Аддитивные помехи

Причинами флуктуационных помех являются в основном дробовой эффект и тепловой шум. Дробовым эффектом, как известно, называют случайные отклонения тока от его среднего значения в полупроводниковых элементах и электронных лампах, обусловленные дискретнюй природой носителей зарядов. Случайное тепловое движение носителей зарядов в любом проводнике вызывает появление разности потенциалов случайной величины на его концах — теплового шума. Следовательно, причины флуктуационных помех заложены в самой природе проводников, поэтому они принципиально неустранимы и можно лишь рассматривать способы их ограничения.

Наряду с вышеуказанными к флуктуационным помехам при­нято относить помехи, вызванные взаимным влиянием цепей в линиях связи (линейные переходы), нелинейными искажениями (нелинейные переходы) и попутным потоком. Хотя эти помехи по своему происхождению не являются строго флуктуационными, они обладают схожими признаками: равномерным спектром в полосе частот канала связи; нормальным распределением мгновенных значений с математическим ожиданием, близким к нулю; сходным по характеру мешающим воздействием на передачу информации. Причинами импульсных помех являются: влияние грозовых разрядов на линии связи; влияние радиостанций, работающих в импульсном режиме, на линии связи; влияние линий электропередачи на линии связи; перегрузки линейных усилителей; плохие контакты в оборудовании передачи и питания; кратковременные перерывы в линейном тракте; недостатки разработки и изготовления оборудования; причины эксплуатационного характера. Недостатки разработки и изготовления оборудования приводят к то­му, что импульсные помехи возникают при толчках напряжения в питающей сети, переключениях с основных элементов на резерв­ные, проведении электрических измерений.

К числу причин эксплуатационного характера относятся работы по ремонту и реконструкции линейных и станционных сооружений, профилактическое обслуживание (переключение АРУ, генераторного оборудования, дистанционного или местного питания и т. п.), а также несанкционированные действия техперсонала, такие, например, как подключение измерительных приборов к действующему каналу, ошибочная коммутация и т. п. Анализ причин импульсных помех позволяет предположить, что их источники находятся в линейном тракте. На это же указывают и результаты исследования степени совпадения импульсных помех в разных каналах ТЧ одной системы передачи. Оказалось, что коэффициент совпадения составляет 0,8—0,9.

Причинами селективных помех являются недостатки разработки и изготовления аппаратуры систем передачи, приводящие к попаданию в каналы связи остатков несущих и контрольных частот, гармоник переменного тока промышленной частоты, а также влияние радиостанций на линии связи и линейные переходы. Исследования показали, что остатки несущих и контрольных частот расположены обычно вне нормируемого в каналах ТЧ диапазона частот, однако они попадают в широкополосные каналы.

При оценке влияния флуктуационных помех на качество передачи информации по каналам проводных линий связи учитывают три основные составляющие: тепловые помехи от резисторов, электронных ламп и транзисторов, помехи от нелинейных переходов и помехи от линейных переходов. Величина тепловых помех в каналах связи определяется уровнем помех, приведенных ко входу усилителя, величиной усиления и числом усилителей. Общая мощность тепловых помех равна сумме мощностей, вносимых всеми усилителями, причем в качестве расчетной точки принята точка с нулевым измерительным уровнем.

Величина помех за счёт нелинейных переходов определяется в основном нелинейностью амплитудной характеристики групповых и линейных усилителей и загрузкой систем передачи. Исследования показали, что достаточно учитывать только продукты нелинейности второго и третьего порядков.

Уровень линейных переходов определяется величинами защищённости между всеми влияющими цепями и рассматриваемой цепью, а также загрузкой влияющих цепей.

Мощность флуктуационных помех определяют как сумму мощностей тепловых, линейных и нелинейных помех. Поскольку основные источники импульсных помех сосредоточены в линейном тракте систем передачи и спектр этих помех значительно шире полосы канала ТЧ, можно полагать, что спектральная плотность импульсного воздействия в полосе пропускания канала равномерна, т. е. реакция канала аналогична реакции на дельта-функцию.

Исследования показали, что в реальных каналах ТЧ форма импульсной помехи зависит и от числа участков переприёма на магистрали.

Одним из основных параметров импульсной помехи является её амплитуда, т. е. величина максимального выброса напряжения. Эта величина случайная, так как она зависит от многих факторов: типа и мощности источника помех, места проникновения помехи в канал связи, частотных характеристик канала. В настоящее время используют две формы оценок распределения амплитуд импульсных помех: в виде вероятности суммарного времени превышения импульсной помехой определенного значения (порога) и в виде вероятности превышения амплитудой помехи определённого значения. Первая из этих оценок используется для определения качества связи, а вторая рекомендуется МСЭ (Рекомендации V.53, V.55) для определения интенсивности потока им­пульсных помех в канале. Исследования распределений вероятности (р) суммарного времени превышения импульсной помехой в каналах ТЧ определённого порога V показали, что характер этого распределе­ния изменяется в широких пределах.

Многочисленные измерения показали, что интенсивность импульсных помех (число помех в единицу времени) в каналах связи — величина переменная и зависит от типа канала, загрузки системы, качества обслуживания. Поэтому поток импульсных помех является случайным процессом, а его интенсивность — случайной величиной. Результаты экспериментальных исследований вероятности интенсивности импульсных помех для часовых отрезков времени показывают, что изменяется в широких пределах: до 12% часовых отрезков не удовлетворяют этой норме.

Наряду с двумя рассмотренными выше характеристиками потока импульсных помех — распределениями по амплитуде и длительности — важное значение имеет распределение интервалов между импульсными помехами. Результаты экспериментальных исследований показывают, что наибольшую вероятность имеют малые интервалы (например, число интервалов до 0,1 с составляет около 95%), т. е. импульсные помехи имеют тен­денцию к группированию (пакетированию). В результате исследований было установлено, что распределение числа импульсных помех в пакете и длительность пакетов меняются в значительных пределах: при среднем числе помех в пакете около 4,4 и его длительности около 5,4 с 50% пакетов содержат менее трёх помех и длятся менее 1 с. Б то же время 20% всех пакетов содержат более восьми импульсных помех и длятся более 10 с.

Нормирование импульсных помех производится путем ограничения времени превышения ими заданных порогов анализа. При этом на одном участке перприёма в точке с относительным уровнем 4,34 дБ (на выходе канала ТЧ) доля времени, в течение которой импульсные шумы превышают 200, 400 и 600 мВ, должна быть не более соответственно 5, 2, 1*10-5, а для 90% часовых сеансов измерений — 20, 8, 5*10-6.