4.3.7. Аддитивные помехи в канале

В каналах связи аддитивные помехи вызываются различными причинами и могут принимать различные формы, индивидуальные реализации которых трудно учесть. Именно эти помехи чаще вызывают необратимые преобразова­ния передаваемых сигналов. Несмотря на большое разнообразие, аддитивные помехи по их электрической и статистической структуре разделяют на три ос­новных класса: флуктуационные (распределённые по частоте и времени), со­средоточенные по частоте (квазигармонические) и сосредоточенные во време­ни (импульсные).

В отсутствие аддитивных помех детерминированные линейные преобразо­вания сигнала чаще всего обратимы. В присутствии даже очень слабой адди­тивной помехи линейные преобразования оказываются необратимыми.

Флуктуационные помехи. С физической точки зрения аддитивные флуктуа­ционные помехи порождаются в системах связи различного рода флуктуациями, т.е. случайными отклонениями тех или иных физических величин (параметров) от их средних значений. Так, источником шума в электрических цепях могут быть флуктуации тока, обусловленные дискретной природой носи­телей заряда (электронов, ионов). Дискретная природа электрического тока проявляется в электронных лампах и полупроводниковых приборах в виде дро­бового эффекта (при заданном режиме питания схем случайно меняется число создаваемых носителей заряда).

Флуктуационные помехи могут считаться гауссовскими случайными про­цессами, которые чаще всего считаются стационарными с нулевыми средними значениями (по крайней мере на определённых временных проме­жутках, называемых интервалами стационарности).

Сумма большого числа любых помех от различных источников вследствие условий центральной предельной теоремы теории вероятностей также имеет характер флуктуационной помехи. Многие помехи при прохождении через приёмное устройство часто приобретают свойства нормальной флуктуационной помехи (см. 4.39).

Наиболее распространённой причиной шума в аппаратуре связи являются флуктуации, обусловленные тепловым движением. Случайное тепловое движе­ние носителей заряда в любом проводнике вызывает случайную разность по­тенциалов (напряжения) на его концах. Среднее значение такого напряжения равно нулю, а переменная составляющая проявляется как шум. Тепловой шум на входе приёмника представляет собой гауссовский случайный процесс с ну­левым средним и спектральной плотностью мощности:

где η— квантовая эффективность взаимодействия, показывающая среднее от­ношение числа рождаемых фотодетектором электронно-дырочных пар к числу падающих фотонов (η≤1).

Вследствие стохастической природы взаимодействия фотонов с фотодетек­тором истинное число пар носителей заряда, генерируемых каждым оптиче­ским импульсом, будет флуктуировать вокруг среднего значения N. Вероят­ность того, что число созданных пар носителей заряда на интервале Т равно К, определяется пуассоновским распределением

Следует отметить, что в реальных оптических линиях связи помимо кван­тового шума существуют и другие мешающие факторы (в том числе аддитив­ные помехи), что приводит к необходимости увеличения мощности оптическо­го сигнала.