Что такое помехи в информатике
Виды помех в линиях передачи информации и способы борьбы с ними
на страницах сайта
www.electrosad.ru
В статье «Компьютер как источник помех» я попробовал рассказать о помехах с которыми приходится сталкиваться в ПК. Она была помещена на сайт в 2006 году, но последние неграмотные публикации показали что ее надо доработать, расширив раздел посвященный распространению помех по линиям передачи и борьбе с ними. Это позволит более грамотно применять защиту от помех и избежать терминов «магнитный изолятор», «активный импеданс ферритового элемента».
Современные узлы ПК используют полупроводниковые микросхемы (чипы) выполненные на основе КМОП и подобных структур и по тонким технологическим процессам, поэтому с более высоким быстродействием. Такие структуры имеют высокое входное сопротивление поэтому для исключения искажений сигнала и согласования линий передачи информации на входе ПК применяются согласующие резисторы. Для передачи информации в ПК в основном применяются два типа линий. Это коаксиальные, двухпроводные линии и экранированные двухпроводные линии.
Линии передачи информации
Как уже говорилось выше, для передачи информации в ПК применяются коаксиальные и двухпроводные линии. Последние могут быть как параллельная или скрученная пара. Причем последняя применяется чаще на длинных линиях поскольку меньше излучает вовне и имеет меньшие наводки от внешних источников помех..
Прохождение сигнала по линии
Прохождение сигнала по линии связи показаны на рис 1.
Полезный сигнал идет по линии связи от генератора G к нагрузке R н и показан стрелками. Так передается перепад напряжения. Аналогично передается сигнал и по коаксиальной линии. Только с тем отличием, что одним из проводников (обратным) является оплетка кабеля.
Но коаксиальная линия имеет существенное преимущество. Ее экран (оплетка) хоть и не совершенен, его экранирование имеет величину порядка 30 дб, но существенно ослабляет синфазную помеху (примерно на ту же величину).
Синфазная помеха
Синфазная помеха на двухпроводной линии передачи наводится, как правило, внешним источником помехи и через взаимную емкостную связь между проводниками линии.
Что касается наведенных помех в линиях передачи информации (сигнала) рекомендую почитать книгу (Список литературы [ 6 ] )
Здесь синим цветом показано прохождение полезного (информационного) сигнала по линии, а красным синфазная помеха наведенная на оба проводника линии передачи и распространяющаяся к нагрузке R н. На R н происходит суммирование обоих сигналов, что приводит к искажению сигнала.
Коаксиальная линия
КЛ используется давно и успешно как для передачи импульсных так и радиочастотных сигналов.
Прохождение сигнала по коаксиальной линии показано на рис. 3.
Как уже говорилось выше производимые сейчас гибкие коаксиальные линии имеют степень экранирования по напряженности электрического поля порядка 30 дб. Данной величины эффекта экранирования достаточно чтобы при уровне помех в бытовых, производственных помещениях и внутри ПК можно было считать что синхронные помехи в коаксиальных кабельных линиях передачи информации отсутствуют.
Кроме того на оплетку может наводиться помеха от внешних источников, которая тоже может распространяться по поверхности кабеля и в нагрузке накладываться на полезный сигнал.
Коаксиальная линия, как пишут специалисты по цифровой технике (компьютерщики), имеет существенный недостаток, ее сложно подводить к разъемам. Правда ее сложно подводит к разъемам для этого не предназначенным. Сейчас существуют конструкции разъемов лишенные этого недостатка.
Свойства ферритов
Для работы в устройствах подавления помех в кабельных линиях применяются ферриты, относящиеся к классу материалов называемых магнитодиэлектриками. Даже с большой натяжкой назвать их «магнитными изоляторами» нельзя.
На рис.4 показаны частотные характеристики ферритов.
Зависимость от частоты:
Привожу их для того чтобы Вы поняли, они имеют конечные рабочие частоты. Другие типы ферритов (высокочастотные) имеют другие граничные частоты, но их ход полностью аналогичен.
Вообще ферриты нормально работают до частот сотен мегагерц. Но у таких ферритов низкая диэлектрическая проницаемость μ ‘ и их эффективность при применении в рассматриваемых приложениях снижается.
На частотах до граничной частоты работы феррита они работают в режиме заградительного фильтра (см. далее), а на более высоких частотах ферриты работают на поглощение ВЧ помех и перевода их энергии в тепло. Потому что для частот выше граничной возрастают потери в них за счет появляющихся в них токах.
Борьба с помехами в кабельных линиях
Данное решение является продолжением хорошо известного и показанного на рис. 5.
 |  |
Аналогично выполняется фильтрация линий USB порта непосредственно на системной плате, отличается только тем что помехи фильтруются в 4х проводной линии.
Как в показанном на рис. 5 и 5.1, так и при использовании ферритовых трубок защита осуществляется за счет включения в линию передачи последовательной индуктивности, которая существенно снижает синфазную помеху, но не влияет на сам сигнал. Данное решение аналогично работает и с коаксиальным кабелем, существенно снижая поверхностную волну.
Эффективность ферритового кольца тем выше чем больше витков намотано на нем (чем выше индуктивность).
Главное и ферритовое кольцо и трубка должны находиться как можно ближе к приемнику сигнала. Если линия двунаправленная то надо ставить две ферритовые трубки на концах кабеля, непосредственно у разъемов. Пример такого применения трубок показан ниже.
 |  |
Заключение
Применение описанных фильтров снижает уровень помех излучаемых ПК.
Применив показанное на рис. 5 решение я избавился (по крайней мере вывел за порог слышимости) от нудного гула в колонках.
Виды помех
Понятие помехи
Лекция 3. Дискретный канал с помехами
Цель лекции: ознакомление c понятием помех
г) борьба с помехами.
Помеха – это любое воздействие, накладывающееся на полезный сигнал и затрудняющее его прием. Помехи весьма разнообразны как по своему происхождению, так и по физическим свойствам.
В проводных каналах связи основным видом помех являются импульсные шумы и прерывная связь. Появление импульсных помех часто связано с автоматической коммутацией и с перекрестными наводками. Прерывание связи есть явление, при котором сигнал в линии резко затухает или совсем исчезает.
Практически в любом диапазоне частот имеют место внутренние шумы аппаратуры, обусловленные хаотическим движением носителей заряда в усилительных приборах, сопротивлениях и других элементах аппаратуры. Этот вид помех особенно сказывается в диапазоне ультракоротких волн. В этом диапазоне имеют значение и космические помехи, связанные с электромагнитными процессами, происходящими на Солнце, звездах и других внеземных объектах.
Классификацию помех можно провести по следующим признакам:
— по происхождению (месту возникновения);
— по физическим свойствам;
— по характеру воздействия на сигнал.
К помехам по происхождению в первую очередь относятся внутренние шумы аппаратуры (тепловые шумы) обусловленные хаотическим движением носителей заряда в усилительных приборах, сопротивлениях и других элементах аппаратуры. Случайное тепловое движение носителей заряда в любом проводнике вызывает случайную разность потенциалов на его концах. Среднее значение напряжения равно нулю, а переменная составляющая проявляется как шум. Квадрат эффективного напряжения теплового шума определяется известной формулой Найквиста
где Т- абсолютная температура, которую имеет сопротивление R;
F— полоса частот; k=1,37*10 (-23) Вт.сек/град- постоянная Больцмана.
К помехам по происхождению, во вторую очередь, относятся помехи от посторонних источников, находящихся вне каналов связи:
— атмосферные помехи (громовые разряды, полярное сияние, и др.), обусловленные электрическими процессами в атмосфере;
— индустриальные помехи, возникающие в электрических цепях электроустановок (электротранспорт, электрические двигатели, системы зажигания двигателей, медицинские установки и другие.);
— помехи от посторонних станций и каналов, возникающих от различных нарушений режима их работы и свойств каналов;
— космические помехи, связанные с электромагнитными процессами, происходящими на Солнце, звездах, галактиках и других внеземных объектах.
По физическим свойствам помех различают:
Флуктуационные помехи. Среди аддитивных помех особое место занимает флуктационная помеха, которая является случайным процессом с нормальным распределением (гауссов процесс). Этот вид помех практически имеет место во всех реальных каналах.
Электрическую структуру флуктуационной помехи можно представить себе как последовательность бесконечно коротких импульсов, имеющих случайную амплитуду и следующих друг за другом через случайные промежутки времени. При этом импульсы появляются один за другим настолько часто, что переходные явления в приемнике от отдельных импульсов накладываются, образуя случайный непрерывный процесс.
Так, источником шума в электрических цепях могут быть флуктуации тока, обусловленные дискретной природой носителей заряда (электронов, ионов). Дискретная природа электрического тока проявляется в электронных лампах и полупроводниковых приборах в виде дробового эффекта.
Наиболее распространенной причиной шума являются флуктуации, обусловленные тепловым движением.
Длительность импульсов, составляющих флуктуационную помеху, очень мала, поэтому спектральная плотность помехи постоянна вплоть до очень высоких частот.
К сосредоточенным по времени (импульсным) помехам относят помехи в виде одиночных импульсов, следующих один за другим через такие большие промежутки времени, что переходные явления в радиоприемнике от одного импульса успевают практически затухнуть к моменту прихода следующего импульса.
Сосредоточенные по спектру помехи. К этому виду помех принято относить сигналы посторонних радиостанций, излучения генераторов высокой частоты различного назначения и т. п. В отличие от флуктационных и импульсных помех, спектр которых заполняет полосу частот приёмника, ширина спектра сосредоточенной помехи в большинстве случаев меньше полосы пропускания приёмника. В диапазоне коротких волн этот вид помех является основным, определяющим помехоустойчивость связи.
По характеру воздействияна сигнал различают:
Аддитивной называется помеха, мгновенные значения которой складываются с мгновенными значениями сигнала. Мешающее воздействие аддитивной помехи определяется суммированием с полезным сигналом. Аддитивные помехи воздействует на приемное устройство независимо от сигнала и имеют место даже тогда, когда на входе приемника отсутствует сигнал.
Мультипликативнойназывается помеха, мгновенные значения которой перемножаются с мгновенными значениями сигнала. Мешающее действие мультипликативных помех проявляется в виде изменения параметров полезного сигнала, в основном амплитуды. В реальных каналах электросвязи обычно имеют место не одна, а совокупность помех.
Под искажениямипонимают такие изменения форм сигнала, которые обусловлены известными свойствами цепей и устройств, по которым проходит сигнал. Главная причина искажений сигнала – переходные процессы в линии связи, цепях передатчика и приемника. При этом различают искажения: линейные и нелинейные возникающие в соответствующих линейных и нелинейных цепях. В общем случае искажения отрицательно сказываются на качестве воспроизведения сообщений и не должны превышать установленных значений (норм).
При известных характеристиках канала связи форму сигнала на его выходе всегда можно рассчитать по методике, изложенной в теории линейных и нелинейных цепей. Дальнейшие изменения формы сигнала можно скомпенсировать корректирующими цепями или просто учесть при последующей обработке в приемнике. Это уже дело техники.
— подавление помех в месте их возникновения. Это достаточно эффективное и широко применяемое мероприятие, но не всегда приемлемо. Ведь существуют источники помех, на которые воздействовать нельзя (грозовые разряды, шумы Солнца и др.);
— уменьшение помех на путях проникновения в приемник;
— ослабление влияния помех на принимаемое сообщение в приемнике, демодуляторе, декодере. Именно это направление для нас является предметом изучения.
Основные виды помех и искажений в системах связи.
Помехи в системах связи
Внешние помехи принимаются антенной вместе с полезным сигналом и создаются:
а) электромагнитными процессами, происходящими в атмосфере, ионосфере и космическом пространстве;
б) электроустановками и соседними р/станциями;
в) средствами постановки преднамеренных помех.
Внутренние помехи локализованы в различных элементах системы радиосвязи (флуктуационные шумы ламп и полупроводниковых приборов, нестабильность питающих напряжений и т.п.). Характеристики внутренних помех приемного устройства обычно пересчитываются к его входу.
Внутренние и внешние помехи являются аддитивными, когда на входе ПрУ сигнал представляется в виде:
А. К Флуктуационным помехам (ФП) относятся шумы приемника и шумы среды распространения сигнала. Их спектр на входе ПУ обычно шире полосы пропускания ПУ. Плотность вероятности ФП часто является нормальной. В большинстве случаев ее принимают как аддитивный БГШ.
Б. Импульсные помехи представляют собой непериодическую последовательность одиночных радиоимпульсов и создаются атмосферными и промышленными источниками помех. (В некоторых случаях посторонними каналами связи).
Искажения сигналов в линиях связи
Искажения сигналов в ЛС обусловлены хаотическим изменением коэффициента передачи физической среды, в которой распространяется сигнал. Изменения коэффициента проявляется в флуктуациях амплитуды и фазы в точке приема. В КВ и УКВ диапазонах частот возникают искажения сигналов в виде замираний, обусловленных многолучевостью распространения сигналов. Обычно такие искажения называют мультипликативной помехой. В этом случае радиосигнал представляется в виде произведения
передаваемого сигнала S(t), и помехи m(t).
В общем случае на полезный сигнал воздействуют аддитивная и мультипликативная помехи.
Речевые сообщения и методы их преобразования
Звуки речи образуются в результате прохождения воздушного потока из легких через голосовые связки, полость рта и носа. Спектральная плотность речевого процесса S(t), определенная экспериментально, представлена на рисунке 1.
Она достигает максимального значения на частоте 500 Гц. Ширина спектра на уровне 0,5 составляет примерно 3 КГц (DF=3400-3100) для служебной связи. В радиовещании художественных программ (КВ) – 50-4500 Гц, в УКВ спектр ТЛФ КС – 30-10000 Гц.
Возможные способы передачи речи делятся на:
Непосредственная передача речевого сообщения может осуществляться по аналоговым, импульсным и цифровым каналам. В аналоговых КС сигналом является гармоническое колебание, один из параметров которого (амплитуда, частота, фаза) изменяется по закону речевого сообщения. При передаче речевых сообщений по импульсным КС по закону речевого процесса изменяются параметры радиоимпульсов (амплитуда, длительность и время появления). В цифровых КС непрерывные речевые сообщения передаются с помощью цифровых сигналов.
Передача с предварительным преобразованием речевого сигнала осуществляется по каналам связи, имеющим физические ограничения, в частности малую полосу пропускания (скорость передачи информации). Для этого аналоговый сигнал предварительно искажается в основном двумя путями:
Помехи и искажения в каналах связи: виды, действие помех
Помехи и искажения в каналах связи
В процессе прохождения по реальным каналам связи сигналы подвергаются искажениям, поэтому получаемые сообщения воспроизводятся с некоторыми ошибками. Эти ошибки обусловлены характеристиками тракта передачи, а также помехами, воздействующими на сигнал. Изменение характеристик тракта, как правило, имеет регулярный характер, и поэтому их можно в большинстве случаев устранить посредством соответствующей коррекции. Помехи же, воздействующие на сигнал, имеют случайный характер, т. е. они заранее неизвестны и потому их влияние нельзя полностью устранить.
«Помехой» принято называть любое случайное воздействие на сигнал, которое снижает достоверность воспроизведения передаваемых сообщений. Существующие помехи весьма разнообразны по своей природе и физическому воздействию.
Виды радиоканальных помех
В каналах проводной связи основными видами помех являются импульсные шумы и прерывание связи. Импульсные шумы возникают при автоматической коммутации и вследствие перекрестных наводок. «Прерыванием связи» называется явление, при котором сигнал либо резко затухает, либо совсем пропадает, например из-за нарушения контактов при соединении.
Все указанные помехи относятся к «внешним» помехам, однако имеются и «внутренние» помехи, возникающие в аппаратуре, например в усилителях и преобразователях частоты. Внутренние помехи обусловлены, главным образом, наличием тепловых шумов — хаотического движения носителей заряда (электронов) в проводниках. Эти помехи принципиально неустранимы.
В общем случае влияние помех на полезный сигнал можно представить в виде оператора
В зависимости от характера взаимодействия с сигналом помехи подразделяются на аддитивные и мультипликативные.
«Аддитивной» называется помеха, которая при образовании выходного сигнала представляется в виде слагаемого:
«Мультипликативной» называется помеха, которая при образовании выходного сигнала представляется в виде множителя входного сигнала:
Z(t) = S(t) K(t),
где K(t) — некоторый случайный процесс.
Примером мультипликативной помехи являются замирания, заключающиеся в случайном изменении уровня и соответственно мощности сигнала из-за непостоянства условий распространения радиоволн. В проводных каналах мультипликативной помехой может быть прерывание связи, при котором сигнал в линии резко затухает.
К аддитивным помехам можно отнести все рассмотренные виды внешних и внутренних помех.
В реальных каналах имеются и аддитивные, и мультипликативные помехи, поэтому в них Z(t) = S(t) K(t) + n(t).
Рис. 1.6. Схема действия помех в линии связи
Схема действия помех в линии связи показана на рис. 1.6.
В заключение отметим, что между сигналом и помехой отсутствует принципиальное различие. Более того, они существуют как единое целое, хотя и противоположны по своему действию. Например, излучение передатчика радиостанции, являясь полезным для приемника того абонента, которому оно предназначено, одновременно может служить помехой для приемников тех абонентов, которым оно не предназначено.
Помехи
Полезное
Смотреть что такое «Помехи» в других словарях:
Помехи — появление в процессе коммуникации незапланированных вмешательств среды или искажений, в результате чего к получателю поступает сообщение, отличное от того, что посылал отправитель. См. также: Сигналы Радиоэлектронные шумы Финансовый словарь Финам … Финансовый словарь
помехи — шум, радиопомехи, фон Словарь русских синонимов. помехи сущ., кол во синонимов: 2 • фон (26) • шум (96) … Словарь синонимов
помехи — Возмущения в канале связи, искажающие передаваемый сигнал. [Е.С.Алексеев, А.А.Мячев. Англо русский толковый словарь по системотехнике ЭВМ. Москва 1993] помехи 1. В теории информации — причина отклонений воспринятой информации от переданной… … Справочник технического переводчика
Помехи — [noise, disturbance] 1. В теории информации причина отклонений воспринятой информации от переданной по каналу связи источником этой информации. 2. В экономико математическом моделировании П. часто рассматриваются как элемент модели, условно… … Экономико-математический словарь
Помехи — (ШУМЫ) (в рекламе) элемент рекламной коммуникации, появление в процессе коммуникации незапланированных вмешательств со стороны среды или искажений, в результате чего к получателю поступает рекламное обращение, отличное от того, которое посылал… … Реклама и полиграфия
Помехи — 16.5.7 Помехи Не должны приниматься во внимание попадающие в предписанное выше поле обзора, помехи, создаваемые кузовом и некоторыми его элементами, такими как ручки дверей, габаритные огни, указатели поворотов, оконечности заднего бампера и т. д … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Помехи — Электромагнитная помеха нежелательное физическое явление или воздействие электрических, магнитных или электромагнитных полей, электрических токов или напряжений внешнего или внутреннего источника, которое нарушает нормальную работу технических… … Википедия
помехи — trukdžiai statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. disturbances; interference vok. Störungen, f rus. помехи, f pranc. brouillages, m; interférences, f; parasites, m … Automatikos terminų žodynas
помехи — trukdžiai statusas T sritis chemija apibrėžtis Veiksniai, iškraipantys informaciją teikiantį signalą. atitikmenys: angl. disturbance; interference rus. помехи … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas
помехи — trukdžiai statusas T sritis Gynyba apibrėžtis Reiškiniai, trukdantys technikai normaliai veikti, sukeliantys nustatytų parametrų nuokrypius. Karo technikoje jie trukdo aptikti ir atpažinti taikinį, nustatyti jų koordinates, juos rūšiuoti ir sekti … Artilerijos terminų žodynas