может. Но, казалось бы, избыточность при этом должна неограниченно возрастать, а скорость передачи - неограниченно уменьшаться. Теорема Шеннона показывает ошибочность такого вывода. Оказывается, можно закодировать сигнал источника таким образом, что скорость передачи не уменьшается, а вероятность ошибки будет сколь угодно мала.

2-13. ПОМЕХИ РАДИОСВЯЗИ

Помехами называются посторонние электромагнитные возмущения, накладывающиеся на передаваемые сигналы и препятствующие правильному приему сигналов.

Помехи радиосвязи весьма разнообразны по своему происхождению и по физическим свойствам. Напряжение помех может иметь самые различные формы: оно бывает синусоидальным (помехи от медицинских аппаратов диатермии, установок высокочастотной закалки и др.), импульсным - в виде отдельных импульсов или групп импульсов (например, помехи от систем зажигания двигателей внутреннего сгорания) или хаотическим (например, тепловой шум).

Характер мешающего воздействия радиопомех зависит не только от физических свойств / помехи, но и от особенностей ра-диокарала (вид модуляции, принятый в данной системе, метод приема, параметры приемника и т. д.). Например, если на входе приемника помехи представляют собой хаотически следующие друг за другом импульсы, каждый из которых вызывает переходные процессы в цепях приемника, то форма и характер затухания этих про-пессов на выходе приемника зависят от ширины полосы пропускания приемника. При редких импульсах на входе и широкой полосе пропускания переходный процесс, вызванный любым импульсом, успевает затухнуть к моменту прихода следующего импульса, и в этом случае помеха на выходе приемника имеет импульсный характер. При частых импульсах на входе и узкой полосе пропускания переходные процессы перекрывают друг друга во времени и в результате помеха на выходе имеет гладкий характер.

Если в канале связи помеха складывается с сигналом и

х = и + 1,

то такая помеха называется аддитивной.

Если же воздействие помехи эквивалентно изменению коэффициента передачи канала (р,)

x = iiu,.

то такую помеху называют мультипликативной.

Ниже перечислены основные виды аддитивных помех радиосвязи и указаны физи-

ческие причины их возникновения, различия в мешающем действии и возможные меры борьбы с ними.

Помехи соседних радиоканалов. Эти помехи возникают из-за перекрытия спектров соседних по несущей частоте радиоканалов или из-за попадания в полосу частот одного канала гармоник несущей другого канала (рис. 2-18).

Они проявляются в наложении на программу собственного радиоканала программы, передаваемой по соседнему радиоканалу, или в свисте, обусловленном биениями между несущими частотами соседних радиоканалов.

Ц7 02

Рис. 2-18. Помехи соседних радиоканалов.

а - взаимное перекрытие спектров; б - попадание-гармоник.

Мерами борьбы с подобными помехами могут быть:

раздвигание несущих частот соседних радиоканалов не менее чем на две полуширины спектров сигналов;

фильтрация на передающей стороне частот передаваемого сигнала; выходящих за пределы отведенной полосы;

фильтрация на передающей стороне гармоник несущей частоты;

установление и выдерживание расписания работы радиоканалов;

применение направленных антенн.

Промышленные помехи. К промышленным помехам относят электромагнитное излучение, вызванное возникновением затухающих колебаний при искрооб-разовании в различных электрических устройствах (электросварочные установки, электрический транспорт, системы зажигания автомобильных двигателей и т. д.).

Эти помехи проявляются в беспорядочном треске и щелчках в телефонах, в частных и беспорядочных разрывах изображения на экранах .электроннолучевых трубок. Особенно сильное действие оказывают эти помехи на радиооборудование подвижных объектов (автомобили, самолеты, суда и т. д.), где радиоприемная аппаратура не может быть удалена от источников помех.

Бороться с такими помехами можно путем:

предотвращения или уменьшения искро-образования;

использования фильтров для замыкания-накоротко путей высокочастотных колеба-

НИИ, возникающих в тех или иных электрических устройствах; экранирования радиоаппаратуры.

К промышленным помехам относят так-зке электромагнитное излучение высокочастотных промышленных, медицинских и бытовых установок (высокочастотная плавка, закалка, сушка и т. д.). Эти помехи создают упорядоченное шипение или треск в телефонах; они могут быть заметны в виде вуали на экране электроннолучевой трубки. Устраняются эти помехи путем экранирования высокочастотных установок, создающих помехи, или применением направленных антенн.

Атмосферные помехи. Причиной атмосферных помех является электромагнитное излучение грозовых разрядов и других электрических атмосферных явлений. Они проявляются главным образом на длинных и средних волнах в виде сильного нерегулярного треска в телефонах. От атмосферных помех можно избавиться переходом в ультракоротковолновый диапазон, свободный от этого вида помех. Кроме того, атмосферные помехи могут быть ослаблены путем применения направленного приема, так как наибольшие атмосферные помехи приходят из одних и тех же районов наиболее интенсивной грозовой деятельности, расположенных в экваториальной Африке, Индии и некоторых других местах.

Космические помехи. Космическими помехами является электромагнитное излучение Галактики и Солнца. Эти помехи особенно сильно проявляются в случае применения антенн с большим усилением, направленных на Солнце или в центр Галактики. Они заметны лишь на метровых и дециметровых волнах, поскольку для более длинных волн непрозрачной является ионосфера, а для более коротких - тропосфера. Статистические свойства и спектральный состав этих помех еще мало изучены, но уже сейчас ясно, что на метровых волнах они являются основным фактором, ограничивающим чувствительность приемников.

Флюктуационные помехи. Все перечисленные выше помехи порождаются внешними источниками. В отличие от них флюктуационные помехи являются внутренними шумами. Под флюктуационными помехами подразумеваются случайные колебания токов и напряжений в элементах радиоаппаратуры, обусловленные дискретной природой электричества.

Например, флюктуации постоянного тока объясняются некоторыми различиями в числе электронов, пересекающих поперечное сечение проводника в одинаковые промежутки времени, по сравнению со средним значением этого числа, определяющим силу постоянного тока. Флюктуации тока питания анодной цепи первой лампы приемника вызывают флюктуации напряжения на нагрузке, которые, будучи усиленными в последующих каскадах, могут создать ощу-

тимую помеху на выходе приемника, хакая помеха называется дробовым эффектом.

Практически более заметными являются флюктуации напряжения, вызванные хаотическим тепловым движением свободных электронов во входных сопротивлениях приемника и И антенне. Этот вид флюк-туационной помехи носит название теплового шума.

Флюктуационные помехи представляют собой последовательность чрезвычайно коротких импульсов, имеющих случайную величину и следующих друг за другом через случайные промежутки времени. Поскольку в основе явления лежит тепловое движение, интервалы между импульсами имеют порядок времени пробега молекул и электронов, а длительность импульсов еще меньше. Столь короткие импульсы имеют чрезвычайно широкий и практически равномерный спектр. Спектральную плотность мощности 0(сй) этих помех считают постоянной во всем диапазоне радиоволн, а мощность Рв флюктуационной помехи, воздействующей на приемник, определяют как произведение спектральной плотности на полосу частот Fnj>, пропускаемых приемником. Таким образом, мощность флюктуационных помех оказывается пропорциональной полосе пропускания приемника. Кроме того, мощность тепловых флюктуации, естественно, тем больше, чем больше абсолютная температура Т шумящего сопротивления.

Таким образом, средняя мощность тепловых флюктуации

P = kTF p,

(2-44)

где k - коэффициент пропорциональности (постоянная Больцмана)

й = 1,38.10-23 . сек/град.

Средний квадрат э. д. с, обусловленной тепловыми флюктуациями в шумящем сопротивлении R, может быть вычислен по формуле Найквнста

S = AkTF pR. (2-45)

Колоссальная ширина спектра флюктуационных помех, превосходящая ширину диапазона радиоволн, а также равномерность этого спектра свидетельствуют о том, что флюктуационные помехи являются процессом, функция корреляции которого отлична от нуля лишь при т=0. Однако ограничение ширины спектра помехи вследствие фильтрации в приемнике вносит корреляцию.

Что касается высоты импульсов тепловых флюктуации, то наиболее вероятны, конечно, мелкие выбросы. Тем не менее случайный характер суммирования громадного числа мелких электрических возмущений допускает появление сколь угодно больших значений; однако чем больше значение флюктуации, тем меньше его вероят-

кость. Обычно флюктуации во входных цепях приемника состоят из отдельных импульсов, но эти импульсы возникают один за другим настолько часто, что нестационарные явления в приемнике от отдельных импульсов накладываются друг на друга. При большом количестве взаимно накла-дываюшихся переходных процессов к их сумме можно применить центральную предельную теорему теории вероятностей. Эта теорема говорит о том, что закон распределения суммы независимых случайных величин, имеюших одинаковые функции распределения, стремится по мере увеличения числа слагаемых к нормальному независимо от того, каков закон распределения слагаемых. Именно таким случаем является сложение огромного числа тепловых флюктуации и вызванных ими нестационарных процессов. Независимо от того, каков закон распределения первичных флюктуации, огромное число суммирующих членов приводит к нормальному закону распределения результирующего напряжения флюктуационной помехи (см. § 1-17):

Р()= Д (2-46)

1/2Я о

02 = М (2) = j хр (Х) dx

- удельная мощность нормальной флюктуационной помехи.

Вероятность того, что флюктуация не превзойдет по абсолютной величине некоторую заданную величину е, может быть определена с помощью интеграла вероятностей Ф(х):

г \

f (11<е) =

V 2С t

(2-47)

Вероятность того, что флюктуация превысит по абсолютной величине неколорую заданную величину е, также просто выра-жаетст через интеграл вероятностей (см.

Р(Ц>е)=1-ф/ д \. -

Отмеченные свойства флюктуациоиных помех заставляют считать их наиболее вредным и неизбежным видом помех. Поэтому при анализе помехоустойчивости радиосвязи исходят из наличия именно этой наиболее опасной для радиосвязи помехи.

2-14. СПОСОБЫ УВЕЛИЧЕНИЯ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТИ СВЯЗИ

Помехоустойчивость. Под помехоустойчивостью системы связи понимают способность ее передавать сообщения в условиях

помех. Различают также и помехоустойчивость отдельных звеньев системы связи, осуществляющих то или иное преобразование сигнала (помехоустойчивость прием-кика, помехоустойчивость кода, помехоустойчивость видов модуляции и т. д.).

При данном виде помех помехоустойчивость связи тем выше, чем больше степень соответствия между принятым и переданным сигналом. Но критерий .этого соответствия не может быть единым. В зависимости от условий связи и требований, предъявляемых к сигналам, в качестве критерия соответствия могут быть приняты вероятность ошибочного приема, максимальное отклонение, среднеквадратичное отклонение и многие другие критерии. По этой причине единое количественное определение помехоустойчивости отсутствует; ниже указаны наиболее употребительные-частные определения.

Помехи вносят ошибки в передаваемые сообщения, в результате чего вместо переданных сообщений на приемной стороне воспроизводятся другие сообщения. Сообщения передаются тем точнее, чем меньше вероятность ошибочного приема, т. е. чем меньше вероятность искажения Риск. Поэтому количественная оценка помехоустойчивости связи может быть дана с помощью величины, обратной вероятности искажения. Этот способ оценки помехоустойчивости особенно удобен при передаче дискретной информации. В телеграфии вероятность искажения Риск практически равна проценту искажения телеграфных знаков-при большом числе принятых знаков.

При передаче отдельных параметров (например, в телеметрии) воспроизведенное на приемной стороне значение параметра под действием помехи может оказаться отличным; от переданного значения. При воздействии на приемник флюктуационной помехи, распределенной по нормальному закону, ошибка 6 воспроизведения параметра; приемным устройством будет также случайной величиной, подчиняющейся нормальному закону распределения вероятностей. В этом случае помехоустойчивость часто характеризуют обратной величиной среднего квадратического значения ошибки воспроизведения передаваемого параметра:

= j 62 р (e)de.

При передаче непрерывных сообщений; для количественной оценки помехоустойчивости часто используется способ, основанный на сравнении отношений средних мощностей сигнала и помехи на выходе приемников (Рс/Рп)вых при условии, ЧТО на входе сравниваемых приемников эти отношения. (Рс/Рп)вх одинаковы. Если, например, применение того или иного способа или устройства для защиты от помех привело к увеличению отношения (Рс/Рп)вых в-