Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Старые телефонные провода - сложный канал связи для современной цифровой связи.

Канал связи относится либо к физической среде передачи, такой как провод, либо к логическому соединению через мультиплексированную среду, такую ​​как радиоканал в телекоммуникациях и компьютерных сетях . Канал используется для передачи в информационный сигнал, например , цифровой поток битов , из одного или нескольких отправителей (или передатчиков) к одному или нескольким приемникам . Канал имеет определенную пропускную способность для передачи информации, часто измеряемую его пропускной способностью в Гц или скоростью передачи данных.в битах в секунду .

Для передачи данных из одного места в другое требуется какой-то путь или среда. Эти пути, называемые каналами связи, используют два типа носителей: кабельные (витая пара, кабель и оптоволоконный кабель) и вещательные (микроволновые, спутниковые, радио и инфракрасные). Кабельные или проводные линии передачи данных используют физические провода кабелей для передачи данных и информации. Витая пара и коаксиальные кабели изготовлены из меди, а оптоволоконный кабель - из стекла.

В теории информации под каналом понимается теоретическая модель канала с определенными характеристиками ошибок. В этом более общем виде запоминающее устройство также является своего рода каналом, который может быть отправлен (записан) и получен (чтение).

Примеры [ править ]

Примеры каналов связи:

  1. Соединение между начальным и конечным узлами цепи .
  2. Единый путь, обеспечиваемый средой передачи через либо
  3. Путь для передачи электрических или электромагнитных сигналов, обычно отличающийся от других параллельных путей.
    • Хранения , который может передавать сообщение в течение долгого времени, а также пространство
    • Часть носителя информации, такая как дорожка или группа, доступная для данной станции чтения или записи или головки.
    • Буфер, из которого сообщения могут быть «помещены» и «получены». См. « Модель актора» и «расчеты процесса» для обсуждения использования каналов.
  4. В системе связи , физический или логический канал , который соединяет данные источника в приемник данных.
  5. Конкретная радиочастота , пара или полоса частот, обычно называемые буквой, цифрой или кодовым словом и часто назначаемые международным соглашением.
    Примеры:
    • Морское VHF-радио использует около 88 каналов в VHF-диапазоне для двусторонней голосовой FM-связи. Канал 16, например, имеет частоту 156,800 МГц. В США для прогнозов погоды выделено семь дополнительных каналов, WX1 - WX7.
    • Телевизионные каналы, такие как North American TV Channel 2 = 55,25 МГц, Channel 13 = 211,25 МГц. Каждый канал имеет ширину 6 МГц. Это было основано на полосе пропускания, необходимой для старых аналоговых телевизионных сигналов. С 2006 года телевизионное вещание перешло на цифровую модуляцию ( цифровое телевидение ), которая использует сжатие изображения для передачи телевизионного сигнала в гораздо меньшей полосе частот, поэтому каждый из этих «физических каналов» был разделен на несколько « виртуальных каналов », каждый из которых несет канал DTV. .
    • Wi-Fi использует 13 каналов от 2412 МГц до 2484 МГц с шагом 5 МГц в диапазонах ISM .
    • Радиоканал между радиолюбительским ретранслятором и радиолюбителем использует две частоты, разнесенные друг от друга на 600 кГц (0,6 МГц). Например, ретранслятор, который передает на 146,94 МГц, обычно ожидает передачи радиолюбителя на 146,34 МГц.

Все эти каналы связи разделяют собственность, которую они передают информацию. Информация передается по каналу с помощью сигнала .

Модели каналов [ править ]

Канал можно смоделировать физически, пытаясь вычислить физические процессы, которые изменяют передаваемый сигнал. Например, в беспроводной связи канал может быть смоделирован путем вычисления отражения каждого объекта в окружающей среде. Последовательность случайных чисел также может быть добавлена ​​для имитации внешних помех и / или электронного шума в приемнике.

Статистически канал связи обычно моделируется как тройка, состоящая из входного алфавита, выходного алфавита и для каждой пары (i, o) входных и выходных элементов вероятность перехода p (i, o) . Семантически вероятность перехода - это вероятность того, что символ o будет принят при условии, что i был передан по каналу.

Статистическое и физическое моделирование можно комбинировать. Например, в беспроводной связи канал часто моделируется случайным затуханием (известным как затухание ) передаваемого сигнала, за которым следует аддитивный шум. Параметр затухания является упрощением основных физических процессов и фиксирует изменение мощности сигнала в процессе передачи. Шум в модели улавливает внешние помехи и / или электронный шум в приемнике. Если параметр затухания сложный, он также описывает относительное время, необходимое сигналу, чтобы пройти через канал. Статистика случайного затухания определяется предыдущими измерениями или физическим моделированием.

Модели каналов могут быть непрерывными моделями каналов в том смысле, что нет ограничений на то, насколько точно могут быть определены их значения.

Каналы связи также изучаются в обстановке дискретного алфавита. Это соответствует абстрагированию реальной системы связи, в которой аналоговые → цифровые и цифровые → аналоговые блоки находятся вне контроля разработчика. Математическая модель состоит из вероятности перехода, которая определяет выходное распределение для каждой возможной последовательности входных каналов. В теории информации обычно начинают с каналов без памяти, в которых распределение вероятности выхода зависит только от текущего входа канала.

Модель канала может быть цифровой (количественно, например, двоичной) или аналоговой.

Модели цифровых каналов [ править ]

В модели цифрового канала передаваемое сообщение моделируется как цифровой сигнал на определенном уровне протокола . Базовые уровни протокола, такие как метод передачи физического уровня, заменяются упрощенной моделью. Модель может отражать такие показатели производительности канала, как скорость передачи , битовые ошибки , задержка / задержка , дрожание задержки и т. Д. Примеры моделей цифровых каналов:

  • Двоичный симметричный канал (BSC), дискретный канал без памяти с определенной вероятностью битовой ошибки
  • Модель канала двоичной пакетной битовой ошибки , канал "с памятью"
  • Канал двоичного стирания (BEC), дискретный канал с определенной вероятностью обнаружения (стирания) битовых ошибок.
  • Канал стирания пакетов , при котором пакеты теряются с определенной вероятностью потери пакета или частотой ошибок пакета.
  • Произвольно изменяющийся канал (AVC), при котором поведение и состояние канала могут изменяться случайным образом
  • Z-канал (теория информации) (двоичный асимметричный канал), где каждый 0 бит передается правильно, но каждый 1 бит имеет вероятность p передачи неправильно как 0.

Модели аналоговых каналов [ править ]

В модели аналогового канала переданное сообщение моделируется как аналоговый сигнал . Модель может быть линейной или нелинейной, непрерывной или дискретной по времени (дискретизированной), без памяти или динамической (приводящей к пакетным ошибкам ), неизменной во времени или изменяющейся во времени (также приводящей к пакетным ошибкам), основной полосой частот , полосой пропускания. (Модель радиочастотного сигнала), модель действительного или комплексного сигнала. Модель может отражать следующие ухудшения каналов:

  • Модель шума , например
    • Канал аддитивного белого гауссова шума (AWGN), линейная непрерывная модель без памяти
    • Модель фазового шума
  • Модель помех , например перекрестные помехи ( внутриканальные помехи ) и межсимвольные помехи (ISI)
  • Модель искажений , например, нелинейная модель канала, вызывающая интермодуляционные искажения (IMD)
  • Модель частотной характеристики , включая затухание и фазовый сдвиг
  • Модель групповой задержки
  • Моделирование лежащих в основе физического уровня передачи методов, например сложную-значный эквивалентной основной полоса частот модели из модуляции и частотной характеристики
  • Модель распространения радиочастоты , например
    • Модель потерь на трассе с логарифмическим расстоянием
    • Затухание модели, например , рэлеевское замирание , Ricean замирания , логарифмический нормальная тень выцветанию и частотно - избирательная (дисперсионный) выцветанию
    • Модель доплеровского сдвига , которая в сочетании с замиранием приводит к изменяющейся во времени системе
    • Модели трассировки лучей , которые пытаются смоделировать распространение сигнала и искажения для заданных геометрий передатчика-приемника, типов местности и антенн.
    • Модели мобильности , что также приводит к изменчивой во времени системе

Типы [ править ]

  • Цифровой ( дискретный ) или аналоговый ( непрерывный ) канал
  • Среда передачи , например оптоволоконный канал
  • Мультиплексированный канал
  • Виртуальный канал компьютерной сети
  • Симплексная связь , дуплексная связь или полудуплексный канал связи
  • Обратный канал
  • Восходящий или нисходящий канал ( восходящий или нисходящий канал)
  • Широковещательный канал , одноадресный или многоадресный канал

Показатели эффективности канала [ править ]

Это примеры часто используемых показателей пропускной способности канала и производительности:

  • Спектральная полоса пропускания в герцах
  • Скорость передачи символов в бодах, импульсах / с или символах / с
  • Цифровая полоса пропускания в бит / с измеряет: общую скорость передачи данных ( скорость передачи сигналов), чистую скорость передачи данных (скорость передачи информации), пропускную способность канала и максимальную пропускную способность.
  • Использование канала
  • Спектральная эффективность связи
  • Измерение отношения сигнал / шум : отношение сигнал / помеха , Eb / No , отношение сигнал / помеха в децибелах.
  • Частота ошибок по битам (BER), частота ошибок по пакетам (PER)
  • Задержка в секундах : время распространения , время передачи
  • Джиттер задержки

Многотерминальные каналы, применимые к сотовым системам [ править ]

См. Также топологию сети

В сетях, в отличие от двухточечной связи, коммуникационная среда совместно используется несколькими узлами (терминалами). В зависимости от типа связи разные терминалы могут взаимодействовать или мешать друг другу. В общем, любую сложную многотерминальную сеть можно рассматривать как комбинацию упрощенных многотерминальных каналов. Следующие каналы являются основными многопозиционными каналами, которые впервые были введены в области теории информации [ необходима ссылка ] :

  • Канал многоточечной связи , также известный как среда вещания (не путать с каналом вещания): в этом канале один отправитель передает несколько сообщений разным узлам назначения. Все беспроводные каналы, кроме радиолинков, могут рассматриваться как средства вещания, но не всегда могут предоставлять услуги вещания. Нисходящей линии связи сотовой системы может рассматриваться как канал точка-многоточка, если только одна ячейка считается и помех между сотами в совмещенном канале пренебречь. Однако услуга связи телефонного звонка одноадресная.
  • Канал множественного доступа : в этом канале несколько отправителей передают несколько возможных различных сообщений через общий физический носитель на один или несколько узлов назначения. Для этого требуется схема доступа к каналу , включая протокол управления доступом к среде (MAC) в сочетании со схемой мультиплексирования . Эта модель канала имеет приложения в восходящей линии связи сотовых сетей.
  • Канал ретрансляции : в этом канале один или несколько промежуточных узлов (называемых узлами ретрансляции, повторителя или заполнителя промежутков ) взаимодействуют с отправителем для отправки сообщения конечному узлу назначения. Ретрансляционные узлы рассматриваются как возможное дополнение к будущим стандартам сотовой связи, таким как 3GPP Long Term Evolution (LTE).
  • Канал помех : в этом канале два разных отправителя передают свои данные разным узлам назначения. Следовательно, разные отправители могут иметь возможные перекрестные или межканальные помехи в сигнале друг друга. Межсотовые помехи в сотовой беспроводной связи являются примером канала помех. В системах с расширенным спектром, таких как 3G, помехи также возникают внутри соты, если используются неортогональные коды.
  • Одноадресной канал представляет собой канал , который предоставляет услугу одноадресной, то есть , который отправляет данные , адресованные одному конкретного пользователя. Примером может служить установленный телефонный звонок.
  • Канал широковещания - это канал, который предоставляет услуги широковещания, то есть отправляет данные, адресованные всем пользователям в сети. Примерами сотовой сети являются пейджинговая служба, а также служба многоадресной передачи мультимедийного вещания .
  • Канал многоадресной рассылки - это канал, по которому данные адресованы группе подписавшихся пользователей. Примеры LTE - это физический многоадресный канал (PMCH) и одночастотная многоадресная широковещательная сеть (MBSFN).

Из вышеупомянутых 4 основных многотерминальных каналов канал множественного доступа является единственным, диапазон пропускной способности которого известен. Даже для частного случая гауссовского сценария область пропускной способности остальных 3 каналов, кроме широковещательного, в общем случае неизвестна.

См. Также [ править ]

  • Емкость канала
  • Метод доступа к каналу
  • Модель генерации трафика

Ссылки [ править ]

  • CE Shannon , Математическая теория коммуникации , Bell System Technical Journal , вып. 27, стр. 379–423 и 623–656, (июль и октябрь 1948 г.)
  • Амин Шокроллахи, LDPC-коды: введение