Канал связи

Канал связи (англ. channel, data line) — система технических средств и среда распространения сигналов для односторонней 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 [math]\displaystyle{ \Delta F }[/math];
• Динамический диапазон [math]\displaystyle{ D = 10 \lg {P_{max} \over P_{min}} }[/math];
• Волновое сопротивление;
• Пропускная способность;
• Помехозащищённость [math]\displaystyle{ A }[/math];
• Объём [math]\displaystyle{ V_k }[/math].

Помехоустойчивость

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

См. также: Теория потенциальной помехоустойчивости

Объём канала

Объём канала [math]\displaystyle{ V }[/math] определяется по формуле: [math]\displaystyle{ V_k=\Delta F_k\cdot T_k\cdot D_k }[/math],

где [math]\displaystyle{ T_k }[/math] — время, в течение которого канал занят передаваемым сигналом;

Для передачи сигнала по каналу без искажений объём канала [math]\displaystyle{ V_k }[/math] должен быть больше либо равен объёму сигнала [math]\displaystyle{ V_s }[/math], то есть [math]\displaystyle{ V_k \geqslant ~V_s }[/math]. Простейший случай вписывания объёма сигнала в объём канала — это достижение выполнения неравенств [math]\displaystyle{ \Delta F_k\geqslant~\Delta F_s }[/math], [math]\displaystyle{ T_k \geqslant~T_s }[/math]> и [math]\displaystyle{ \Delta D_k \geqslant~\Delta D_s }[/math]. Тем не менее, [math]\displaystyle{ V_k \geqslant ~V_s }[/math] 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 классифицировать 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

• 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. Возможна классификация каналов связи по диапазону частот.

Модели канала связи

Канал связи описывается математической моделью, задание которой сводится к определению математических моделей выходного и входного [math]\displaystyle{ S_2 }[/math] и [math]\displaystyle{ S_1 }[/math], а также установлению связи между ними, характеризующейся оператором [math]\displaystyle{ L }[/math], то есть

[math]\displaystyle{ S_2= L(S_1) }[/math].

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 [math]\displaystyle{ S_2 }[/math] является детерминированным, то есть

[math]\displaystyle{ S_2(t)=\gamma ~S_1(t-\tau) }[/math]

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 [math]\displaystyle{ \tau }[/math] является случайной величиной. Например, если входной сигнал [math]\displaystyle{ S_1(t) }[/math] является узкополосным, то сигнал [math]\displaystyle{ S_2(t) }[/math] на выходе канала с неопределённой фазой сигнала и аддитивным шумом определяется следующим образом:

[math]\displaystyle{ S_2(t)=\gamma (cos(\theta) u(t)-sin(\theta) H(u(t)) + n(t) }[/math],

где учтено, что входной сигнал [math]\displaystyle{ S_1(t) }[/math] может быть представлен в виде:

[math]\displaystyle{ S_1(t)=cos(\theta) u(t)-sin(\theta) H(u(t)) }[/math],

где [math]\displaystyle{ H() }[/math] — преобразование Гильберта, [math]\displaystyle{ \theta }[/math] — 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.

Модели дискретно-непрерывных каналов связи

Также существуют модели дискретно-непрерывных каналов связи

См. также

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

Литература

• Зюко А. Г., Кловский Д. Д., Коржик В. И., Назаров М. В. Теория электрической связи. Учебник для вузов / Под ред. Д. Д. Кловского. — М.: Радио и связь, 1999. — 432 с. — ISBN 5-256-01288-6.
• Радиотехника : Энциклопедия / Под ред. Ю. Л. Мазора, Е. А. Мачусского, В. И. Правды. — М.: Додэка-XXI, 2002. — С. 488. — 944 с. — ISBN 5-94120-012-9.
• Прокис Дж. Цифровая связь = Digital Communications / 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 = 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.