7.2. Искажение сигналов под действием помех

Под действием помех происходит искажение полезных сигналов, снижается достоверность принимаемой информации [8].

Достоверностью называется степень соответствия принятой информации переданной. Оценкой достоверности служит вероятность правильного приема, равная отношению числа правильно принятых символов сообщения (знаков, цифр, элементов) к общему числу переданных символов при достаточно большом числе передаваемых сообщений. Обычно такое отношение подсчитывают за определенный промежуток времени. Иногда пользуются понятием потери достоверности, которую оценивают частотностью ошибок:

h_ош=n_ош/n_общ , _(7.3)

_где n_{ош – число ошибочных сообщений;}

n_{общ – число переданных сообщений.}

Несоответствие между принятой и переданной информацией может быть вызвано искажениями, возникающими вследствие следующих факторов:

1) погрешности преобразования передаваемого сообщения в сигнал при технической реализации соответствующего устройства;

2) несовершенства методов передачи и приема сигналов и технической их реализации;

3) несовершенства методов преобразования принимаемого сигнала в сообщение и технической их реализации;

4) особенностей распространения сигнала по линии связи;

5) недостаточной помехозащищенности сигнала.

Все эти причины приводят к трем видам искажений передаваемых сигналов: линейным, нелинейным и случайным.

Линейные искажения – искажения сигнала, не сопровождающиеся появлением частотных составляющих в его спектре. Линейные искажения подразделяют на частотные (амплитудно-частотные) и фазовые.

Частотные искажения вызываются неравномерным воспро­изведением амплитуд отдельных гармонических составляющих сигнала при его прохождении через электрическую цепь. Они возникают из-за наличия в цепях сосредоточенных и распределенных реактивностей, общее сопротивление которых зависит от частоты. Так, электромагнитная энергия высоких частот при распространении по линии связи затухает больше, чем электромагнитная энергия низких частот.

На рис. 7.3, а показано воспроизведение импульса прямоугольной формы тремя гармониками (1, 3 и 5-й) и постоянной составляющей. Амплитудно-частотные искажения изменяют амплитуду импульса и несколько искажают его форму (рис. 7.3, б).

Рис. 7.3.Передача импульса прямоугольной формы:

а – без искажений; б – с ам­плитудными искажениями; в – с амплитудными и фазовыми искажениями

Рис. 7.4.Виды искажений импульсов:

а – передаваемый импульс; б, в – краевые искажения; г, д – искажения преобладания; е – дробление импульсов

Фазовые искажения вызываются неодинаковым относительным сдвигом во времени отдельных гармонических составляющих сигнала при его прохождении через электрическую цепь. Причина их возникновения – конечная скорость распространения энергии по линии передачи. Неравномерно также затухание составляющих спектра сигнала.

Следствием этого являются сдвиг начала импульса и искажение его формы (рис. 7.4, а). А так как приемное устройство срабатывает при некотором пороговом значении U_n, меньшем амплитуды импульса, следствием линейных искажений является также уменьшение длительности импульса ( не равно ₁ и ₁', см. рис. 7.3).

К линейным искажениям следует отнести и искажения из-за ограничения полосы пропускания.

Нелинейные искажения – искажения сигнала, сопровождающиеся появлением в его спектре новых гармонических составляющих. Они возникают из-за наличия нелинейных сопротивлений в аппаратуре телемеханики и связи. Эти искажения также изменяют форму сигнала.

Случайные искажениявызываются помехами в канале и аппаратуре связи. Помехи могут вызвать подавление сигнала или создавать ложный сигнал.

В результате искажений, если сигнал окажется неполностью подавленным, может возникнуть изменение его длительности, формы либо амплитуды или фазы (месторасположения). В видеоимпульсах изменения приводят к так называемым краевым искажениям и дроблениям.

Краевые искажения выражаются в искажении формы импульса, что приводит к изменению его месторасположения. Переданный импульс (рис. 7.4, а), будучи искаженным при передаче (рис. 7.4, б), восстанавливается по форме на приеме, например путем подачи его на триггер. Однако после восстановления остается сдвиг переднего фронта импульса (края, отсюда название «краевые искажения») на t₁ (рис. 7.4, в).

Краевые искажения подразделяются на искажения преобладания, характеристические искажения и смещения фронтов импульсов.

Искажения преобладания – вид искажений, при которых импульсы одной полярности удлиняются за счет укорочения импульсов другой полярности. Если передаются импульсы и паузы (рис. 7.4, г), то преобладания выражаются в том, что импульсы имеют большую (или меньшую) длительность по сравнению с паузой (рис. 7.4, д).

Характеристические искажения проявляются в виде выбросов, обусловленных характером переходного процесса, искажений формы импульсов и смещений их фронтов под воздействием переходного процесса от предыдущей посылки, который не успевает закончиться. Характеристические искажения зависят от длительности импульсов, характера их последовательности (отсюда название «характеристические»), а также формы амплитудно-частотной и фазовой характеристик канала связи.

Смещения фронтов импульсов, возникающие под воздействием случайных помех, аналогичны краевым искажениям.

Кроме краевых имеются и другие искажения видео- и радиоимпульсов.

Дробления выражаются в дроблении импульса и изменении его полярности как на части, так и на всей длительности импульса. На рис. 7.4, е приведен один из возможных вариантов дробления импульсов.

Искажения по соседнему каналу (переходные искажения), вызываемые влиянием смежных каналов, обусловливаются тем, что реальные фильтры в отличие от идеальных не обладают характеристиками, позволяющими полностью отфильтровывать одну полосу частот от другой. Поэтому сигналы, передаваемые по одному вполне определенному каналу, могут попасть в соседние каналы.

Перекрестные искажения возникают при одновременной передаче информации от многих источников в различных частотных диапазонах вследствие нелинейности ряда общих для всех каналов элементов и узлов устройства (усилители, демодуляторы и т.п.).