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 Δ F {displaystyle Delta F} ;
- Динамический диапазон D = 10 lg P m a x P m i n {displaystyle D=10lg {P_{max} over P_{min}}} ;
- Волновое сопротивление;
- Пропускная способность;
- Помехозащищённость A {displaystyle A} ;
- Объём V k {displaystyle V_{k}} .
Помехоустойчивость
Помехозащищённость A = 10 lg P m i n s i g n a l P n o i s e {displaystyle A=10lg {P_{min~signal} over P_{noise}}} . Где P m i n s i g n a l P n o i s e {displaystyle {P_{min~signal} over P_{noise}}} — минимальное отношение сигнал/шум;
Объём канала
Объём канала V {displaystyle V} определяется по формуле: V k = Δ F k ⋅ T k ⋅ D k {displaystyle V_{k}=Delta F_{k}cdot T_{k}cdot D_{k}} ,
где T k {displaystyle T_{k}} — время, в течение которого канал занят передаваемым сигналом;
Для передачи сигнала по каналу без искажений объём канала V k {displaystyle V_{k}} должен быть больше либо равен объёму сигнала V s {displaystyle V_{s}} , то есть V k ⩾ V s {displaystyle V_{k}geqslant ~V_{s}} . Простейший случай вписывания объёма сигнала в объём канала — это достижение выполнения неравенств Δ F k ⩾ Δ F s {displaystyle Delta F_{k}geqslant ~Delta F_{s}} , T k ⩾ T s {displaystyle T_{k}geqslant ~T_{s}} > и Δ D k ⩾ Δ D s {displaystyle Delta D_{k}geqslant ~Delta D_{s}} . Тем не менее, V k ⩾ V s {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 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 S 2 {displaystyle S_{2}} и S 1 {displaystyle S_{1}} , а также установлению связи между ними, характеризующейся оператором L {displaystyle L} , то есть
S 2 = L ( S 1 ) {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 S 2 {displaystyle S_{2}} является детерминированным, то есть
S 2 ( t ) = γ S 1 ( t − τ ) {displaystyle S_{2}(t)=gamma ~S_{1}(t- au )}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 τ {displaystyle au } является случайной величиной. Например, если входной сигнал S 1 ( t ) {displaystyle S_{1}(t)} является узкополосным, то сигнал S 2 ( t ) {displaystyle S_{2}(t)} на выходе канала с неопределённой фазой сигнала и аддитивным шумом определяется следующим образом:
S 2 ( t ) = γ ( c o s ( θ ) u ( t ) − s i n ( θ ) H ( u ( t ) ) + n ( t ) {displaystyle S_{2}(t)=gamma (cos( heta )u(t)-sin( heta )H(u(t))+n(t)} ,где учтено, что входной сигнал S 1 ( t ) {displaystyle S_{1}(t)} может быть представлен в виде:
S 1 ( t ) = c o s ( θ ) u ( t ) − s i n ( θ ) H ( u ( t ) ) {displaystyle S_{1}(t)=cos( heta )u(t)-sin( heta )H(u(t))} ,где H ( ) {displaystyle H()} — преобразование Гильберта, θ {displaystyle heta } — 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