Niedoskonałości Kanału Transmisyjnego

Żaden kanał transmisyjny nie jest idealny. Gdy sygnał podróżuje od nadawcy do odbiorcy, nieuchronnie ulega degradacji pod wpływem różnych niepożądanych zjawisk. Te zniekształcenia można ogólnie podzielić na dwie kategorie: zakłócenia multiplikatywne, które modyfikują sam sygnał, oraz zakłócenia addytywne, które mieszają sygnał z niepożądanym szumem.

Zakłócenia Multiplikatywne (Zniekształcenia)

Zakłócenia multiplikatywne występują, gdy sygnał wyjściowy jest wynikiem pomnożenia sygnału wejściowego przez pewną zmienną w czasie funkcję zakłócającą. Wpływ zakłócenia zależy od chwilowej wartości samego sygnału. Są one spowodowane głównie przez zmieniające się parametry toru transmisyjnego.

Rodzaje Zniekształceń

• Zniekształcenia Liniowe: Ten typ zniekształceń zmienia amplitudę lub fazę sygnału w sposób zależny od częstotliwości, ale nie tworzy nowych częstotliwości. Przykładami są zaniki w kanałach radiowych lub zmiany tłumienia kabla pod wpływem temperatury.
• Zniekształcenia Nieliniowe: Występują, gdy sygnał przechodzi przez element nieliniowy (np. przesterowany wzmacniacz). Są szczególnie problematyczne, ponieważ generują nowe, niepożądane składowe częstotliwościowe w sygnale.
  • 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 (Szumy)

Zakłócenia addytywne występują, gdy do sygnału użytecznego dodawany jest niepożądany sygnał. Jest to najczęstsza kategoria zniekształceń, zbiorczo nazywana szumem. Pochodzi on ze źródeł zarówno zewnętrznych, jak i wewnętrznych systemu komunikacyjnego.

Zewnętrzne Źródła Szumów

• Interferencje: Zakłócenia od innych systemów telekomunikacyjnych lub urządzeń elektrycznych (np. przenik z sąsiednich kabli, zakłócenia od silników elektrycznych).
• Szum Atmosferyczny: Spowodowany zjawiskami naturalnymi, takimi jak wyładowania atmosferyczne. Ma charakter impulsowy i wpływa głównie na niższe częstotliwości radiowe (poniżej 30 MHz).
• Szum Kosmiczny: Promieniowanie elektromagnetyczne z kosmosu (np. od Słońca), istotne głównie w komunikacji satelitarnej i radioastronomii.

Wewnętrzne Źródła Szumów

• Szum Termiczny (Johnsona-Nyquista): Najbardziej fundamentalne źródło szumu, spowodowane losowym ruchem termicznym nośników ładunku (elektronów) we wszystkich materiałach przewodzących. Często modelowany jest jako Szum Biały. 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.
• Szum Śrutowy: Powstaje w elementach półprzewodnikowych z powodu dyskretnej natury prądu elektrycznego, który składa się z losowo przybywających pojedynczych elektronów.
• Szum Migotania (szum 1/f): Rodzaj szumu, którego gęstość widmowa mocy jest odwrotnie proporcjonalna do częstotliwości. Ma znaczenie tylko przy bardzo niskich częstotliwościach w urządzeniach półprzewodnikowych.