Влияние шумов PDF Print E-mail
Written by Administrator   
Monday, 20 August 2012 15:53

В любой системе передачи всегда присутствуют шумы разной природы, которые накладываются на передаваемый сигнал, поэтому принятый сигнал всегда отличается от переданного сигнала. Шумы условно можно разделить на следующие категории: тепловые, природные, преднамеренные и интерференционные. Различные помехи (преднамеренные или естественные) можно также считать шумом, искажающим принимаемый сигнал. Тепловой шум вызван тепловым движением молекул и атомов как в канале связи, так и в цепях аппаратуры. Статистические характеристики теплового шума достаточно хорошо изучены. Поскольку мгновенные значения шума носят случайный характер, то шум с сигналом сравнивают не по мгновенным значениям, а по их мощностям.
В электрических цепях тепловое движение молекул и атомов вызывает разброс скоростей движущихся носителей зарядов (например, электронов). Поэтому электрический ток всегда имеет помимо детерминированной составляющей шумовую составляющую. Тепловой шум имеет равномерный спектр в весьма широком диапазоне частот, т. е. его энергия равномерно распределена по всему диапазону частот, поэтому его еще называют "белым шумом". На каждый герц полосы частот приходится плотность мощности
No=kT, (Вт/Гц)
Белый шум аддитивно смешивается с полезным сигналом, поэтому на выходе линейного усилителя шум и сигнал усиливаются одинаково. При этом к входному шуму добавляются собственные шумы усилителя. Собственные шумы усилителя учитывают введением коэффициента шума усилителя кш. Энергия шума на выходе усилителя   N=kшΔFlkT
Для уверенного приема полезного сигнала мощность сигнала должна превышать мощность шумов в несколько раз. Удобно пользоваться отношением сигнал/шум (signal-to-noise ratio — SNR).
Сигнал/шум (SNR) = PC/PU) = S/N.
Требуемое отношение сигнал/шум различно для разных систем связи и разных видов модуляции. Для цифровых систем передачи Шенноном была получена формула определения верхней границы возможной скорости передачи:
С=ΔFlog(1+SNR)
где С — пропускная способность канала (бит/с); AF — ширина полосы канала (Гц). Это теоретически достижимый предел. На практике достигаются заметно меньшие скорости передачи, так как формула учитывает только белый шум, а в реальности всегда присутствуют и иные виды шумов. Из формулы видно, что при фиксированном уровне шумов скорость передачи можно увеличить за счет повышения мощности сигнала и расширения полосы частот, занимаемых каналом. Однако это не совсем так, ибо с увеличением мощности сигнала возрастает риск перегрузить усилительные каскады, возникают нелинейные эффекты. Это порождает комбинационные частоты, что, в свою очередь, приводит к интермодуляционным помехам. С увеличением полосы пропускаемых каналом частот возрастает и мощность белого шума на входе приемника, в результате чего отношение сигнал/шум может ухудшиться.
Кроме тепловых шумов в системах связи значительное мешающее воздействие имеют импульсные помехи. Они могут быть вызваны молниями, работой электросварочного оборудования, искрением электрооборудования, неисправностями в самой аппаратуре связи или даже могут быть искусственно созданы для злонамеренной постановки помех. Импульсные помехи имеют значительную амплитуду и широкий спектр частот. При передаче голосового сигнала влияние импульсных помех довольно незначительно. Оно проявляется в появлении щелчков и потрескиваний. При передаче цифровых данных этот вид помех может стать определяющим. За время длительности импульсной помехи могут быть потеряны все биты, преданные за это время. Борьба с импульсными помехами представляет весьма сложную задачу. В основном решение заключается в отфильтровывании во входных цепях приемника всех частотных составляющих вне используемой полосы частот канала. При этом отфильтровывается часть мощности импульсной помехи и ослабляется действие помехи на сигнал. В противном случае необходимо снижать скорость передачи и увеличивать длительность передаваемых символов, чтобы за время длительности импульсной помехи оказалась пораженной незначительная часть символа.
Другим источником помех являются интермодуляционные шумы. Действие таких помех проявляется в том, при взаимодействии на нелинейных элементах двух (или более) сигналов, например, на частотах F1 и F2, появляются паразитные сигналы на частотах F1±F2. Если полезный сигнал окажется равен также F1±F2, то полезный и паразитный сигналы будут интерферировать, а принимаемый сигнал станет искаженным.