1.1. Природа помех в канале связи

Для канала радиосвязи характерны помехи приему электромагнитной энергии, излученной передатчиком. Существует три основных вида помех. Вездесущей и, строго

говоря, неизбежной помехой является тепловой шум в элементах приемного устройства, хотя последние достижения техники приемных устройств, работающих при низких температурах, позволили уменьшить помехи этого рода на один или более порядков. При радиосвязи с отражением от ионосферы и в каналах, использующих тропосферное распространение и отражения от метеорных следов, замирания и распространение по нескольким путям часто являются более серьезным видом помех. Их обычно можно представить как случайные, изменяющиеся во времени преобразования передаваемых сигналов. Посторонние излучения, попадающие в полосу приемного устройства, представляют третий вид помех. Они имеют значение только в военной связи, так как их можно избежать при помощи законодательных и других мероприятий.

Хотя оптимальные системы связи для каналов с замиранием сигналов и многолучевым распространением часто можно определить статистически, сложность этих систем в общем случае исключает возможность непосредственного анализа качества их работы. Кроме того, с возрастанием значения линий связи в пределах прямой видимости с космическими кораблями и систем связи через спутники значительно увеличилось использование каналов связи, в которых помехи создаются только аддитивным тепловым шумом. Наконец, логично в первую очередь исследовать тепловой шум, представляющий неизбежную помеху при любых применениях. Как будет показано ниже, для большинства видов модуляции можно определить относительно простые оптимальные демодуляторы. Было проведено довольно глубокое исследование качества подобных систем.

В силу этих соображений на протяжении книги будут рассматриваться только системы связи, в которых помехи имеют вид аддитивного теплового шума. Хорошо известно, что тепловой шум на входе приемного устройства представляет стационарный нормальный случайный процесс с нулевым средним и энергетическим спектром:

где h — постоянная Планка, k — постоянная Больцмана, Т — температура источника шума, °К.

В диапазоне радиочастот и, следовательно, спектральная плотность постоянна и равна

В дальнейшем величину будем называть односторонней спектральной плотностью шума, так что при ширине полосы приемника W гц мощность шума равна . Если имеется одновременно несколько источников шума, например галактический шум, шум из-за отражений от земной поверхности и шум элементов приемника, все источники объединяются путем определения эффективной шумовой температуры системы. Эта температура обычно определяется посредством измерения мощности шума в полосе W гц и деления полученной величины на .