Канал связи

Канал связи (англ. channel, data line) — система технических средств и среда распространения сигналов для передачи сообщений (не только данных) от источника к получателю (и наоборот). Канал связи, понимаемый в узком смысле (тракт связи), представляет только физическую среду распространения сигналов, например, физическую линию связи.

Характеристики

Используют следующие характеристики канала

• Эффективно передаваемая полоса частот $~\Delta F$;
• Динамический диапазон $~D = 10 \lg {P_{max} \over P_{min}}$;
• Волновое сопротивление;
• Пропускная способность;
• Помехозащищённость $~A$
• объём $~V_k$

Помехозащищённость

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

Объём канала

Объём канала $~V$^[1] определяется по формуле: $~V_k=\Delta F_k\cdot T_k\cdot D_k$,

где $~T_k$ — время, в течение которого канал занят передаваемым сигналом;

Для передачи сигнала по каналу без искажений объём канала $~V_k$ должен быть больше либо равен объёму сигнала $~V_s$, т.е. $~V_k \geqslant ~V_s$. Простейший случай вписывания объёма сигнала в объём канала - это достижение выполнения неравенств $~\Delta F_k\geqslant~\Delta F_s$, $~T_k \geqslant~T_s$> и $~\Delta D_k \geqslant~\Delta D_s$. Тем не менее, $~V_k \geqslant ~V_s$ 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 как 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 $~S_2$ и $~S_1$, а также установлению связи между ними, характеризующейся оператором $~L$, т.е.

$~S_2= L(S_1)$.

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 $~S_2$ является детерминированным, т.е.

$~S_2(t)=\gamma ~S_1(t-\tau)$

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 $\tau$ является случайной величиной. Например, если входной сигнал $~S_1(t)$ является узкополосным, то сигнал $~S_2(t)$ на выходе канала с неопределённой фазой сигнала и аддитивным шумом определяется следующим образом:

$~S_2(t)=\gamma (cos(\theta) u(t)-sin(\theta) H(u(t)) + n(t)$,

где учтено, что входной сигнал $~S_1(t)$ может быть представлен в виде:

$~S_1(t)=cos(\theta) u(t)-sin(\theta) H(u(t))$,

где $H()$ - преобразование Гильберта, $\theta$ - случайная фаза, распределение которой считается обычно равномерным на интервале $[0, \pi]$.

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, т.е. 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

1. ↑ Автор называет объём канала также ёмкостью. См. Зюко А. Г., Кловский Д.Д., Коржик В. И., Назаров М.В., 1.2 Системы, каналы и сети связи // Теория электрической связи / Под ред. Д. Д. Кловского. — Учебник для ВУЗов. — М.: Радио и связь, 1999. — С. 15. — 432 с.
2. ↑ Зюко А. Г., Кловский Д.Д., Коржик В. И., Назаров М.В., 1.2 Системы, каналы и сети связи // Теория электрической связи / Под ред. Д. Д. Кловского. — Учебник для ВУЗов. — М.: Радио и связь, 1999. — С. 14-15. — 432 с.
3. ↑ Зюко А. Г., Кловский Д.Д., Коржик В. И., Назаров М.В., 1.2 Системы, каналы и сети связи // Теория электрической связи / Под ред. Д. Д. Кловского. — Учебник для ВУЗов. — М.: Радио и связь, 1999. — С. 126. — 432 с.
4. ↑ Зюко А. Г., Кловский Д.Д., Коржик В. И., Назаров М.В., 1.2 Системы, каналы и сети связи // Теория электрической связи / Под ред. Д. Д. Кловского. — Учебник для ВУЗов. — М.: Радио и связь, 1999. — С. 128. — 432 с.
5. ↑ Зюко А. Г., Кловский Д.Д., Коржик В. И., Назаров М.В., 1.2 Системы, каналы и сети связи // Теория электрической связи / Под ред. Д. Д. Кловского. — Учебник для ВУЗов. — М.: Радио и связь, 1999. — С. 152. — 432 с.

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. — Пер. с англ. // Под ред. Д. Д. Кловского. — М.: Радио и связь, 2000. — 800 с. — ISBN 5-256-01434-X
• Скляр Б. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение. — Пер. с англ. — М.: Издательский дом «Вильямс», 2003. — 1104 с. — ISBN 5-8459-0497-8
• Феер К. Беспроводная цифровая связь: методы модуляции. — Пер. с англ. // Под. ред. В. И. Журавлёва. — М.: Радио и связь, 2000. — 520 с. — ISBN 5-256-01444-7

Ссылки

• Передача и кодирование информации
• Большая советская энциклопедия

Для улучшения этой статьи желательно?: Проставив сноски, внести более точные указания на источники.