Ответьте на вопросы, страница 93 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

Ответьте на вопросы

1. Почему короткие волны не могут обеспечить уверенного приема радиосигнала?

2. Почему аналоговая связь ограничивает число каналов связи?

1. Почему короткие волны не могут обеспечить уверенного приема радиосигнала?

Короткие волны (КВ) в диапазоне частот от 3 до 30 МГц распространяются на сверхдальние расстояния преимущественно за счет отражения от ионосферы — ионизированных слоев верхней атмосферы. Однако именно этот механизм распространения и является причиной нестабильности и неуверенности приема. Существует несколько ключевых факторов:
Изменчивость ионосферы: Состояние ионосферы, ее плотность и высота отражающих слоев, постоянно меняется. Эти изменения зависят от времени суток (днем и ночью ионосфера ведет себя по-разному), времени года, географического положения и, что наиболее важно, от уровня солнечной активности. Во время солнечных вспышек или магнитных бурь связь на коротких волнах может как резко улучшиться, так и полностью пропасть на многие часы.
Многолучевое распространение (Multipath propagation): Сигнал от передатчика к приемнику может прийти несколькими путями одновременно: например, после одного отражения от ионосферы, после двух, после отражения от ионосферы и поверхности Земли и т.д. Эти "лучи" проходят разное расстояние и приходят в точку приема с небольшой временной задержкой и в разных фазах. Складываясь, они создают интерференционную картину, которая приводит к быстрым и глубоким замираниям (федингу) сигнала. В результате громкость и разборчивость принимаемого сигнала могут постоянно и непредсказуемо меняться.
Высокий уровень шума и помех: Коротковолновый диапазон сильно подвержен атмосферным шумам, главным источником которых являются грозовые разряды по всему земному шару. Также на качество приема влияют промышленные (индустриальные) помехи от различного электрооборудования. Эти шумы и помехи особенно заметны при приеме слабого, многократно отраженного сигнала, что еще больше ухудшает его качество.
Поглощение сигнала: В зависимости от частоты, времени суток и состояния ионосферы, радиоволны могут не только отражаться, но и сильно поглощаться, теряя свою энергию. Это приводит к значительному затуханию сигнала.

Ответ: Уверенный прием радиосигнала на коротких волнах невозможен из-за постоянной и непредсказуемой изменчивости ионосферы, которая служит основной средой для их распространения. Это приводит к многолучевому распространению, вызывающему замирания сигнала, а также к его сильному затуханию. Вдобавок, высокий уровень атмосферных и промышленных шумов в этом диапазоне еще больше ухудшает качество связи.

2. Почему аналоговая связь ограничивает число каналов связи?

Аналоговая связь ограничивает число доступных каналов из-за неэффективного использования выделенного частотного спектра. Это происходит по трем основным причинам:
Большая ширина канала: В аналоговой связи информация кодируется путем непрерывного изменения параметра несущей волны (амплитуды, частоты или фазы). Для передачи аналогового сигнала без существенных искажений, особенно если это сигнал с широким спектром, как музыка или изображение, требуется относительно широкая полоса частот. Например, один аналоговый телевизионный канал занимает полосу в 6-8 МГц.
Необходимость защитных интервалов: Чтобы соседние аналоговые каналы не создавали взаимных помех (не было "переползания" сигнала из одного канала в другой), между ними необходимо оставлять пустые "защитные" частотные интервалы (guard bands). Эти интервалы не несут полезной информации, но занимают часть драгоценного спектра, тем самым уменьшая общее число каналов, которые можно разместить в выделенном диапазоне. Количество каналов $\text{N}$ можно грубо оценить по формуле: $N \approx \frac{BW_{общая}}{BW_{канала} + BW_{защиты}}$, где $\text{BW}$ — ширина полосы. Эта формула наглядно показывает, что защитные интервалы снижают общую емкость системы.
Низкая помехоустойчивость: Аналоговый сигнал очень уязвим для шума и помех. Любая помеха, попавшая в полосу пропускания канала, смешивается с полезным сигналом и искажает его. В приемнике невозможно полностью отделить исходный сигнал от добавленного шума. Это требует поддержания высокого соотношения сигнал/шум, что, в свою очередь, ограничивает возможность плотного размещения каналов.
Для сравнения, цифровая связь использует спектр намного эффективнее за счет сжатия данных, применения помехоустойчивого кодирования и использования сложных видов модуляции и методов множественного доступа (TDMA, FDMA, CDMA), что позволяет разместить в той же полосе частот значительно большее число каналов.

Ответ: Аналоговая связь ограничивает число каналов, так как каждый канал требует широкой полосы частот, а между каналами необходимо создавать защитные интервалы для предотвращения помех. Оба этих фактора приводят к неэффективному использованию ограниченного частотного ресурса по сравнению с цифровыми системами.