1. П е р е д а ч а без о б р а т н о й с в я з и (ПБОС). При этом информация передается только в одном направлении. Передача может осуществляться любыми кодами, хотя помехозащищенные коды предпочтительнее. Для повышения помехозащищенности часто используют также метод повторной передачи информации.

2. П е р е д а ч а с о б р а т н о й с в я з ь ю (ПОС). Для осуществления обратной связи между приемником и передатчиком необходим обратный канал, по которому на передатчик передаются сведения об условиях или результатах приема. В свою очередь, ПОС подразделяют на передачу с: информационной обратной связью (ИОС); решающей обратной связью или с переспросом (РОС); комбинированной (сложной) обратной связью

применение получили не непрерывные, а дискретные и особенно двоичные сигналы, представляющие собой кодовые комбинации из видео - или радиоимпульсов, модулированные любым методом. Дискретные сигналы лучше противостоят воздействию помех, чем непрерывные. Например, удовлетворительный прием двоичных сигналов возможен, если напряжение сигнала превышает напряжение помех всего в 3—5 раз, тогда как при передаче телефонных разговоров это превышение должно быть в 100—200 раз. Это объясняется тем, что приемники дискретных сигналов должны различать только два значения сигнала («+» от «— » при AM, /1 от при ЧМ и 0 от 180° при ОФМ). Прохождение двоичных сигналов нарушается лишь при кратковременных обрывах (перерывах передачи) и сильных импульсных помехах, если их амплитуда превышает треть амплитуды сигнала, а длительность — половину элементарного сигнала [8].

Таким образом, высокая помехоустойчивость является причиной того, что дискретные сигналы все больше начинают применяться в телемеханике.

§ 5.2. Помехи

Помехи—случайные воздействия, искажающие передаваемый сигнал. Если помеха не случайная, а регулярная (например, передача радиостанции) , то от нее можно избавиться с помощью соответствующих фильтров.

Типы помех. Воздействие помехи на сигнал может быть двояким. Если помеха %{t) складывается с сигналом s(t) и на вход приемника действует их сумма

Мультипликативные помехи вызываются рядом причин, основными из которых являются изменение характеристик линий связи, коэффициентов усиления схем при колебаниях напряжений питания, замирания сигналов в радиосвязи. Поскольку подавляющее большинство сообщений в промышленной телемеханике передается по проводным линиям связи,

флуктуационных помех на выходе приемного устройства пропорционально корню квадратному полосы пронускания устройств VAF , а мощность — полосе пропускания. При импульсных помехах мощность и амплитуда помехи пропорциональны полосе пронускания. Таким образом, при уменьшении в четыре раза эффективное напряжение флуктуационных помех AF уменьшается в два раза, а импульсных — в четыре раза. При этом мощность флуктуационных и импульсных помех уменьшается одинаково, т. е. в четыре раза.

Следует отметить, что на характер помех на выходе приемного устройства существенное влияние оказывает полоса пропускания приемника. При одних и тех же помехах в линии связи на выходе узкополосного приемника помехи могут иметь флуктуационный характер, а широкополосного — импульсный.

Энергетический спектр помехи характеризует распределение ее по мощности в диапазоне частот. Так, помехи типа «белый щум» обладают равномерным спектром, спектральная плотность которого не зависит от частоты в пределах полосы частот канала. При равномерном энергетическом спектре вводят понятие удельной мощности помехи, отнесенной к полосе в 1 Гц.

Источника помех. Источниками помех являются внешние воздействия и внутренние шумы, возникающие в цепях и аппаратуре (см. рис. 5.3).

К в н у т р е н н и м ш у м а м относятся тепловые щумы, возникающие из-за беспорядочного движения свободных электронов в проводах и резисторах и шумы, обусловленные дробовым эффектом в электронных лампах и полупроводниковых приборах. В результате дробового эффекта ток не является постоянным и флуктуирует относительно среднего значения.

Внутренние щумы существуют всегда и являются источниками флуктуационных помех, которые поэтому принципиально неустранимы [6]; пужно лишь как-то ограничивать их. Флуктуационные помехи также создаются в местах соединения отдельных участков цепи за счет термоэффекта и гальванического взаимодействия.

Наибольшее влияние на канал связи оказывают внешние помехи, главнейшими из которых являются промышленные (искусственные) и атмосферные (естественные) помехи. Промышленные помехи создаются различными устройствами: электрическим транспортом, электросваркой, системами зажигания автомобилей, медицинским электрооборудованием и др. Основной причиной этих помех является искрообразование, связанное с резким прерыванием тока в электрических цепях в процессе их коммутации. Помехи создаются также линиями электропередачи, которые при отсутствии экранирования являются своего рода антеннами. Промышленные помехи могут носить флуктуационный или импульсный характер; они проникают в телемеханические устройства через антенну, цепи питания, емкостные и индуктивные связи. На воздушные линии связи помехи наводятся от линий высокого напряжения. Источниками помех являются и устройства заземления метал­ лических оболочек кабелей, напряжение в которых возникает от блуждающих токов заземления, когда используется «земля» в качестве обратного провода.

А т м о с ф е р н ы е п о м е х и обусловлены перемещением электрических зарядов в атмосфере. Молнии создают токовые разряды в десятки тысяч ампер, и помехи от них носят импульсный характер. Однако, если количество грозовых разрядов в единицу времени велико и приемное устройство реагирует на достаточно дальние разряды, помехи на выходе узкополосного приемника могут иметь флуктуационный характер.

Основная энергия промышленных и атмосферных помех заключена в низкочастотном диапазоне волн. С увеличением частоты уровень этих помех падает

Рассмотренные помехи являются а к т и в н ы м и поме хами . Существуют и пассивные помехи, действие которых выражается в относительно медленном изменении коэффициента передачи линии связи (нанример, замирания при приеме коротких радиоволн). Космические помехи создаются электрическими процессами на Солнце.

Следует отметить еще один тип помех, которые имеются только в многоканальных устройствах телемеханики,— так называемые п е р е к р е с т н ы е помехи. При изменении сигналов в различных каналах многоканальной системы с частотным разделением сигналов из-за неидеальности характеристики фильтров наблюдаются взаимные помехи, вызывающие переходные искажения. Если число каналов достаточно велико, а изменения сигналов в различных каналах независимы, то перекрестные помехи будут по своему характеру приближаться к флуктуационным. Аналогичное взаимное влияние наблюдается и в системах с временным разделением сигналов. В таких системах перекрестные помехи возникают из-за относительно большой длительности переходных процессов. Переходные процессы в электрических цепях приемника от предыдущих сигналов накладываются на последующие сигналы и вызывают их искажение.

Интенсивность и характер помех зависят от типа линии связи, диапазона частот и условий передачи. Сильные помехи наводятся в воздушной линии связи, которая, как антенна, улавливает помехи, создаваемые грозовыми разрядами, промышленными установками, радиостанциями, высоковольтными линиями электропередачи и т. и.

Такого же рода помехи и от тех же источников могут быть при передаче по радиотракту. Кроме того, здесь возникают искажения сигнала от затухания радиоволн и многократных отражений сигналов. При передаче на волнах сантиметрового диапазона имеют значения помехи космического происхождения и внутренние щумы приемного устройства. Кабельные линии связи хорошо экранированы, и на них наводки практически не возникают.

Каналы связи и их модели. Во введении было дано определение канала связи, являющегося составной частью канала передачи информации и рассмотренного в § 1.1 (см. рис. 1.1).

Под моделью канала связи понимают полное описание канала, позволяющее рассчитать или оценить его характеристики, на основании которых можно исследовать различные способы построения системы связи без непосредственных экспериментальных испытаний.

Моделью непрерывного канала обычно является гауссов канал. Помеха в нем аддитивна и представляет собой эргодический нормальный процесс [см. уравнение (5.14)] с пулевым математическим ожиданием (без постоянной составляющей). Гауссов канал достаточно хорошо отображает лишь канал с флуктуационной помехой. При мультипликативных помехах используют модель канала с релеевским распределением. При имнульсных помехах применяют канал с гипергеометрическим распределением. Что касается моделей дискретных каналов, то для симметричных ошибок они совпадают с моделями источника ошибок.

Ораспределении помех в канале связи. При расчетах помехоустойчивости элементарного сигнала кодовой комбинации обычно исходят из предположения независимости ошибок, возникающих от помех, т. е. из того, что одна ошибка не влияет на возникновение другой. Кроме того, считают, что распределение ошибок во времени равномерное. Однако статистические данные, полученные при исследовании помех в каналах связи при передаче двоичных сигналов, показали, что ошибки от помех распределены во времени неравномерно: в одни отрезки времени ошибки возникают чаще, в другие — реже. Иными словами, ошибки как бы группируются во времени, т. е. возникают пакеты (пачки) ошибок.

Метод конструирования систем, использующих тот или иной вид передачи информации, в значительной степени зависит от типа помех в канале связи. Помехи могут вызвать две категории ошибок: