Завади в системах із чпк і причини їхньої появи

У багатоканальних системах із ЧПК можливі два види шумів:

1) незалежні шуми, що з’являються через внутрішні флуктуаційні шуми;

2) залежні шуми, що з’являються внаслідок неідеальності характеристик загального тракту системи.

Неідеальність характеристик приводить до появи так званих перехресних завад, тому залежні шуми в системах ЧПК називають перехресними. Основна причина їхньої появи – неідеальність амплітудної, частотної і фазової характеристик загального тракту системи з ЧПК.

Дія флуктуаційних і перехресних завад приводить до зміни форми прийнятого багатоканального повідомлення. Подамо повідомлення на виході тракту у вигляді суми двох коливань:

,

де – неспотворене повідомлення; – напруга шумів, зумовлена усіма видами завад у тракті. Якби характеристики загального тракту були ідеальними, то коливання було б спричинене тільки дією флуктуаційних шумів.

Як відомо, умова неспотвореного проходження коливання через тракт – лінійність амплітудної та фазової характеристик і рівномірність частотної характеристики тракту. Ця умова означає, що коефіцієнт постійний для всіх можливих миттєвих значень коливання , а час запізнювання постійний для всіх частот спектра цього коливання.

У реальних пристроях одержати ідеальні характеристики неможливо з ряду причин, зокрема: 1) прагнення до максимального використання потужності передавача для підвищення завадостійкості системи приводить до необхідності більш повного використання його модуляційної характеристики, при цьому починають помітно позначатися нелінійності електронних приладів і амплітудна характеристика тракту стає нелінійною; 2) реактивні властивості індуктивностей і ємностей, що входять до складу пристроїв тракту, спричинює те, що частотна і фазова характеристики тракту відрізняються від ідеальних. Отже, умови неспотвореного проходження коливання через реальний тракт не можуть бути виконані. Тому напруга завади складається зі складових, зумовлених флуктуаційними і перехресними шумами.

Оскільки в тракті є нелінійності, ці складові не можна вважати незалежними, і строгий розгляд спотворень, викликаних шумами і недосконалістю характеристик тракту, повинен проводитися одночасно із врахуванням обох факторів. Однак, виходячи з практичних вимог малості шумів, можна допустити наближений розгляд і проводити аналіз роздільно, тобто при розгляді впливу флуктуаційних шумів вважати характеристики тракту ідеальними, а при розгляді впливу перехресних завад враховувати тільки реальні характеристики, вважаючи шуми відсутніми. Зроблене допущення істотно полегшує оцінку окремих складових помилки і не призводить до грубих похибок.

, де – напруга шуму, зумовленого перехресними завадами.

Якщо характеристики реального загального тракту системи ЧПК відомі, то величину перехресних завад на виході тракту можна розрахувати. Однак навіть ця, уже спрощена, задача виявляється настільки складною, що отримати зручні для розрахунків формули неможливо. Тому при оцінці перехресних завад у багатоканальних системах доводиться йти на подальші спрощення: 1) розрахувати шуми, що вносять окремі блоки загального тракту, розглядаючи їх незалежно; 2) визначити повну величину шуму. Зауважимо, що зазначена методика – загальноприйнята при розрахунку спотворень у складних пристроях, наприклад у багатокаскадних підсилювачах і т.п.

Шуми в загальному тракті прийнято розділяти: на шуми в низькочастотній частині тракту, до якої відносять модулятор і демодулятор; на шуми у високочастотній частині тракту, до якої відносять тракти передавального і приймального пристроїв, і на шуми у фізичному середовищі через зміну умов поширення хвиль.

У залежності від того, який вид модуляції застосовується в другому ступені, вплив амплітудної, частотної і фазової характеристик низькочастотної і високочастотної частин тракту в створенні перехресних перекручувань виявляється різним.

Розглянемо це питання більш докладно. Будемо вважати, що спектр сигналу проходить через смугу пропущення високочастотної частини тракту симетрично, тобто приймач набудований точно на частоту несучої, а частотна характеристика приймача симетрична. Така умова практично майже завжди виконується. Тоді, при AM у другому ступені причиною перекручувань, що приводять до появи паразитних складових у спектрі вихідної напруги, буде тільки нелінійність амплітудних характеристик низькочастотної і високочастотної частин загального тракту. Частотні і фазові характеристики у випадку AM не приведуть до нелінійних перекручувань і, отже, не впливають на величину перехресних перешкод. Це справедливо тільки при набудованому приймачі. Якщо приймач не настроєний точно на частоту несучої сигналу, нелінійні перекручування можуть виникнути також і за рахунок частотної і фазової характеристик.

При частотній модуляції в другому ступені вплив характеристик загального тракту виявляється по-іншому. Нелінійні перекручування в модуляторі і демодуляторі в тому чи іншому ступені виникають при будь-якому виді модуляції, тому нелінійність амплітудної характеристики низькочастотної частини тракту є причиною перехресних перешкод при ЧМ так само, як і при AM. Однак вплив характеристик високочастотної частини тракту на ЧМ-сигнали буде зовсім іншим, чим на AM-сигнали. Як відомо, нелінійність амплітудної і нерівномірність частотної характеристик тракту, через який проходить ЧМ сигнал, практично не викликає перекручувань, тому що паразитні зміни амплітуди ЧМ сигналу через ці характеристики усуваються обмежником, що стоїть перед частотним детектором. Це – дуже істотна позитивна властивість систем із ЧМ у другому ступені. У таких системах відпадають труднощі, зв’язані зі зменшенням нелінійних перекручувань через нелінійності електронних приладів, застосовуваних у високочастотній частині тракту і, в першу чергу, в передавачі.