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 $~V$ 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

• 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. 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 $~S_{2}$ 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.

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 / 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