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 пунктов.
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 каналы.
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 связи.
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 канала.
Классификация Каналы связи в зависимости от среды распространения: проводные: воздушные, кабельные, в том числе волоконно-оптические; беспроводные: радиоканалы: наземные, атмосферные (использующие свойства атмосферы на разных высотах, например, тропосферное и ионосферное распространение), спутниковые, космические; оптические каналы; инфракрасные каналы.
Каналы связи в зависимости от направления передачи информации: 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).
Каналы связи: по характеру передаваемых сигналов (или в зависимости от методов передачи сигналовГОСТ 22348—86. «Система связи автоматизированная единая. Термины и определения»): аналоговые; цифровые; по характеру уровня передаваемого сигнала: непрерывные — входной и выходной сигналы непрерывные (по времени и по уровню) (между выходом модулятора передатчика и входом демодулятора приёмника); дискретные — входной и выходной сигналы дискретные (по времени и по уровню) (между входом модулятора передатчика и выходом демодулятора приёмника); непрерывно-дискретные — входной сигнал непрерывный, а выходной — дискретный (между выходом модулятора передатчика и выходом демодулятора приёмника); дискретно-непрерывные — входной сигнал дискретный, а выходной — непрерывный (между входом модулятора передатчика и входом демодулятора приёмника).
В зависимости от назначения каналы связи могут разделяться на телеграфные, фототелеграфные, телефонные, звукового вещания, передачи данных, телевизионного вещания, телеметрические, смешанные и другие.
Характеристики Используют следующие характеристики канала: Время, в течение которого по каналу возможна передача ; Полоса пропускания ; Динамический диапазон ; Объём ; Пропускная способность канала.
Объём канала Объём канала (ёмкость канала) определяется по формуле: .
Для передачи сигнала по каналу без искажений объём канала должен быть больше объёма сигнала , то есть . Объем сигнала рассчитывается по формуле: , где — длительность сигнала, — ширина спектра сигнала, — динамический диапазон сигнала.
Простейший случай вписывания объёма сигнала в объём канала — это достижение выполнения неравенств , , . Тем не менее, 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 пропускания.
Помехоустойчивость Помехоустойчивость — способность радиосистемы (устройства) противостоять воздействию помех (всех типов)Мазор Ю. Л. и др. Энциклопедия Радиотехника, 2002. — C. 54.. Помехоустойчивость зависит от способов кодирования, вида модуляции, алгоритмов приёма сигналов.
В случае передачи дискретных сообщений (цифровые системы), количественно помехоустойчивость можно характеризовать вероятностью ошибок (в простейшем случае битов) при заданном отношении сигнал/шум, то есть отношением средних мощностей сигнала и помехи в полосе частот, занимаемой сигналом. Также помехоустойчивость можно характеризовать требуемым отношением средних мощностей сигнала и помехи на входе приёмника системы, при котором обеспечивается заданная вероятности ошибкиВасин В. А. и др. Радиосистемы передачи информации, 2005. — С. 16—18.. Также вместо отношения сигнал/шум можно использовать величину Eb/N0, то есть отношение энергии сигнала, затрачиваемой на передачу одного бита, к спектральной плотности белого шума.
В случае передачи непрерывных сообщений (аналоговые системы), количественно помехоустойчивость можно оценивать величинами среднего квадрата ошибки или относительного среднего квадрата ошибки или отношением средних мощностей сигнала и помехи на входе приёмника системы, обеспечивающим заданное значение этих показателей.
Средний квадрат ошибки: , где — принятый (демодулированный) сигнал, — переданный (модулирующий) сигнал, — длительность сигнала.
Относительный средний квадрат ошибки:
, где — средняя мощность сигнала .
При сравнительной оценке аналоговых систем часто используется понятие «обобщенный выигрыш системы»: , где — отношение мощностей сообщения (демодулированного сигнала) и шума на выходе приёмника, — отношение мощностей модулированного сигнала и шума на входе приёмника, — ширина спектра сообщения , — ширина спектра модулированного сигнала.
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 и выходного сигналов, характеризующейся оператором , то есть
.
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 является детерминированным, то есть
где — константа, определяющая коэффициент передачи, — 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:
где — 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 является случайной величиной. Например, если входной сигнал является относительно узкополосным, то сигнал на выходе канала с неопределённой фазой сигнала и аддитивным шумом определяется следующим образом:
где
где — случайная величина с равномерным распределением от до .
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 символов.
См. также Основной цифровой канал Двоичный симметричный канал Широковещательный канал Скрытый канал
Примечания
Литература
Категория:Передача сигналов Категория:Телекоммуникации