iskajenie

ИСКАЖЕНИЯ
Содержание







Введение
Искажения
Пропускная способность канала
Пути проникновения шумов
Методы устранения помех
Заключение
Литература
Введение
Вследствие различных искажений в любой
системе связи полученный сигнал может
отличаться от переданного.

В аналоговых сигналах искажения могут снизить
качество сигнала.

В цифровых могут появиться ошибочные биты:
двоичная единица, превратившаяся в нуль, и
наоборот.
Искажения
Самые значительные:

Затухание и амплитудное искажение

Искажение от запаздывания

Помехи
Затухание
В любой передающей среде интенсивность
сигнала падает с расстоянием.
Сигнал
Источник
Приёмник
Уменьшение интенсивности, или затухание, в
общем случае логарифмическое и выражается как
постоянное число децибел на единицу расстояния.
При проектировании сетей необходимо
учитывать:
1)
Принимаемый сигнал должен иметь
интенсивность, достаточную для его
обнаружения электронной схемой приемника.
2)
Чтобы данный сигнал был принят без ошибок,
его уровень должен поддерживаться
значительно выше уровня помех.
3)
Интенсивность затухания растет с частотой.


При решении первой и второй задач требуется
рассматривать затухание интенсивности
сигнала и использование усилителей или
ретрансляторов.
Третья проблема существенна для аналоговых
сигналов. Существуют методы коррекции —
выравнивание затухания по частоте. В
телефонных линиях применяются
удлинительные катушки, меняющие
электрические свойства линии. Другой
подход: использование усилителей высоких
частот.
Запаздывание
1)
Вызвано тем, что скорость распространения
сигнала в направляемой среде меняется в
зависимости от частоты. Различные
частотные компоненты сигнала поступают к
приемнику в разное время, порождая сдвиг
фаз между различными частотами.
2)
Для устранения искажения, вызванного
запаздыванием, могут использоваться
методы коррекции.
Низкочастотная
составляющая сигнала
Суммарный сигнал в
источнике
Высокочастотная
составляющая сигнала
=
Сдвинутая низкочастотная
составляющая сигнала
Суммарный сигнал в
приёмнике
Высокочастотная
составляющая сигнала
=
Помехи
Помехами или шумами называются
нежелательные сигналы, накладываемый
на передаваемый сигнал и введенные
где-либо между передающим и
принимающим устройствами. Являются
основным фактором, ограничивающим
производительность системы связи.
Помехи можно разделить на четыре группы:

Тепловой шум

Интермодуляционные помехи

Перекрестные помехи

Импульсные помехи
Переданные
данные
0
1
0
1
1
0
0
1
1
0
0
1
0
1
0
Сигнал
Шум
Сигнал и шум
Моменты
выборки
Полученные
данные
Исходные
данные
0
1
0
1
1
0
1
1
1
0
0
1
0
0
0
0
1
0
1
1
0
0
1
1
0
0
1
0
1
0
Ошибочные
биты
Тепловой шум
1.
Вызывается тепловым движением электронов.
2.
Присутствует во всех электрических устройствах
и передающих средах и зависит от температуры.
3.
Равномерно распределен по спектру частот и по
этой причине часто называется белым шумом.
4.
Невозможно устранить, поэтому он задает
верхнюю границу производительности системы
связи.
Интермодуляционные помехи
Создаются при наличии в приемнике,
передатчике или промежуточной
передающей системе какой-то
нелинейности. Причиной нелинейности в
системе может быть сбой в работе
компонента или использование сигнала
чрезмерной интенсивности. При этом
возникают производные частоты, равные
сумме или разности исходных.
Перекрестные помехи
Перекрестные помехи — это нежелательное
соединение каналов передачи сигналов.
Могут появляться при электрическом
соединении смежных витых пар или, реже,
коаксиальных кабелей, по которым
передается много сигналов.
1.
Также могут появляться при приеме
антеннами СВЧ-диапазона нежелательных
сигналов; причина этого заключается в том,
что энергия СВЧ-волн рассеивается во время
их распространения.
2.
Величины перекрестные помехи обычно
равны (или меньше) тепловых.
3.
Импульсные помехи
1.
Являются прерывистыми, состоят из
нерегулярных импульсов или всплесков
помех небольшой продолжительности и
имеют относительно высокую амплитуду.
2.
Причины возникновения: любые
повреждения или дефекты систем связи,
или же внешние электромагнитные
возмущения (молния).
3.
Импульсные помехи не оказывают
значительного воздействия на аналоговые
данные.
4.
В цифровой передаче данных
импульсные помехи являются основным
источником ошибок.
Пропускная способность
канала
Пропускная способность канала – максимально
возможная при определённых условиях скорость,
при которой информация может передаваться по
данному тракту связи, или каналу.
Входной поток
1
1 0
1
0 1
0
1 0 1
1
1
0 1 1
0 0 0 1
1 0
00
01
0 0
1
1
0
1
0
1
1
0
Канал
10 1 0 0
V - Пропускная
способность
Существует четыре понятия, которые необходимо
связать воедино.
1.
Скорост ь передачи данных. Это скорость в битах в
секунду (бит/с), с которой могут передаваться
данные.
2.
Ширина полосы. Это ширина полосы передаваемого
сигнала, ограничиваемая передатчиком и природой
передающей среды. Выражается в периодах в
секунду, или герцах.
3.
Шум. Средний уровень шума в канале связи.
4.
Уровень ошибок. Скорость появления ошибок.
Ошибкой считается прием 1 при переданном 0 и
наоборот.
При проектировании канала передачи
данных необходимо выбирать такие
средства связи, которые бы
обеспечивали максимальную скорость
передачи при минимальных затратах, а
следовательно при минимально
возможной полосе пропускания
обеспечивали необходимую скорость и
допустимый уровень ошибок.
Пути проникновения шумов

Шумы, наводимые на провода

Связь через общее сопрот ивление

Элект рические и магнит ные поля

Вт орост епенные ист очники шумов

Индуст риальные помехи
Шумы, наводимые на провода



Проходя через «зашумленное» пространство,
проводник получает шумовые наводки, а затем
передаёт их другой схеме. Это вызывает помехи.
Решение состоит в защите проводника от шумов
или в обеспечении развязки, благодаря которой
шумы отводятся с проводника прежде, чем
попадут в чувствительную схему.
Основным примером такого вида связи являются
шумы, проникающие в схему по проводам сети.
Связь через общее сопротивление
Встречается там, где токи от двух различных
схем проходят через одно сопротивление.
При этом падение напряжения, создаваемое
каждой из схем на этом сопротивлении,
является для другой схемы помехой.
Схема 1
Возвратный
ток 1
Потенциал
общей точки
цепи 1
относительно
земли
Схема 2
Возвратный
ток 2
Потенциал
общей точки
цепи 2
относительно
земли
Сопротивление
заземления
Связь двух схем через
общую шину заземления
Оба возвратных тока (1 и 2)
проходят на землю через
общее сопротивление. Что
касается схемы 1, то
потенциал ее общей точки
относительно земли
модулируется возвратным
током 2, протекающим
через общее сопротивление
шины земли. Поэтому от
схемы 2 к схеме 1 через
общее сопротивление
поступает некоторый
шумовой сигнал.
Электрические и магнитные поля

Еще одной причиной появления шумов
является излучение электрического и
магнитного полей. Все элементы схем,
включая проводники, при движении по
ним электрических зарядов излучают
электромагнитные поля.
i1+i2
Источник
питания
Воздейст вие шумов от
элект родвигат еля на цепь с
сигналами низкого уровня.
i1
Общее
сопротивления
питания
Схема 1
i2
Сопротивление
источника
питания
Схема 2
Экранированный двигатель
постоянного тока соединен со
схемой управления. Шумы от
двигателя вызывают помехи
в слаботочной схеме,
расположенной в той же
установке. Шумовые токи,
возникающие на коллекторе
двигателя, выходят за
пределы экрана, проходя по
проводам к схеме управления.
Провода излучают шумы,
наводя их на слаботочные
цепи.
Второстепенные источники шумов
Гальванический процесс. При использовании в
слаботочной сигнальной цепи разнородных металлов
в результате образования из них гальванической пары
могут возникать напряжения шумов.
Гальванический
элемент
Аллюминий
Грязь электролит
Медь
При наличии на стыке
двух металлов
загрязнений или
водяных паров создается
электрохимический
элемент.
Гальваническая коррозия приводит к тому,
что положительные ионы одного металла
переносятся в другой металл. Это
постепенно разрушает материал анода
Для гальванического процесса необходимо
наличие четырех элементов:
1. материала анода;
2. электролита (здесь — в виде загрязнения);
3. материала катода;
4. электропроводного соединения между
анодом и катодом;
Электролитический процесс
Коррозия
Аллюминий
Грязь электролит
Аллюминий
Данный вид коррозии
обусловлен
электролитическим
процессом. Он вызывается
постоянным током,
протекающим между двумя
металлами при наличии между
ними даже слабого
электролита.
Коррозия такого типа не зависит от вида
применяемых металлов и наблюдается даже между
однородными металлами.
Трибоэлект рический эффект
Трибоэлектрическим эффектом – это
явление накопления заряда на
диэлектрике внутри кабеля , если он не
имеет контакта с проводниками кабеля.
Кабель
Внешний слой
диэлектрика
Внутренний слой
диэлектрика
Проводник
Внутренний слой
диэлектрика
Внешний слой
диэлектрика

Обычно вызывается механическим
изгибом кабеля. Такой заряд действует
как источник напряжения шумов,
находящийся внутри кабеля.

Этот эффект минимизируют, избегая
резких перегибов кабеля и его
перемещения. Выпускается
специальный «малошумящий» кабель, в
котором диэлектрик проходит
специальную химическую обработку,
сводящую к минимуму возможность
накопления на нём заряда.
Перемещение проводника
Если проводник движется в магнитном
поле, на концах его возникает разность
потенциалов.
ПОЛЕ
Движение
проводника
Слой диэлектрика
Проводник
Слой диэлектрика
Потенциал
Потенциал
ПОЛЕ
Паразитные магнитные поля, вызванные
наличием больших токов в силовых цепях, а
также в других схемах, имеются почти в
любой точке окружающего пространства.
Данная проблема усугубляется при наличии
вибрации. Решается она устранением
перемещения проводников путем
закрепления кабелей скобами и другими
приспособлениями.
Индустриальные помехи
Источники помех можно разделить на две большие
группы.
1. Устройства, генерирующие относительно
регулярные высокочастотные колебания, такие,
как системы развертки электронно-лучевых
трубок, различного рода промышленные,
медицинские высокочастотные установки и так
далее. Они относительно легко определяются,
допускают простое прогнозирование эффектов,
порождаемых их воздействием, но нелегко
контролируются.
2.
Устройства, не вырабатывающие периодических
высокочастотных сигналов. К ним относятся
линии передачи электроэнергии, системы
зажигания автомобильных двигателей,
высокочастотная аппаратура для дуговой сварки,
газоразрядные устройства, динамомашины,
генераторы электрического тока, индукционная и
переключающая аппаратура.
Методы устранения помех
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
экранирование;
заземление;
балансировка;
фильтрация;
изоляция;
разнесение и ориентация;
регулировка величины полного
сопротивления схемы;
выбор кабеля;
подавление (в частотной или временной
области).
Заключение
Любая сетевая технология должна
обеспечить надежную и быструю
передачу дискретных данных по линиям
связи. Для этого необходимо четко
соблюдать основные принципы
построения сетей и передачи
информации.
Литература
1.
2.
3.
Ст оллингс, В. Компьютерные системы
передачи данных. Шестое издание. - М.:
Издательский дом "Вильямс", 2002. - 928 с.
Олифер, В. Г., Олифер, Н. А.
Компьютерные сети. Принципы, технологии,
протоколы: Учебник для вузов. — 3-е изд. —
СПб.: Питер, 2006. — 958 с.
Таненбаум, Э. Компьютерные сети. — 4-е
изд. — Спб.: Питер, 2003. — 992 с.