Классификация радиошумов и искажения в каналах радиосвязи

НЕКОММЕРЧЕСКОЕ АКЦИОНЕРНОЕ  ОБЩЕСТВО

АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ  ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ

Кафедра радиотехники

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ РАБОТА №1

 

по дисциплине

«Основы радиотехники, электроники и телекоммуникации 2»

на тему:

«Классификация радиошумов и искажения в каналах радиосвязи»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил: студент группы БРЭ-11-8 Табынбаев Т.Э.

№ зачетной книжки: 113383

Проверил: старший преподаватель кафедры радиотехники Лановенко М.В.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Алматы 2013

Содержание:

 

Введение

1.Помехи радиоприему

2.Понятие и помехоустойчивости  РПУ

3. Методы борьбы с помехами  в РПУ

4.Действие импульсных помех на приемник

5. Действие сосредоточенных помех на приемник

6. Действие флуктуационных помех на радиоприемник

Заключение

Список использованной литературы

Приложение

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Одной из основных проблем радиотелекоммуникации являются искажения передаваемых сигналов. Эти искажения классифицируются по своему происхождению и модели воздействия. В зависимости от принадлежности к той или иной группе применяют определенные методы устранения искажений. Но, несмотря на это, в радиотрактах присутствую шумы, так как полностью устранить искажения невозможно.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Помехи радиоприему

 

 

Помехой называется любое постороннее воздействие на РПУ, не относящееся к полезному сигналу и препятствующее его правильному приему. Помехи реального канала связи можно разделить на внешние и внутренние. Внешние помехи можно подразделить на естественные и искусственные. Естественные помехи создаются электромагнитными процессами в земной атмосфере. Мощным источником помех является космос и тропосфера. Искусственные помехи могут создаваться многочисленными промышленными установками (индустриальные помехи), а также в результате излучений посторонних радиостанций (непреднамеренные и специально организованные помехи) и т.д. Внутренние помехи в основном обусловлены внутренними шумами радиоприемника.

При исследовании помехоустойчивости радиоприема реально действующие  помехи заменяют упрощенными моделями, отражающими наиболее типичные и наиболее вероятные виды помех. Использование таких моделей дает возможность провести теоретическую оценку влияния помех на прием радиосигналов.

Большинство помех, действующих в  реальном канале связи, можно представить  с помощью четырех моделей: сосредоточенной, импульсной, квазиимпульсной и флуктуационной.

Сосредоточенные помехи. Под сосредоточенной  понимают помеху, частотный спектр которой находится в узкой полосе частот. Обычно ширина спектра такой помехи соизмерима или даже уже полосы частот полезного сигнала. В основном сосредоточенные помехи обусловлены сигналами посторонних радиостанций. Кроме того, они могут создаваться различными радиочастотными генераторами, применяемыми в производственной технологии, а также возникать в самом приемнике (комбинационные помехи, переходные помехи в многоканальной связи и т.д.).

Сосредоточенные помехи можно разделить  на внутриполосные, попадающие в полосу пропускания приемник, и внеполосные помехи. Внутриполосные помехи могут возникать как в самом приемнике, так и попадать на его вход извне. Внеполосные сосредоточенные помехи — это в основном сигналы посторонних радиостанций. Условия распространения сосредоточенных помех и полезных сигналов близки между собой, поэтому статистические характеристики таких помех подобны характеристикам полезного сигнала и зависит от конкретных условий связи.

Импульсные помехи (ИП), Такие помехи представляют собой непериодическую  последовательность одиночных импульсов. Её характерной особенностью является широкий частотный спектр. Временной интервал между импульсами помех таков, что переходные процессы, вызванные в приемнике отдельными импульсами, не перекрываются. Длительность импульсных помех — с. Создаются они в основном промышленными и атмосферными источниками. Источником атмосферных помех являются грозы. Ток при грозовом разряде является апериодическим или быстрозатухающим колебательным процессом длительностью от 0,1 до 3 мс. Существуют справочные данные о распределении уровня атмосферных помех по земному шару для четырех времен года и для интервалов времени внутри суток. На частотах выше 20 МГц атмосферные помехи близки к флуктуационным, а в нижней части КВ-диапазона имеют в большей мере импульсный характер. Атмосферные помехи на коротких трассах более заметны. В летние месяцы средние уровни атмосферных помех могут приблизиться к уровню помех от соседних станций.

Под действием импульсной помехи в  приемнике возникает переходный процесс. Помеху можно рассматривать как ударное воздействие (рисунок 1, а), а радиотракт приемника — как колебательную систему, на выходе которой под действием помехи появляется высокочастотный импульс (рисунок 1, б) длительностью τ, где τ — постоянная времени радиотракта приемника. Если переходные процессы на выходе радиотракта при действии импульсов помех перекрываются, то помехи уже нельзя считать импульсными. Импульсная помеха может иметь любую форму. При исследовании часто выбирают импульсную помеху (рисунок 2, а) вида , где а — коэффициент, характеризующий скорость спадания напряжения помехи. Спектральная плотность импульсной помехи, согласно преобразованию Фурье, ; после подстановки в это выражение и интегрирования получим . Модуль и фаза спектральной плотности импульсной помехи (рисунок 2, б, в)

;                                  (1)

Согласно (1), спектр одиночной импульсной помехи имеет непрерывный характер (рисунок 2, б). На какую бы частоту ни был настроен радиотракт, часть спектральных составляющих помехи попадает в его полосу пропускания. Чем меньше время действия помехи т. е. чем больше коэффициент а, тем спектр более равномерен по частоте. В пределах полосы пропускания радиотракта спектральную плотность помехи можно считать постоянной и равной , где — резонансная угловая частота радиотракта.

Квазиимпульсные помехи характеризуются тем, что нестационарные процессы от отдельных импульсов частично накладываются друг на друга.

Флуктуационные помехи (ФП). Эти помехи всегда присутствуют в реальных радиоустройствах в виде тепловых шумов и шумов электронных приборов. Суммарное напряжение любых помех от различных источников также часто имеет характер флуктуационной помехи. Так, результирующая помеха при воздействии многих импульсных помех с перекрывающимися переходными процессами является флуктуационным шумом. Флуктуационный характер могут иметь сосредоточенные помехи, когда одновременно работает много станции. Некоторые промышленные установки, а также станции преднамеренных помех могут служить причинами флуктуационных воздействий. Космические помехи, а также многие виды атмосферных помех имеют флуктуационный характер. Ряд помех при прохождении через радиоприемник нормализуются и приобретают свойства нормальной флухтуационной помехи.

Под флуктуационной помехой обычно понимают непрерывный во времени  случайный процесс с нормальным распределением мгновенных значений и нулевым средним значением. Во многих случаях нормальная флуктуационная помеха имеет равномерный спектр в очень широкой полосе частот. Такую помеху называют белым шумом. Однако большинство линейных радиотехнических систем являются узкополосными. Энергетический спектр флуктуационной помехи на выходе узкополосной линейной цепи также узкополосен и определяется формой частотной характеристики системы. В этом случае флуктуацнонную помеху можно представить в виде синусоидального колебания со случайно и сравнительно медленно изменяющимися амплитудой и фазой .

По характеру взаимодействия с  сигналом помехи делятся на аддитивные и мультипликативные. При аддитивной помехе результирующее колебание образуется при суммировании сигнала в помехи. Прн мультипликативной помехе результирующее колебание образуется при перемножении сигнала и помехи.

Выводы:

1.По свойствам помехи делятся на сосредоточенные, импульсные и флуктуационные. Временной интервал между импульсными помехами таков, что переходные процессы, вызванные в приемнике отдельными импульсами, не перекрываются.

2.Флуктуационную помеху можно рассматривать как последовательность импульсов, следующих друг за другом так быстро, что переходные процессы в РПУ от каждого импульса перекрываются. Такая помеха является непрерывным во времени случайным процессом.

3.Аддитивная помеха суммируется с сигналом, мультипликативная — перемножается.

 

 

2.Понятие о помехоустойчивости  РПУ

 

 

Способность приемника обеспечивать прием сообщений в условиях действия помех называется помехоустойчивостью. Если передается сообщение , то из-за действия помех на выходе приемника воспроизводится напряжение , отличающееся от . Для оценки степени несоответствия воспроизведенного приемником напряжения переданному сообщению вводится понятие верности приема, являющееся количественной мерой помехоустойчивости. Если сообщение аналоговое, то ошибка при приеме сообщения, обусловленная только действием помех, , где — функция времени. Известно, что, как правило, среднее значение этой ошибки равно нулю. Поэтому используют среднеквадратичное значение ошибки Верность приема сообщения зависит как от вида помех, так и от вида принимаемого сообщения. Если сообщения дискретные (например, сигналы телеграфной связи), то верность их приема оценивается вероятностью правильного приема или вероятностью ошибочного приема, где N — общее число переданных посылок; и — число правильно и ошибочно принятых посылок.

Максимально возможная верность приема при заданных условиях определяет потенциальную помехоустойчивость приема сообщений. теория потенциальной помехоустойчивости разработана отечественным ученым В. А. Котельниковым. Потенциальная помехоустойчивость показывает, до какого предела можно улучшать помехоустойчивость приемника; реализовать помехоустойчивость выше потенциальной невозможно, так как есть помехи, От которых при приеме нельзя освободиться полностью (флуктуационные помехи). Количественно помехоустойчивость обычно оценивают уровнем помехи при заданном уровне сигнала в антенне (или наоборот), при котором сообщение воспроизводится с требуемой верностью.

Помехоустойчивость изготовленного приемника называется реальной. Реальная помехоустойчивость всегда хуже потенциальной. Это связано с тем, что обычно не удается создать в приемнике каскады с идеальными характеристиками и нешумящие каскады с постоянными во времени характеристиками. Поэтому можно разработать схему приемника с потенциальной помехоустойчивостью, однако после ее реализации помехоустойчивость этого РПУ всегда меньше потенциальной.

Выводы:

1.Помехоустойчивость приемника характеризует его способность обеспечить прием сообщения в условиях действия помех.

2. В приемнике с максимально  возможной верностью принимаемого сообщения при заданных условиях приема реализуется потенциальная помехоустойчивость. Помехоустойчивость реального приемника всегда хуже потенциальной.

 

 

3. Методы борьбы с помехами в РПУ

 

 

Методы борьбы с помехами основаны на использовании различий характеристик  сигнала и помех. Различие в частотных спектрах позволяет отделить сигнал от помех с помощью частотноселективных цепей. Частотная селекция обеспечивает подавление внеполосной помехи. Если помеха имеет широкий по сравнению с сигналом спектр, который налагается на спектр сигнала, то частотная селекция, не подавляя полностью помеху, позволяет существенно ее ослабить. Различие в фазах сигнала и помехи используется в устройствах подавления помех, реагирующих на фазу колебаний. Фазовая селекция осуществляется, например, в синхронном амплитудном детекторе. Различие в амплитудах сигнала и помех лежит в основе метода борьбы с помехами с помощью устройств, обладающих амплитудной селективностью. Большинство нелинейных устройств (АД, ЧД, АО и т. д.) обладают способностью изменять отношение сигнал/помеха. Различие в направлениях прихода сигнала и помехи используется в устройствах, обладающих пространственной селективностью. Этот способ борьбы с помехами реализуется с помощью направленных антенн. Наибольший эффект в борьбе с помехами дают методы, использующие одновременно несколько различий в характеристиках сигнала и помех.

Выводы:

1.Методы борьбы с помехами основаны на использовании различий в характеристиках сигнала и помех.

2. Наибольшее распространение нашли частотная, фазовая, амплитудная и пространственная селекции.

 

 

4.Действие сосредоточенных помех  на приемник

 

 

Линейный радиотракт. Если амплитуды сигнала и помех малы, то радиотракт РПУ работает практически в линейном режиме. При этом от внеполосной сосредоточенной помехи можно избавиться полностью с помощью частотно-селективных цепей. Если на входе приемника действует сигнал на частоте и помехи на частотах и , то при идеальной АЧХ радиотракта помехи полностью подавляются. Для внутриполосных помех с частичным или полным перекрытием спектров для подавления помех необходимо использовать устройства с амплитудной и фазовой селективностью. Предположим, что в радиотракте действует суммарное напряжение сигнала и помехи ; сигнал и помеха имеют одну и ту же частоту и различные фазы и . Для отделения сигнала от помех применяют синхронный детектор (СД). Поскольку СД — линейная система, к нему применим принцип суперпозиция, позволяющий рассматривать детектирование сигнала и помехи раздельно.