Zakłócenia w Kanale

Rodzaje zakłóceń w kanale transmisyjnym

Kanał transmisyjny zmienia sygnał między nadajnikiem a odbiornikiem. W analizie wyróżnia się zakłócenia multiplikatywne, które zmieniają amplitudę lub fazę sygnału, oraz zakłócenia addytywne, które dodają do niego składnik zakłócający.

Zakłócenia multiplikatywne

Zakłócenie multiplikatywne można opisać jako iloczyn sygnału wejściowego i funkcji zależnej od czasu. Dla sygnału wejściowego x(t) wyjście ma postać y(t) = a(t)x(t), więc wpływ zależy od chwilowej wartości sygnału oraz parametrów toru transmisyjnego.

Rodzaje zniekształceń

• Zniekształcenia liniowe: Ten typ zniekształceń zmienia amplitudę lub fazę sygnału zależnie od częstotliwości. W liniowym torze niezmiennym w czasie nie powstają nowe składowe częstotliwościowe. Przykładami są zaniki w kanałach radiowych lub zmiany tłumienia kabla pod wpływem temperatury.
• Zniekształcenia nieliniowe: Występują, gdy sygnał przechodzi przez element nieliniowy, na przykład przesterowany wzmacniacz. Taki element generuje nowe, niepożądane składowe częstotliwościowe.
  • Zniekształcenia harmoniczne: Jeśli sygnał wejściowy ma częstotliwość $f$, na wyjściu pojawiają się nowe sygnały o częstotliwościach będących całkowitymi wielokrotnościami tej częstotliwości ($2f, 3f, 4f, ...$).
  • Zniekształcenia intermodulacyjne: Jeśli sygnał wejściowy zawiera dwie lub więcej częstotliwości ($f_1, f_2$), powstają nowe częstotliwości będące sumami i różnicami częstotliwości oryginalnych ($f_1 \pm f_2, 2f_1 \pm f_2$).

Zakłócenia addytywne

Zakłócenie addytywne powstaje, gdy do sygnału użytecznego dodawany jest niepożądany składnik. Suma takich składników jest zwykle określana jako szum i może pochodzić ze źródeł zewnętrznych oraz wewnętrznych systemu komunikacyjnego.

Zewnętrzne źródła szumów

• Interferencje: Zakłócenia od innych systemów telekomunikacyjnych lub urządzeń elektrycznych, na przykład przesłuch z sąsiednich kabli i zakłócenia od silników elektrycznych.
• Szum atmosferyczny: Powstaje wskutek zjawisk naturalnych, takich jak wyładowania atmosferyczne. Ma charakter impulsowy i jest szczególnie istotny w niższych pasmach radiowych, w tym poniżej około 30 MHz.
• Szum kosmiczny: Promieniowanie elektromagnetyczne ze Słońca, Drogi Mlecznej i innych silnych źródeł pozaziemskich. Jest uwzględniane między innymi w łączności satelitarnej i radioastronomii.

Wewnętrzne źródła szumów

• Szum termiczny (Johnsona-Nyquista): Powstaje wskutek losowego ruchu termicznego nośników ładunku, w tym elektronów, w materiałach przewodzących. W rozpatrywanym paśmie może być modelowany jako biały szum. Jego moc jest dana wzorem:
  $P_N = k \cdot T \cdot B$
  Gdzie $k$ to stała Boltzmanna, $T$ to temperatura absolutna w Kelwinach, a $B$ to szerokość pasma w Hercach. Wzór opisuje moc szumu dostępną w tym paśmie z dopasowanego źródła rezystancyjnego.
• Szum śrutowy: Powstaje w elementach półprzewodnikowych wskutek dyskretnej natury prądu elektrycznego i statystycznej zmienności przepływu nośników.
• Szum migotania (szum 1/f): Jego gęstość widmowa mocy jest w przybliżeniu odwrotnie proporcjonalna do częstotliwości. Zwykle dominuje przy niskich częstotliwościach w urządzeniach półprzewodnikowych.