Непрерывные и дискретные сигналы. Теорема Котельникова

Помехи

Помехи в системе передачи информации. Помехой радиоприему называют сторонние возмущения (электромагнитные, электрическое и т.д.), препятствующие правильному приему радио сигнала. Большей частью помеха создается непреднамеренно в процессе развития различных физических явлений, никак несвязанных с процессом передачи информации с помощью электромагнитных волн. Примерами здесь могут служить как явление, обусловленное активной деятельностью человека, так и физических явления, происходящие в окружающей человека природе.

В процессе передачи информации помеха может воздействовать на сигнал практический в любой части системы передачи, начиная с преобразования сообщения в электрический сигнал и кончая обратным преобразованием принятого электрического сигнала в сообщения, которое представляется получателю. Однако всегда можно принять дополнительные меры, устраняющие сторонние возмущения. Аналогичные меры можно принять и в тех случаях системы, где осуществляется преобразования принятого электрического сигнала сообщения. И совсем иначе обстоят дела. если пере идти к рассмотрению методов борьбы со сторонними возмущениями с линий передачи или в прием и к, осуществляющем усиление и демодуляцию принятых слабых сигналов.

Виды помех и причины их возникновения в радиусе связи.

В линий передачи сторонние возмущения могут, имеет вид электромагнитных волн, излучаемых внешними по отношению к рассматриваемой системы передачи источниками. Такие помехи называют внешними. Источниками внешних помех являются. Например, передатчики других систем передачи, промышленные и бытовые установки, в процессе работы которых имеет место или возможно излучение радиоволн при искрообразовании (электрифицированных транспорт, коллекторные электрические двигатели, электроприборы система зажигания автомобильных двигателей, медицинские электроустановки, сварочные аппараты и т.д.). Помехи, обусловлены перечисленными источниками, объединяются под общим называнием промышленные помехи. Сущность этих помех состоит в том, что при нормальной работе перечисленных устройств создается побочное электромагнитное излучение в окружающее пространство, которые не являются необходимым для нормального функционирования этих устройств. Обычно такое излучение имеет место при ударном возбуждении затухающих электрических колебаний электрические двигатели, электроприборы система зажигания автомобильных двигателей, медицинские электроустановки, сварочные аппараты и т.д.. Помехи, обусловленные перечисленными источниками, объединяются под общим называнием промышленные помехи. Сущность этих помех состоит в том, что при нормальной работе перечисленных устройств создается побочное электромагнитное излучение в окружающее пространство, которые не являются необходимым для нормального функционирования этих устройств. Обычно такое излучение имеет место при ударном возбуждении затухающих электрических колебании; для некоторых промышленных установок нормальный режим работы предусматривает генерирование (но не излучение) не затухающих высокочастотных колебаний (как, например, в высокочастотных установках).

Имеются и естественные источники внешних помех. Среди них можно называть следующие: процессы, происходящие в атмосфере и обуславливающие возникновение атмосферных помех, излучение в неземных радиоисточниках (солнце - ядра нашей галактики, радиоизлучение других галактик), называемых космическими помехами.

Среди атмосферных помех наиболее изученными являются электромагнитные излучения при грозовых разрядах. Во время грозы при вспышке молнии в радиоприемнике (особенно па длинных волнах) слышен сильный треск, значительно ухудшающий качество приема радиовещательных передач. Сильная помеха создается при оседаний инея на приемную антенну, так как многие оседающие частицы могут нести в себе сравнительно заметный электрический заряд. Аналогичные процессы (тихого разряда) могут, происходит при пылевых бурях, когда с приемной антенны соприкасается на электризованные частицы пыли. Каждая такая частица обуславливает ударное возбуждение электрических колебаний во входных цепях радиоприемника.

Однако доля поглощенной атмосферой энергии волны в значительное мере зависит от состояния атмосферы на трассе радио распространения и по этому также является непредсказуемой; вследствие этого мощность сигнала на входе приемника системы передачи также оказывается зависящей от состояния атмосферы.

Самым мощным источником комических помех даже в годы минимума солнечной активности является солнце. При повышенной солнечной активности и (появление вспышек, пятен и т.д.) интенсивность радиоизлучения солнце резко возрастет. Радиоизлучение звезд, межзвездного пространства галактики и внегалактических скопление заметно слабеет.

Помехи могут возникать и в различных звеньях системы передачи. Такие помехи называют внутренними. Они неизбежно имеют место и обусловленными физическими процессами, происходящими на молекулярном уровне в элементах радиоаппаратуры. В первую очередь к внутренним помехам следует отнести флуктуации электрического тока и напряжения, являются следствием дискретного строения вещества и статической природы большинства используемых в радиотехнике физических явлений. Например, непредсказуемые отклонения значения тока в электрической уцепи от его среднего значения даже на микроскопическом уровне могут, обуславливается только его дискретной природой: электрический ток есть движение дискретных носителей зарядов – электронов. Например, при токе 1мА через проводник в одну секунду проходит в среднем 6,3-10¹⁵ электронов заряд электрона равен 1,592-10¹⁹ кулона при меньшем значении тока среднее число электронов уменьшится. Истинное число электронов за этот промежуток времени может быть и больше, меньше указанного среднего значения то есть значения тока будет флуктуировать, при среднем значений тока 10^20, а через проводник за одну секунду проходить в среднем меньше одного электрона (иногда будет, проходит 1 электрон, а иногда не одного). Ток в этом случае представляет собой перемещение отдельных дискретных зарядов.

Большое значение для радиотехники имеют тепловые флуктуации. Так обычно считают, что любой резистор имеет постоянное сопротивление и является пассивным элементом, но в действительности на выходах резистора всегда имеется меняющаяся непредсказуемым образом ЭДС, обусловленная тепловым движением свободных электронов в веществе резистора. Это означает, что всякий резистор можно рассматривать как генератор шума.

Все перечисленные флуктуации принципиально неустранимы. Их объединяет единая первопричина возникновения – непредсказуемых колебания тех или иных величин около их средних значений. Обусловленные подобными флуктуациями помехи называются флуктуационными.

Подчеркнем в заключение, что истинные значения возмущений (отклонений значений электрического тока или напряжения), обусловленные воздействием практически любой из перечисленных выше помех, не могут быть точно предсказаны, т. е. помехи не могут быть описаны с помощью детерминированных функций времени. Поэтому в радиотехнике для описания помех, как правило, используются вероятностные модели. Это означает, что любая помеха рассматривается как случайный процесс. Проблема выбора или задания модели некоторой реальной помехи фактически является проблемой выбора или определения вероятностных характеристик этой помехи.

Некоторые из непрерывных сигналов имеют ограниченный спектр. Для таких сигналов справедлива теорема Котельникова: непрерывный сигнал с ограниченным спектром полностью определяется своими значениями в дискретные моменты времени, отстоящими друг от друга на время где F_в – верхняя граничная частота спектра этого сигнала t – называется интервалом дискретизации по времени.

На основе теоремы Котельникова непрерывный сигнал с ограниченным спектром может быть передан путем передачи его мгновенных значений, отсчитываемых в дискретные моменты времени – дискретных отсчетов, т. е. фактически задача сводится к передаче последовательности чисел.

Эта теорема указывает следующие условия:

а) спектр передаваемого сигнала должен быть ограничен верхней граничной частотой F_в;

б) частота следствия импульсов – отсчетов или частота дискретизации F_g.

F_g

Если истинное мгновенное значение сигнала U(t), подлежащее передаче попадает между разрешенными значениями, то амплитуда передаваемого импульса принимается равной разрешенному значению, являющемуся ближайшим, к истинному. Такое преобразование называется квантованием, совокупность разрешенных значений амплитуд передаваемых импульсов – шкалой квантования, а интервал между соседними разрешенными значениями – шагом квантования.

Квантование приводит к ошибке квантования (шум квантования) E(t)=Z(t) – v(t). Квантование при передаче сигналов, во – первых позволяет применить импульсно – кодовую модуляцию и следовательно использовать все преимущества обеспечиваемые ею, во – вторых представляет собой мощное средство борьбы со случайными помехами.

Дата добавления: 2014-01-13