Канал связи

Канал связи (англ. channel, data line) — система технических средств и среда распространения сигналов для односторонней^{[источник?]} передачи данных (информации) от отправителя (источника) к получателю (приёмнику). В случае использования проводной линии связи, средой распространения сигнала может являться оптическое волокно или витая пара. Канал связи является составной частью канала передачи данных.

Характеристики

Используют следующие характеристики канала

• Эффективно передаваемая полоса частот ${\displaystyle \Delta F}$;
• Динамический диапазон ${\displaystyle D=10\lg {P_{max} \over P_{min}}}$;
• Волновое сопротивление;
• Пропускная способность;
• Помехозащищённость ${\displaystyle A}$;
• Объём ${\displaystyle V_{k}}$.

Помехоустойчивость

Помехозащищённость ${\displaystyle A=10\lg {P_{min~signal} \over P_{noise}}}$. Где ${\displaystyle {P_{min~signal} \over P_{noise}}}$ — минимальное отношение сигнал/шум;

Объём канала

Объём канала ${\displaystyle V}$^[1] определяется по формуле: ${\displaystyle V_{k}=\Delta F_{k}\cdot T_{k}\cdot D_{k}}$,

где ${\displaystyle T_{k}}$ — время, в течение которого канал занят передаваемым сигналом;

Для передачи сигнала по каналу без искажений объём канала ${\displaystyle V_{k}}$ должен быть больше либо равен объёму сигнала ${\displaystyle V_{s}}$, то есть ${\displaystyle V_{k}\geqslant ~V_{s}}$. Простейший случай вписывания объёма сигнала в объём канала — это достижение выполнения неравенств ${\displaystyle \Delta F_{k}\geqslant ~\Delta F_{s}}$, ${\displaystyle T_{k}\geqslant ~T_{s}}$> и ${\displaystyle \Delta D_{k}\geqslant ~\Delta D_{s}}$. Тем не менее, ${\displaystyle V_{k}\geqslant ~V_{s}}$ может выполняться и в других случаях, что даёт возможность добиться требуемых характеристик канала изменением других параметров. Например, с уменьшением диапазона частот можно увеличить полосу пропускания.

Классификация

Существует множество видов каналов связи, среди которых наиболее часто выделяют каналы проводной связи (воздушные, кабельные, световодные и др.) и каналы радиосвязи (тропосферные, спутниковые и др.). Такие каналы в свою очередь принято квалифицировать на основе характеристик входного и выходного сигналов, а также по изменению характеристик сигналов в зависимости от таких явлений, происходящих в канале, как замирания и затухание сигналов.

По типу среды распространения каналы связи делятся на проводные, акустические, оптические, инфракрасные и радиоканалы.

Каналы связи также классифицируют на^[2]

• непрерывные (на входе и выходе канала — непрерывные сигналы),
• дискретные или цифровые (на входе и выходе канала — дискретные сигналы),
• непрерывно-дискретные (на входе канала — непрерывные сигналы, а на выходе — дискретные сигналы),
• дискретно-непрерывные (на входе канала — дискретные сигналы, а на выходе — непрерывные сигналы).

Каналы могут быть линейными и нелинейными, временными и пространственно-временными^[3]. Возможна классификация каналов связи по диапазону частот.

Модели канала связи

Канал связи описывается математической моделью^[4], задание которой сводится к определению математических моделей выходного и входного ${\displaystyle S_{2}}$ и ${\displaystyle S_{1}}$, а также установлению связи между ними, характеризующейся оператором ${\displaystyle L}$, то есть

${\displaystyle S_{2}=L(S_{1})}$.

По типу замирания сигнала модели канала связи делятся на гауссовские, релеевские, райссовские и с замираниями, моделируемые с помощью распределения Накагами.

Модели непрерывных каналов

Модели непрерывных каналов можно классифицировать на модель канала с аддитивным гауссовским шумом, модель канала с неопределенной фазой сигнала и аддитивным шумом и модель канала с межсимвольной интерференцией и аддитивным шумом.

Модель идеального канала

Модель идеального канала используется тогда, когда можно пренебречь наличием помех. При использовании этой модели выходной сигнал ${\displaystyle S_{2}}$ является детерминированным, то есть

${\displaystyle S_{2}(t)=\gamma ~S_{1}(t-\tau )}$

где γ — константа, определяющая коэффициент передачи, τ — постоянная задержка.

Модель канала с неопределённой фазой сигнала и аддитивным шумом

Модель канала с неопределённой фазой сигнала и аддитивным шумом отличается от модели идеального канала тем, что ${\displaystyle \tau }$ является случайной величиной. Например, если входной сигнал ${\displaystyle S_{1}(t)}$ является узкополосным, то сигнал ${\displaystyle S_{2}(t)}$ на выходе канала с неопределённой фазой сигнала и аддитивным шумом определяется следующим образом:

${\displaystyle S_{2}(t)=\gamma (cos(\theta )u(t)-sin(\theta )H(u(t))+n(t)}$,

где учтено, что входной сигнал ${\displaystyle S_{1}(t)}$ может быть представлен в виде:

${\displaystyle S_{1}(t)=cos(\theta )u(t)-sin(\theta )H(u(t))}$,

где ${\displaystyle H()}$ — преобразование Гильберта, ${\displaystyle \theta }$ — случайная фаза, распределение которой считается обычно равномерным на интервале [0, 2 pi]

Модель канала с межсимвольной интерференцией и аддитивным шумом

Модель канала с межсимвольной интерференцией и аддитивным шумом учитывает появление рассеяния сигнала во времени из-за нелинейности фазо-частотной характеристики канала и ограниченности его полосы пропускания, то есть например, при передаче дискретных сообщений через канал на значение выходного сигнала будут влиять отклики канала не только на переданный символ, но и на более ранние или более поздние символы. В радиоканалах на возникновение межсимвольной интерференции влияет многолучёвое распространение радиоволн.

Модели дискретных каналов связи

Для задания модели дискретного канала необходимо определить множество входных и выходных кодовых символов, а также множество условных вероятностей выходных символов при заданных входных^[5].

Модели дискретно-непрерывных каналов связи

Также существуют модели дискретно-непрерывных каналов связи

См. также

• Основной цифровой канал
• Двоичный симметричный канал
• Широковещательный канал
• Скрытый канал

Примечания

Литература

• Зюко А. Г., Кловский Д.Д., Коржик В. И., Назаров М.В.,. Теория электрической связи / Под ред. Д. Д. Кловского. — Учебник для ВУЗов. — М.: Радио и связь, 1999. — 432 с. — ISBN 5-256-01288-6.
• Радиотехника / Под ред. Мазора Ю.Л., Мачусского Е.А., Правды В.И.. — Энциклопедия. — М.: ИД «Додэка-XXI», 2002. — С. 488. — 944 с. — ISBN 5-94120-012-9.
• Прокис, Дж. Цифровая связь = Digital Communications / Кловский Д. Д.. — М.: Радио и связь, 2000. — 800 с. — ISBN 5-256-01434-X.
• Скляр Б. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение = Digital Communications: Fundamentals and Applications. — 2-е изд. — М.: Вильямс, 2007. — 1104 с. — ISBN 0-13-084788-7.
• Феер К. Беспроводная цифровая связь. Методы модуляции и расширения спектра = Wireless Digital Communications: Modulation and Spread Spectrum Applications. — М.: Радио и связь, 2000. — 552 с. — ISBN 5-256-01444-7.

Ссылки

• Передача и кодирование информации
• Канал связи — статья из Большой советской энциклопедии.