Васин В.И. Информационные технологии в радиотехнических системах. Под ред. И.Б.Федорова (2003) (1151848), страница 106
Текст из файла (страница 106)
Внутренний шум, обусловленный хаотическим движением носителей зарядов, принципиально неустраним, хотя может быть в значительной степени ослаблен применением качественных узлов и деталей, а также снижением рабочей температуры. Различают 2лелловой и дробовый шумы. Тепловой шум обусловлен тепловым движением носителей заряда, приводящим к появлению случайной разности потенциалов. Он представляет собой гауссовский случайный процесс с нулевым средним и спектральной плотностью мощности 9.
Радиотехнические системы нередачи информации В диапазоне частот, в котором работают радиосистемы, выполняется условие ЬГ ж ИТ', и поэтому Фе(Д = ИТ' = Уе, Вт/Гц. Таким образом, тепловой шум можно рассматривать как белый с односторонней спектральной плотностью Фе = /гТ'. В реальных системах полоса частот пропускания ограничена и мощность шума определяется равенством Р = )чеГ. Шумы электровакуумных и полупроводниковых приборов (дробовые шумы) обусловлены дискретной природой носителей заряда. Статистические характеристики дробового шума такие же, как у теплового. Внешние помехи возникают из-за различных электромагнитных процессов, происходящих в атмосфере, ионосфере, космическом пространстве, а также излучения земной поверхности (естественные помехи).
Кроме того, они создаются различными радиостанциями (станционные помехи), промышленными установками, медицинской аппаратурой, электрическими двигателями и т. п. В зависимости от диапазона частот и условий, в которых работает система передачи информации (СПИ), преобладает тот или иной вид помех. А>пмосферные помехи возникают в результате различных электрических процессов, происходящих в земной атмосфере. Наиболее мощным источником являются электрические грозовые разряды, которые приводят к излучению электромагнитной энергии практически во всем радиочастотном диапазоне. Максимум излучения разряда приходится на полосу частот 5...30 кГц.
Интенсивность поля помех, создаваемых электрическими разрядами, в пределах прямой видимости уменьшается обратно пропорционально частоте. Для диапазона частот выше 30 МГц заметными становятся помехи, связанные с источниками, находящимися в пределах нашей Галактики и вне ее (~сосмические шумы). Причиной возникновения этих помех является тепловое излучение межзвездных газов, Солнца, радиозвезд.
Большинство известных радиозвезд находятся в пределах нашей Галактики, и их излучение во много раз превышает по интенсивности излучение тепловых источников. Интенсивность космических шумов так же, как и внутренних, оценивается шумовой температурой. Земная поверхность„как и всякое нагретое тело, излучает электромагнитные волны. Они могут попадать в антенну по основному или боковым лепесткам диаграммы направленности, Мощность этих шумов в значительной степени определяется положением и формой диаграммы направленности, а также температурой и электрическими характеристиками земной поверхности.
По своим статистическим характеристикам они аналогичны тепловому шуму, Промышленные помехи создаются различным электрооборудованием промышленных предприятий„транспорта, линиями электропередач и дру- 544 9.3. Модели каналов связи гимн электроустановками. В большинстве случаев они представляют собой последовательности импульсов с постоянным или переменным периодом следования. Распространение промышленных помех происходит в основном земной волной, однако часто они передаются по линиям связи, электропередач, железнодорожным линиям и т. п. Уровень промышленных помех зависит от места расположения приемника относительно промышленных объектов, Одним из распространенных видов внешних помех являются помехи от посторонних радиостанций.
Насыщенность радиосредствами (радиосвязь, радиолокация, радионавигация и т. п.) и, следовательно, загрузка радиодиапазонов таковы, что весьма часто помехи от посторонних радиосредств превышают прочие виды помех. Станционные помехи обусловлены целым рядом причин: нарушением регламента распределения рабочих частот, недостаточной стабильностью генераторов и плохой фильтрацией гармоник сигнала, нелинейными искажениями в канале, ведущими к перекрестным помехам. Снизить уровень станционных помех можно с помощью организационно-технических мероприятий. Это направление в радиоэлектронике последнее время усиленно развивается и называется электромагнитная совместимость радиоэлектронных средств.
Станционные помехи присутствуют практически во всех диапазонах, и особенно в коротковолновом, где из-за ионосферного распространения радиоволн часто складываются благоприятные условия для прохождения радиоволн от посторонних, очень далеко расположенных передатчиков, работающих на той же частоте. Появление станционных помех в полосе принимаемого сигнала, их уровень и амплитуда являются, как правило, случайными процессами. Если число помех, попадающих в полосу сигнала, велико, то по центральной предельной теореме теории вероятностей мгновенные значения результирующего сигнала будут подчиняться гауссовскому закону. В то же время изменение загрузки канала во времени и по частоте приводит к тому, что станционная помеха оказывается нестационарным случайным процессом.
Упрощенную физическую модель образования станционных помех при высокой загрузке л7(Г, !) л7(Го ! канала можно представить в виде последовательно включенных генео ратора белого шума и фильтра с частотной характеристикой, изменяющейся случайным образом во времени. Спектральную плотность мощности помех Ф! 7", !) (рис. 9.8) как случайный процесс можно достаточно 7 полно охарактеризовать плотностью рис.
9.8. Изменение спектральной плоз'- вероятности и, 7(Ф) и корреляциои- ности помех по частоте и во времени 545 !9 — 78!6 9. Радиотехнические системы передачи информации ными функциями флуктуаций во временной и частотной областях Як(т) и Кк(9).
На практике распространена модель с логонормальным распределением помех в частотной и временной областях. Параметрами корреляционных функций являются интервал корреляции во времени т„и интервал корреляции по частоте К„. Если число станционных помех, попадающих в полосу сигнала, ограничено, то рассмотренная модель не всегда применима. В этом случае сигнал на входе приемника приходится представлять в виде суммы полезного сигнала и ограниченного числа алдитивных помех с известными или неизвестными статистическими характеристиками: и(г)=з(1)+л(С)+2 у,((), где у (г) = А;(~) сов (щ рг+ 9(1)). Огибающая А;(~) и фаза 9;(с) помехи могут быть как случайными, так и детерминированными процессами. 9.3.2.
Математическая модель непрерывного канала связи Математическая модель непрерывного канала связи устанавливает соответствие между сигналами на выходе и входе канала. Она должна по возможности точно описывать основные особенности реального канала и в то же время быть достаточно простой для получения конечных результатов при анализе и синтезе систем передачи, Рассмотрим наиболее простые и часто встречающиеся модели непрерывных каналов связи [130].
Идеальный какал без помех вносит детерминированные искажения, связанные с изменением амплитуды и временного положения сигнала. Переданный сигнал может быль полностью восстановлен на приемной стороне в новом временном отсчете. Эта модель используется для описания каналов с закрытым распространением малой протяженности (кабель, провод, волновод, световод и т. д.).
Канал с гауссовским белым ~аутом представляет собой идеальный канал, в котором на сигнал накладывается помеха и(~) = рг(( — т) + п(г). Коэффициент передачи р и время запаздывания т постоянны и известны в точке приема. Такая модель, например, соответствует радиоканалам, работающим в пределах прямой видимости. Гауссовский канал с неопределенной фазой сигнала отличается от предыдущего тем, что фаза несущего колебания в точке приема предполагается 546 9.3.
Модели каналов связи случайной с плотностью распределения ифр) в интервале — и ~ ~р ( к, Эта неопределенность вызвана двумя причинами: отсутствием устройств оценки и предсказания фазы или ошибками в оценке фазы при их работе. Важно знать скорость флуктуации фазы. В дискретных системах различают каналы с быстрыми флуктуациями, когда интервал их корреляции меньше длительности посылки, и с медленными, когда это условие не выполняется.
При медленных флуктуациях фаза несущего колебания за время посылки практически не изменяется. Гауссовский канал с неопределенной амплитудой и фазой сигнала вносит в сигнал наряду с флуктуациями фазы и флуктуации амплитуды, которые связаны с изменением во времени по случайному закону коэффициента передачи р. Как и в предыдущем случае, флуктуации могут быть быстрыми и медленными. Для определения модели канала необходимо задать плотность распределения н (р) и корреляционную функцию флуктуаций Я„(т). Гауссовский канал с линейными искажениями приводит к изменению формы сигнала из-за наличия избирательных цепей, В общем случае линейные искажения носят случайный характер. Частотная характеристика канала КДв, ~) неравномерна в полосе частот сигнала г, и изменяется во времени, а импульсная характеристика л(б т) имеет длительность т, (время памяти канала), превышающую величину 1/Р,.
Такая модель полезна при анализе систем, использующих, например, каналы с рассеянием сигнала. Сигнал на выходе канала с линейными искажениями описывается формулой и(г) = ~Ь(г, т)з(1 — т)дт ~- н(~). о В радиосистемах передачи дискретной информации, когда время памяти канала т„соизмеримо с длительностью посылки Т, (а тем более превышает ее), имеет место межсимвольная интерференция, которая проявляется в наложении друг на друга соседних посылок.
Одной из причин возникновения межсимвольной интерференции является увеличение скорости передачи при ограниченной полосе пропускания канала. Гауссовский канал с нелинейными искажениями сигнала, как и в предыдущем случае, предполагает существование аддитивной помехи в виде гауссовского белого шума, однако смесь сигнала и помехи, проходя по каналу, претерпевает нелинейные искажения так, что сигнал на входе приемника имеет вид и(Г) = Р(з(с) + п(г)), где Г( ° 1 — амплитудная характеристика нелинейного звена канала.
Возможно дальнейшее усложнение модели с нелинейными искажениями, если предположить наличие в канале еще и линейных искажений, вызванных частотно-избирательными звеньями системы. 547 9. Радиотехнические системы передачи информации Линейный канал со сложной аддитивной помехой характеризуется тем, что на сигнал могут действовать помехи любого вида: сосредоточенные по спектру, во времени, гауссовские, негауссовские и т. д. Модель помех можно определить, указав способ вычисления многомерной плотности распределения вероятностей.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
