1.6. Проблема помехоустойчивости канала связи

Ранее уже отмечалось, что радиотехника занимается передачей информации. Комплекс устройств, используемых для передачи информации от ее источника до получателя (а также разделяющая их среда), образует канал связи. От канала связи требуется по возможности полная передача информации. Потери информации могут вызываться искажениями сигналов из-за несовершенства отдельных элементов канала, а также из-за помех.

Помехи возникают во всех элементах канала связи: как в среде, используемой для передачи сигнала от передатчика к приемнику, так и в технических устройствах, выполняющих необходимые преобразования сигнала. В первом случае помехи называются внешними, во втором - внутренними.

Внешние помехи образуются из-за различных атмосферных явлений (молниевые разряды, электризация частиц за счет трения их друг о друга и об антенну и т. д.) и шумов космического происхождения (радиоизлучение Солнца и звезд) или являются индустриальными (искрение в токосъемных механизмах, при электросварке, при включении и выключении агрегатов и сетей, при работе систем зажигания в двигателях внутреннего сгорания и т. д.). Помехи радиоприему создает работа медицинского оборудования - рентгеновских установок, физиотерапевтических устройств. Помехи образуются сигналами от радиоустройств, работающих на близких частотах. Помехи могут быть также умышленными, создаваемыми средствами радиопротиводействия.

Внутренние (или собственные) шумы, обязанные своим возникновением дискретной природе заряженных частиц, образуются из-за теплового движения этих частиц в элементах электрических цепей, из-за дробового эффекта в электронных приборах и ряда других явлений, имеющих место при работе радиотехнических устройств. Особенно сильно действие внутренних шумов проявляется при большом усилении сигнала, что имеет место при приеме слабых сигналов. Одновременно с полезным сигналом усиливаются и шумы, которые могут по интенсивности оказаться соизмеримыми с сигналом, в результате чего последний окажется частично или полностью замаскированным.

Наиболее радикальным средством борьбы с помехами является их уничтожение или ослабление в месте возникновения. Для этого (применительно к источникам индустриальных помех) следует улучшать состояние контактов, использовать экранирование, включение искрогасящих устройств, специальных фильтров и т. д. Помехи от радиоустройств устраняют рациональным размещением (распределением) частот, регламентируемым специальными международными соглашениями, улучшением качества передачи в результате уменьшения нежелательного (паразитного) излучения, увеличением стабильности несущей частоты, применением направленных антенн и т. д. Все это позволяет в какой-то мере разрешить проблему "тесноты в эфире". Следует также по возможности выбирать частотный диапазон, в котором шумы минимальны.

Принципиально наиболее сложной является задача ослабления собственных шумов, но и здесь можно существенно уменьшить их интенсивность, применяя усилительные устройства, работающие в режиме глубокого (например, до температуры жидкого гелия) охлаждения, в результате чего снижается интенсивность теплового движения частиц. Тем не менее, несмотря на все эти меры, полностью избавиться от помех невозможно. Всегда остаются собственные шумы той или иной интенсивности, шумы Галактики и других источников космического радиоизлучения, атмосферные помехи и т. п. Опасность искажений сигнала из-за наличия помех заключается в том, что из-за случайного характера помех однозначное соответствие принятого сигнала и посланного сообщения нарушается и становится лишь более или менее вероятным. Возникают ошибки при приеме: замена одного сообщения (того, которое в действительности передано) другим возможным, которое в этом случае будет доставлять ложную информацию. Таким образом, у получателя сообщений отсутствует полная уверенность в достоверности принятого сообщения, прием становится ненадежным. Поэтому центральной проблемой радиотехники была и остается проблема помехоустойчивости связи. Система связи должна быть спроектирована так, чтобы она обладала способностью наилучшим образом противостоять мешающему действию помех. Проблема помехоустойчивости радиосвязи включает в себя большое число других проблем, охватывающих все разделы радиотехники: генерирование мощных колебаний, освоение и выбор волн, обеспечивающих благоприятные условия распространения, использование антенн направленного действия, поиски новых видов радиосигналов и новых способов их обработки на фоне помех и т. д.

В связи с тем, что любые помехи, как правило, представляют собой случайные процессы, успешное решение проблемы помехоустойчивости немыслимо без привлечения методов теории вероятностей и теории случайных функций. Значение этих методов для радиотехники особенно возросло после создания общей теории связи, которая, по существу, есть статистическая теория.