Канал связи

Канал связи — совокупность технических средств для передачи информации от отправителя (от оконечного устройства) к получателю (к другому оконечному устройству). Техническими средствами являются усилители, различного рода преобразователи, электрические фильтры, кабели, антенны и другие устройства. Информация по каналу связи может передаваться в один или несколько пунктов, расположенных по пути следования сигнала, или по разветвлённой сети пунктовШаблон:Sfn.

В зависимости от среды распространения различают каналы связи проводные (воздушные, кабельные, в том числе волоконно-оптические) и беспроводные (радиоканалы и оптические каналы). Связь между значительно удалёнными оконечными устройствами (дальняя связь) обычно осуществляется по составным каналам, включающих проводные и беспроводные каналыШаблон:Sfn.

Терминологические особенности

В зависимости от контекста синонимом термина канал связи может быть термин линия связи. Вместе с тем линия связи рассматривается как составная часть канала связи — иногда в состав протяжённого канала связи включается несколько линий связи разных типов (проводные и беспроводные). Кроме того, часто одна и та же линия связи применяется для передачи сигналов, принадлежащих нескольким каналам связиШаблон:Sfn.

В канале связи сигнал передаётся от некоторой точки A системы связи до точки B, при этом точки A и B могут быть выбраны произвольно, лишь бы между ними проходил сигнал. Часть системы связи, расположенная до точки A, является источником сигнала для этого каналаШаблон:Sfn.

Классификация

Каналы связи в зависимости от среды распространения:

• проводные: воздушные, кабельные, в том числе волоконно-оптическиеШаблон:Sfn;
• беспроводные:
  • радиоканалы: наземные, атмосферные (использующие свойства атмосферы на разных высотах, например, тропосферное и ионосферное распространение), спутниковые, космические;
  • оптические каналыШаблон:Sfn;
  • инфракрасные каналы.

Каналы связи в зависимости от направления передачи информацииШаблон:Sfn:

• симплексные — сигнал передаётся только в одном направлении (например, телевизионные каналы);
• полудуплексные — сигнал передаётся в обоих направлениях поочерёдно;
• дуплексные — сигнал передаётся одновременно в обоих направлениях (например, телефонные каналы).

Характерные виды сигналов

Каналы связи:

• по характеру передаваемых сигналовШаблон:Sfn (или в зависимости от методов передачи сигналов):
  • аналоговые;
  • цифровые;
• по характеру уровня передаваемого сигналаШаблон:Sfn:
  • непрерывные — входной и выходной сигналы непрерывные (по уровню);
  • дискретные — входной и выходной сигналы дискретные (по уровню);
  • непрерывно-дискретные — входной сигнал непрерывный, а выходной — дискретный;
  • дискретно-непрерывные — входной сигнал дискретный, а выходной — непрерывный.

В зависимости от назначения каналы связи могут разделяться на телеграфные, фототелеграфные, телефонные, звукового вещания, передачи данных, телевизионного вещания, телеметрические, смешанные и другиеШаблон:Sfn.

Характеристики

Используют следующие характеристики канала:

• Время, в течение которого по каналу возможна передача $T_k$;
• Полоса пропускания $\mathrm{\Delta }{F}_k$;
• Динамический диапазон $D_k$;
• Объём $V_k$Шаблон:Sfn;
• Пропускная способность.

Объём канала

Объём канала (ёмкость канала) $V_k$ определяется по формуле: $V_k=T_k\cdot \mathrm{\Delta }{F}_k\cdot D_k$Шаблон:Sfn.

Для передачи сигнала по каналу без искажений объём канала $V_k$ должен быть больше объёма сигнала $V_c$, то есть $V_k>V_c$. Объем сигнала рассчитывается по формуле: $V_c=T_c\cdot \mathrm{\Delta }{F}_c\cdot D_c$, где $T_c$ — длительность сигнала, $\mathrm{\Delta }{F}_c$ — ширина спектра сигнала, $D_c$ — динамический диапазон сигналаШаблон:Sfn.

Простейший случай вписывания объёма сигнала в объём канала — это достижение выполнения неравенств $T_k>T_c$, $\mathrm{\Delta }{F}_k>\mathrm{\Delta }{F}_c$, $D_k>D_c$. Тем не менее, $V_k>V_c$ может выполняться и в других случаях, что даёт возможность добиться требуемых характеристик канала изменением других параметров. Например, с уменьшением времени, в течение которого по каналу возможна передача, можно увеличить полосу пропусканияШаблон:Sfn.

Помехоустойчивость

Помехоустойчивость — способность радиосистемы (устройства) противостоять воздействию помех (всех типов).

Помехозащищенность

Помехоустойчивость — способность радиосистемы (устройства) противостоять воздействию помех определенного типа. Под помехами как правило понимаются радиоэлектронное противодействие и индустриальные помехи.

Математические модели канала

Канал связи описывается математической моделью, задание которой сводится к определению математической модели связи входного $s_1$ и выходного $s_2$ сигналов, характеризующейся оператором $L$, то есть

$s_2=L(s_1)$Шаблон:Sfn.

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

Модели аналогового канала

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

Идеальный канал

Модель идеального канала используется тогда, когда можно пренебречь наличием помех. При использовании этой модели выходной сигнал $s_2$ является детерминированным, то есть

$s_2(t)=k{s}_1(t-\tau )$

где $k$ — константа, определяющая коэффициент передачи, $\tau$ — постоянная задержка.

Канал с аддитивным шумом

Модель канала с аддитивным шумом отличается от модели идеального канала тем, что в канале связи имеется шум, который складывается с полезным сигналом:

$s_2(t)=k{s}_1(t-\tau )+n(t),$

где $n(t)$ — аддитивный шум, в качестве которого как правило принимается белый гауссовский шум.

Канал с неопределённой фазой сигнала и аддитивным шумом

Модель канала с неопределённой фазой сигнала и аддитивным шумом отличается от модели канала с аддитивным шумом тем, что $\tau$ является случайной величиной. Например, если входной сигнал $s_1(t)=A(t)\cos (\omega t+\varphi (t))$ является относительно узкополосным, то сигнал $s_2(t)$ на выходе канала с неопределённой фазой сигнала и аддитивным шумом определяется следующим образом:

$s_2(t)=k{s}_1(t-\tau )+n(t),$

где

$s_1(t-\tau )=A(t-\tau )\cos (\omega t+\varphi (t-\tau )-\theta ),$

где

$\theta =\omega \tau$ — случайная величина с равномерным распределением от $0$ до $2\pi$.

Канал 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 многолучевое распространение радиоволн.

Модель дискретного канала

Для задания модели дискретного канала необходимо определить множество входных и выходных сигналов, а также распределение условных вероятностей выходного сигнала при заданном входном. Входными и выходными сигналами являются последовательности кодовых символовШаблон:Sfn.

См. также

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

Литература

• Шаблон:Книга
• Шаблон:БСЭ3
• Шаблон:БРЭ
• Шаблон:БСЭ3
• Шаблон:Книга
• Шаблон:Книга
• Шаблон:Книга
• Шаблон:Книга