейными искажениями называются любые искажения, в составе которыхприсутствуют такие частоты, которые изначально отсутствовали во входномсигнале. Частным случаем нелинейных искажений являются интермодуляционныеискажения, возникающие при усилении многочастотного сигнала. Например,когда сигнал, состоящий из двух частот, подаётся на вход усилителя с неочень линейной характеристикой, это приведёт к генерированию гармоник(обертонов) не только от этих двух частот (гармонические искажения), нотакже и от частот, являющихся их математической суммой и математическойразницей (интермодуляционные искажения). То есть, если мы рассмотриминтермодуляционные составляющие, то они будут представлять собой непросто генерирование сигналов с увеличением частот в определённое количествораз (что, собственно, и является обертонами), а генерирование сигналов,частоты которых являются суммой и разностью частот генерируемых обертонов,2например, f1 + f2 , f1 − f2 , 2f1 − f2 , 2f2 + f1 и т.д.

Эти комбинации могутпроизводить интермодуляционные частоты, которые в музыкальном смыслене всегда соотносятся с основными частотами. Более того, когда создаётсяили воспроизводится комплексный музыкальный сигнал, то сложное спектральноераспределение результатов интермодуляции не только не способствует обогащениюгармонической структуры музыки (как это происходит за счёт проявлениягармонических искажений, по крайней мере, гармоник-обертонов низшихпорядков), а просто-напросто является обычным шумом.

И если в радиочастотномдиапазоне еще есть возможность вырезать эти лишние частоты с помощьюфильтров, то в акустике на выходе усилителя может получаться сигналпомехи с частотой, близкой к частоте полезного сигнала и попадающейв полосу пропускания устройства. Такие помехи будут обрабатываться вусилителе совместно с полезным сигналом, ухудшая качество выходногосигнала.5Искажения в процессе передачи. ПерекрестныепомехиДанный тип помех возникает вследствие нежелательного объединения трактовпередачи сигналов. Перекрестные помехи могут возникать во время приемапосторонних сигналов антеннами.