Помеха — всякое постороннее воздействие на полезный сигнал, оказывающее мешающее действие при его приеме и проявляющее себя изменением его формы.
Классификация помех приведена на рисунке 1.
Аддитивной является сумма полезного сигнала Sм(t) и помехи N0(t):
Z(t)=Sм(t)+N0(t) (6)
Мультипликативной является произведение полезного сигнала и помехи:
Z(t)=Sм(t)?N0(t) (7)
Рисунок 1 - Классификация помех
Внешними являются помехи, возникающие вне канала, к ним относятся:
- атмосферные возникают в атмосфере земли и могут быть вызваны грозовыми разрядами, осадками, пылевыми бурями, северным сиянием;
- космические возникают в космическом пространстве и могут быть вызваны солнечной активностью, космическими телами;
- промышленные могут быть вызваны промышленными установками: высокочастотными генераторами, высоковольтными линиями электропередачи, электрифицированным транспортом;
- от других систем связи обуславливаются воздействием на полезный сигнал одной системы связи сигналов других систем, например, прослушивание радиопередач или другого разговора в телефонной трубке, прием на одной частоте срезу нескольких радиопередач.
Внутренними являются помехи, возникающие внутри канала, к ним относятся собственные шумы, которые, в свою очередь, подразделяются на:
- тепловые — обусловлены хаотическим движением электрических зарядов в проводниках;
- дробовые — обусловлены неоднородной плотностью носителей заряда в проводниках.
Собственные шумы не могут быть устранены, т. к. они вызваны физикой процесса передачи электрической энергии.
Импульсными помехами являются сконцентрированные по времени скачки тока или напряжения (рисунок 2а).
Флуктуационные помехи вызваны флуктуациями (отклонением от среднего значения) тока и напряжения (рисунок 2б).
Периодические помехами являются периодические скачки тока или напряжения (рисунок 2в).
Рисунок 2 - Виды помех по форме: а) импульсные, б) флуктуационные, в) периодические
Собственные шумы канала являются флуктуационными помехами и имеют спектральную плотность мощности равномерно распределенную во всех диапазонах частот используемых для электросвязи (0…1014 Гц). По аналогии с белым светом, имеющем в своем спектре составляющие на всех частотах, данные шумы называются белым шумом.
При прохождении сигнала через систему связи и при воздействии на него помехи его форма изменяется. Изменение формы сигнала называется искажением.
Различают нелинейные и линейные искажения.
Нелинейными являются искажения, при которых в спектре сигнала появляются новые составляющие. Такие искажения вызваны нелинейностью характеристик элементов и блоков, входящих в аппаратуру системы связи.
Линейными являются искажения, при которых в спектре сигнала не появляются новые составляющие. Такие искажения возникают из –за изменения соотношения между составляющими спектра сигнала. Линейные искажения бывают амплитудно-частотными (АЧИ), при которых изменяются амплитуды составляющих спектра сигнала и фазо-частотные (ФЧИ), при которых изменяются фазы составляющих спектра. На рисунке 3а приведен сигнал являющийся результатом сложения двух гармонических сигналов с одинаковыми амплитудами и фазами и отличающимися друг от друга частотами (обозначен толстой линией). Соответственно в спектре данного сигнала присутствует две гармонических составляющих на частотах wс и 2wс. На рисунке 3б уменьшилась амплитуда второй гармоники, в результате чего изменилась форма сигнала, т. е. произошли амплитудно-частотные искажения. На рисунке 3в изменилась фаза второй гармоники на 90°, в результате чего, опять произошло изменение формы сигнала, т. е. произошли фазо-частотные искажения. Как видно из диаграмм в спектре сигнала и в первом и во втором случае новые составляющие не появились, хотя форма сигнала изменилась.
Рисунок 3 - Линейные искажения: а) сигнал; б) амплитудно-частотные искажения; в) фазо-частотные искажения
АЧИ объясняются не равномерностью коэффициента передачи для различных составляющих спектра сигнала. При идеальной АЧХ коэффициент передачи одинаков для всех составляющих спектра сигнала и АЧИ отсутствуют. Реальная АЧХ четырехполюсника с увеличением частоты имеет спад (рисунок 4а), что приводит к уменьшению амплитуды высокочастотных составляющих спектра сигнала и соответственно к АЧИ.
ФЧИ вызваны неодинаковым временем задержки tз=j/w для составляющих различных частот.. При идеальной ФЧХ время задержки для всех составляющих одинаковое и ФЧИ отсутствуют. Реальная ФЧХ имеет подъем на высоких частотах, поэтому время задержки для высокочастотных составляющих меньше чем для никочастотных и появляются ФЧИ (рисунок 4б).
Рисунок 4 - Характеристики четырехполюсника: а) АЧХ; б) ФЧХ
Компенсация АЧИ и ФЧИ осуществляется специальными устройствами — корректорами.