Заказать обратный звонок
Просто оставьте контактные данные, наш эксперт свяжется в ближайшее время
Помехи и шумы в спутниковых системах связи: как добиться помехоустойчивости и помехозащищенности
Полезные сигналы редко существуют внутри каналов связи в чистом виде, поскольку практически всегда на них накладываются ухудшающие прием шумы и помехи.

Помехи и шумы в спутниковых системах связи: как добиться помехоустой­чивости и помехозащи­щенности

Полезные сигналы редко существуют внутри каналов связи в чистом виде, поскольку практически всегда на них накладываются ухудшающие прием шумы и помехи.

Что такое помехи в системах связи

Случайные посторонние воздействия, существующие в передающей системе и препятствующие правильному приему сигнала. Источники могут находиться вне системы передачи или присутствовать внутри нее.

Характеристики помех

Помехи характеризуют следующие параметры:

● Отношение сигнал/помеха
Представлено взаимосвязью средних мощностей сигнала и помехи, выражается в децибелах.

● Первый момент
Отображает постоянную составляющую процесса (математическое ожидание).

● Второй момент (дисперсия)
Выражает мощность, характерную для переменной составляющей.

● Функция автокорреляций процесса
Представляет собой смешанный второй момент.

● Эргодичность
Свойство заключается в совпадении средних по множеству (вычисляемых по распределению математических ожиданий) с найденными по одной реализации процесса средними по времени с вероятностью равной единице.

● Спектральная плотность мощности (спектр)
Связывает автокорреляционную функцию с парой преобразований Фурье.

Классификация помех в системах связи

Помехи, существующие в системах связи (СС), классифицируются следующим образом:

По форме

Форма делит помехи на:

● Синусоидальные
Идут от промышленной сети, где частота составляет 50 ГГц, от различных аппаратов, медицинских установок.

● Импульсные
Представлены отдельными импульсами.

● Хаотические
Длительность, период следования, амплитуда подобных помех оказываются случайными величинами, а частота — постоянной.

По характеру мешающего воздействия

Характер мешающего воздействия определяет следующие типы помех:

● Аддитивные
Помеха суммируется с полезным сигналом внутри канала связи.

● Мультипликативные
Воздействие помехи соответствует изменению коэффициента передачи, характерного для данного канала связи.

По месту возникновения

В зависимости от места возникновения помехи бывают:

● Внешние
Создаются электромагнитными процессами, которые происходят в космическом пространстве, ионосфере, атмосфере, электроустановками, а также средствами, используемыми для создания преднамеренных помех.

● Внутренние
Присутствуют в различных элементах системы связи (нестабильность питающих напряжений, флуктуационные шумы полупроводниковых приборов, ламп и т. д.).

По виду частотного спектра

Соответственно частотному спектру помехи подразделяются на:

● Стационарный (белый) шум
Содержит отличающиеся случайной начальной фазой, а также одинаковой амплитудой гармонические составляющие, равномерно распределенные по всему диапазону частот — от постоянной составляющей до частоты порядка 1012 Гц.

● Нестационарный шум
Длится короткие временные промежутки (меньшие, чем усредненное время в измерителях).

Флуктуационные помехи

Возникают вследствие наложения большого количества импульсных помех, из-за чего кривая напряжения становится непрерывной по времени величиной. Это случайный процесс, отличающийся нормальным распределением (закон Гаусса). Подобные помехи присутствуют практически во всех каналах связи и называются шумами.

К ним также относятся шумы приемника и среды, где происходит распределение сигнала. У входа приемного устройства их спектр шире полосы пропускания последнего.

Аддитивные помехи

Определяются внешними факторами, воздействующими на передающую среду, не зависят от линии связи и делятся на несколько типов:

Помехи соседних радиоканалов

Появляются вследствие перекрывания по несущей частоте спектров соседних каналов.

Промышленные помехи

Представлены электромагнитным излучением, которое вызывают затухающие колебания, возникающие при образовании искр в отдельных электрических приборах (беспорядочный треск, щелчки).

Атмосферные помехи

Вызваны электромагнитным излучением, возникающим при грозовых разрядах. Проявляются как нерегулярный сильный треск на средних и длинных волнах.

Узкополосные помехи

Спектр их близок к линейному, а его энергия сосредоточена в относительно узкой частотной полосе около конкретной фиксированной частоты. Узкополосная помеха перекрывает часть спектра транслируемого сигнала, искажая этот спектр, ухудшая параметры сигнала.

Мультипликатив­ные помехи

При образовании сигнала у выхода представляются в виде множителя сигнала у входа. Примером служат замирания, которые создаются из-за случайного изменения уровня, а значит и мощности сигнала, появляющихся вследствие изменчивости условий возникновения радиоволн.

Синусоидальные помехи

Сосредоточены по спектру, ширина которого мала относительно полосы пропускания, характерной для приемного тракта. Их источниками выступают станции, создающие преднамеренные помехи, радиостанции эталонных частот, генераторы сигналов ВЧ.

Импульсные помехи

Хаотическая последовательность однородных с полезным сигналом импульсов. Источниками выступают коммутирующие и цифровые элементы цепей или устройства, работающего рядом с ними.

Спектральные помехи

Возникают при случайном пересечении спектральных линий различных элементов.

Бывают двух типов:

Сплошные помехи

Сигнал характеризуется распределением мощности по широкому частотному спектру.

Селективные помехи

Мощность сосредоточена на одной частоте или в узкой частотной полосе.

Перекрестные помехи

Явления, где переданный по одной линии канала связи сигнал, в другой линии приводит к возникновению нежелательного эффекта. Данный тип может быть вызван паразитными индуктивными, проводящими или емкостными связями, существующими в одной электрической цепи, ее части или канала связи с другой (другим).

В кабельных структурированных системах помехи перекрестного типа возникают вследствие влияния одной витой пары (неэкранированной) на другую, что разделяет их на:

Перекрестные помехи на ближнем конце

Возникают между двумя парами кабеля, которые измеряются у того же конца кабеля, что и передающее устройство.

Перекрестные помехи на дальнем конце

Появляются между двумя парами кабеля, которые измеряются у противоположного передатчику конца кабеля.

Внешние перекрестные помехи

Вызваны сторонними кабелями, проложенными в непосредственной близости от интересующего.

Сосредоточенные помехи

Ширина их спектра соразмерна с шириной спектра сигнала или уже его.

Существует два типа сосредоточенных помех:

Апериодическая помеха

Имеет вид случайного кратковременного воздействия на вход приемника. Имеет непрерывный спектр, который описывается спектральной плотностью.

Полупериодическая помеха

Возникает вследствие воздействия на RLC — колебательную цепь.

Нелинейные помехи

Появляются внутри групповых нелинейных устройств, где паразитные нелинейные продукты попадают из одних каналов в другие. При правильном расчете загрузки паразитарная линейность групповых устройств небольшая. Если же их много, в групповом тракте у выхода каждого из каналов накапливаются нелинейные помехи со значительным уровнем мощности.

Помехи линейных переходов

Помехи этого типа, называемые также переходными влияниями, возникают вследствие трансляции сигналов по каналам параллельных цепей. Основная причина возникновения — наличие емкостных и индуктивных связей между проводами этих цепей. Также переходные влияния появляются из-за конструктивных неоднородностей линий связи, влиянием через сторонние цепи, несогласованностью нагрузок.

Шум в системах связи

Шум представляет собой любое нежелательное воздействие, добавляемое к идеальному сигналу и ухудшающее его прием.

Шум представлен несколькими видами:

Перекрестные помехи

Возникают, когда сигнал, передаваемый по одной линии канала связи, мешает адекватному приему на другой линии.

Внутриканальные помехи

Появляются, если сигнал распространяется на расстояния, значительно превышающие обычные, что ведет к появлению взаимных помех со станциями, где вещание ведется с теми же частотами.

Искусственные шумы

Создаются в результате влияния на систему различных источников электромагнитных излучений (лампы накаливания, промышленное оборудование и т. д.).

Естественные шумы

Возникают вследствие природных явлений (разряды молнии вызывают характерное потрескивание приемника и т. д.).

Тепловой шум

Появляется из-за теплового возбуждения атомов резистора или проводника, что ведет к возникновению свободных электронов. Последние хаотично разнонаправленно движутся с различными скоростями. Это создает случайную разность потенциалов у концов резистора или проводника.

Дробовой шум

Встречается везде, где переменный или постоянный ток проходит через какое-либо активное устройство с возникновением случайных колебаний этого тока, которые искажают сигнал, накладываясь на него.

Фликер-шум

Возникает внутри вакуумных, полупроводниковых и других устройств из-за дефектов характерной для материала кристаллической структуры, приводящих к флуктуациям проводимости.

Гауссов шум

Появляется при суммировании белых шумов, статистически независимых друг от друга.

Белый шум

Помеха, представленная случайным процессом, имеющим равномерный спектр. Все составляющие спектра белого шума обладают одинаковой энергией, что определяет его название (белый цвет объединяет все цвета видимого спектра).

Периодический случайный шум

Результат суммирования синусоид, имеющих одинаковые случайные фазы, амплитуды. Шум отличает импульсный характер (а значит и дискретная частотная характеристика), он содержит все частоты, которые для определенного количества выборок могут быть представлены целым числом периодов. При большом количестве выборок распределение случайного периодического шума стремится к шуму Гаусса.
Заказать спутниковое оборудование

Пути проникновения шумов

Существует несколько способов проникновения шумов:

Шумы, наводимые на провода

Проходя через пространство, где существуют шумы, проводник приобретает шумовые наводки, после чего передает их другой схеме. Примером могут служить шумы, попадающие в схему по проводам сети.

Связь через общее сопротивление

Возникает там, где идущие от двух разных схем токи проходят через одно сопротивление. Падение напряжения, которое при этом создается каждой из схем для данного сопротивления, выступает помехой для другой схемы.

Электрические и магнитные поля

Элементы схем при передвижении по ним электрических зарядов излучают электромагнитные поля. Кроме подобного «побочного» излучения существует также преднамеренное (радиолокационные, радиовещательные станции).

Гальванический процесс

Образование гальванической пары из разнородных металлов, используемых в слаботочной сигнальной цепи, может приводить к появлению напряжения шумов. Чем дальше друг от друга расположены металлы в гальваническом ряду, тем больше будет напряжение.

Электролитический процесс

Обусловлен постоянным током, который существует между двумя металлами при наличии электролита между ними.

Трибоэлектрический эффект

Отражает явление, возникающее, когда диэлектрик, находящийся внутри кабеля и не имеющий контакта с его проводниками, накапливает заряд. Последний действует как источник характерного для шумов напряжения.

Перемещение проводника

Во время движения проводника внутри магнитного поля на его концах создается разность потенциалов, что ведет к появлению паразитных магнитных полей.

Помехи от системы зажигания

Представлены приближенным к периодическому импульсным сигналом, имеющим сложную форму. Во время скопления в разных точках движущихся с разными скоростями автомобилей возникают серии импульсов, которые характеризуются случайными временными интервалами, амплитудами. Длительность подобных групп импульсов колеблется от нескольких микросекунд до нескольких миллисекунд (отдельных импульсов — от 1 до 6 наносекунд).

Помехи от линий электропередач

Высоковольтное оборудование, линии электропередач создают помехи, интенсивность которых достигает максимума во время высокой относительной влажности воздуха, неблагоприятных погодных условий. Также помехи усиливает воздушная турбулентность, высокий радиационный уровень, неисправности линии электропередачи. Причиной возникновения подобных помех выступают вызываемые электрическими разрядами переходные процессы, возникающие хаотически на поверхности проводников.

Помехи от аппаратуры дуговой сварки

Во время работы такой аппаратуры появляются помехи крайне высокого уровня, спектры которых не совпадают друг с другом. При этом возникают три широкие резонансные полосы с центрами, соответствующими значениям 750 КГц, 3 и 20 МГц, но спектр излучения отдельно взятого прибора не обязательно включает все три полосы.

Понятие помехоустой­чивости спутниковых систем связи

Помехоустойчивость отражает способность сигнала противостоять воздействию помех.

Потенциальная помехоустойчи­вость системы связи

Представлена предельно допустимым уровнем помехоустойчивости, обеспечиваемой реальным приемным устройством.

Реальная помехоустой­чивость

Помехоустойчивость способа передачи с применением неоптимального приемного устройства.

Трансформация телемеханического сообщения

Представляет собой ненайденное изменение телемеханического сообщения, появляющееся под воздействием помех и ведущее к приему ложного сигнала.

Помехоустойчивость дискретных сигналов

Простой дискретный сигнал содержит один информационный бит «0» или «1», а помехоустойчивость подобного сигнала характеризуется вероятностью адекватного приема при заданном уровне помех.

Как добиться помехозащищен­ности систем связи

Помехозащищенность систем связи может быть обеспечена несколькими способами.

Технические способы устранения помех

Для подавления идущих от источника шумов необходимо:

● Заключение источников шума в экран;

● Подключение фильтров ко всем проходящим через зашумленное пространство проводникам;

● Ограничение времени нарастания импульса;

● Использование цепей, подавляющих выбросы напряжения, для катушек реле;

● Скручивание шумящих проводников;

● Экранирование витых пар шумящих проводов;

● Заземление обоих концов экранов, которые применяются для подавления помех излучения.

Подавление шумов в приемнике предполагает:

● Расширение полосы пропускания строго до необходимых параметров;

● Использование селективных частотных фильтров;

● Обеспечение соответствующей развязки по питанию;

● Шунтирование малоемкостных высокочастотных электролитических конденсаторов;

● Применение экранирующих корпусов.

Методы защиты от помех промышленных сетей

Предотвратить воздействие на промышленные сети способны следующие методы:

● Использование витой пары как среды передачи информации;

● Применение кабелей волоконно-оптического типа, менее подверженных электромагнитным помехам;

● Использование кодирования;

● Скремблирование — приведение данных к виду, похожему на случайные данные по различным характеристикам, что в итоге позволяет подавить сильные составляющие сигнального спектра и не допустить возникновение помех;

● Дополнение пакета данных служебной информацией, говорящей о целостности данного пакета;

● Резервирование линий передачи данных;

● Совместное применение цифровых и аналоговых сигналов.

Устранение помех канальным кодированием

Процесс представления данных с помощью символов называется кодированием.

Канальное кодирование представлено классом преобразований сигнала, которые используются с целью повышения качества связи. Подобный способ делает сигнал менее уязвимым к помехам, шуму, замираниям, а также повышает производительность при небольших затратах более, чем на 10 дБ.

Измерение помех

Производится при помощи специализированного прибора, называемого псофометром. Последний представляет собой электронный вольтметр, обладающий избирательностью, которая определяется псофометрическими характеристи­ками.
Запросить обратный звонок
Просто оставьте контактные данные, и мы свяжемся в ближайшее время