Канал связи

Различные типы физических трансмиссионных носителей, поддерживающих каналы связи

Канал связи относится либо к физической среде передачи, такой как проволока, либо к логическому соединению над мультиплексированной средой, такой как радиоканал в телекоммуникациях и компьютерной сети . Канал используется для передачи информации , например, цифрового потока битов , от одного или нескольких отправителей до одного или нескольких приемников . Канал обладает определенной емкостью для передачи информации, часто измеряемой ее полосой пропускания в Гц или скоростью передачи данных в битах в секунду .

Сообщение информационного сигнала на расстоянии требует некоторой формы пути или среды. Эти пути, называемые каналами связи, используют два типа среды: линии передачи на основе телекоммуникационный кабель (например, витая пара , коаксиальная и волоконно-оптическая кабель ) и трансляция (например , микроволновая печь , спутниковая , радио и инфракрасная ).

В теории информации канал относится к теоретической модели канала с определенными характеристиками ошибок. В этом более общем представлении устройства хранения также является каналом связи, который можно отправить (написано) и получено из (чтение) и позволяет передавать информационный сигнал во времени.

Примеры

Примеры каналов связи включают:

1. Связь между инициацией и прекращением конечных точек связи в схеме телекоммуникации .
2. Один путь, предоставленный трансмиссионной средой через любой
   • физическое разделение, например, по мультифирному кабелю или
   • разделение, например, по частоте или мультиплексированию времени .
3. Путь для передачи электрических или электромагнитных сигналов, обычно отличается от других параллельных путей.
   • Устройство хранения данных , которое может передавать сообщение с течением времени.
   • Часть среды для хранения, такая как трек или полоса, которая доступна для данной станции чтения или письма или головы.
   • Буфер, из которого сообщения можно положить и получить .
4. В системе связи физическая или логическая ссылка, которая соединяет источник данных с раковиной данных.
5. Конкретная радиочастота , пара или полоса частот, обычно называемая буквой, номером или кодовым словом, и часто выделяемой международным соглашением, например:
   • Marine VHF Radio использует около 88 каналов в группе VHF для двусторонней голосовой связи FM. канал 16 Например, составляет 156,800 МГц. В США семь дополнительных каналов, WX1 - WX7, выделяются для пропадения погоды.
   • Телевизионные каналы, такие как североамериканский телеканал 2 на 55,25 МГц, 13 -й канал 13 на 21,25 МГц. Каждый канал шириной 6 МГц. Это было основано на пропускной способности, требуемой аналоговыми телевизионными сигналами. С 2006 года телевизионное вещание переключилось на цифровую модуляцию ( цифровое телевидение ), которая использует сжатие изображений для передачи телевизионного сигнала в гораздо меньшей пропускной способности, поэтому каждый из этих физических каналов был разделен на несколько виртуальных каналов, каждый из которых несет канал DTV.
   • Оригинальный Wi-Fi использует 13 каналов в полосах ISM от 2412 МГц до 2484 МГц на шагах 5 МГц.
   • Радиоканал между ретранслятором -любительским радио и любительским радиопередатором использует две частоты, часто 600 кГц (0,6 МГц) друг от друга. Например, ретранслятор, который передает на 146,94 МГц, обычно прослушивает передачу ветчины на 146,34 МГц.

Все эти каналы связи делятся имуществом, которое они передают информацию. Информация переносится через канал сигналом .

Каналы модели

Математические модели канала могут быть сделаны, чтобы описать, как вход (передаваемый сигнал) отображается с выходом (полученный сигнал). Существует много типов и использования моделей канала, специфичных для области связи. В частности, отдельные модели сформулированы для описания каждого уровня системы связи.

Канал может быть смоделирован физически, пытаясь вычислять физические процессы, которые изменяют переданный сигнал. Например, в беспроводной связи канал может быть смоделирован путем расчета отражения от каждого объекта в среде. Последовательность случайных чисел также может быть добавлена ​​для имитации внешних интерференций или электронного шума в приемнике.

Статистически, канал связи обычно моделируется как кортеж , состоящий 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 получен, учитывая, что я был передан по каналу.

Статистическое и физическое моделирование может быть объединено. Например, в беспроводной связи канал часто моделируется случайным ослаблением (известным как затухание ) передаваемого сигнала, за которым следует аддитивный шум. Термин ослабления представляет собой упрощение основных физических процессов и захватывает изменение мощности сигнала в ходе передачи. Шум в модели отражает внешние помехи или электронный шум в приемнике. Если термин ослабления является сложным, он также описывает относительное время, которое сигнал требует, чтобы пройти через канал. Статистические свойства ослабления в модели определяются предыдущими измерениями или физическим моделированием.

Каналы связи также изучаются в схемах модуляции дискретной алфавита . Математическая модель состоит из вероятности перехода, которая указывает выходное распределение для каждой возможной последовательности входов каналов. В теории информации обычно начинается с каналов без памяти, в которых распределение вероятностей вывода зависит только от текущего ввода канала.

Модель канала может быть цифровой или аналоговой.

Цифровые модели канала

В модели цифрового канала передаваемое сообщение моделируется как цифровой сигнал на определенном уровне протокола . Базовые слои протокола заменяются упрощенной моделью. Модель может отражать показатели производительности канала, такие как скорость битов , ошибки битов , задержка , изменение задержки и т. Д. Примеры моделей цифровых каналов включают:

• Двоичный симметричный канал (BSC), дискретный канал без памяти с определенной вероятностью ошибки бита
• Бинарный асимметричный канал (BAC), аналогичный BSC, но вероятность переворачивания от 0 до 1 и наоборот неравна
• Двоичный модель канала ошибок битов , канал с памятью
• Канал бинарного стирания (BEC), дискретный канал с определенной вероятностью обнаружения ошибок бита (стирание)
• Канал стирания пакетов , где пакеты теряются с определенной вероятностью потери пакета или частотой ошибок пакета
• Произвольно изменяющийся канал (AVC), где поведение и состояние канала могут измениться случайным образом

Аналоговые каналы модели

В модели аналогового канала передаваемое сообщение моделируется как аналоговый сигнал . Модель может быть линейной или нелинейной , непрерывной или распределенной по времени (отобранным) , без памяти или динамического (что приводит к ошибкам взрыва ), временным или временным пучением (также приводящим к ошибкам взрыва), базовой полосе , полосы пропускания. (Модель радиочастотного сигнала), реальная или сложная модель сигнала. Модель может отражать следующие нарушения канала:

• Модель шума , например
  • Аддитивный белый гауссовый шум (AWGN) канал, линейная непрерывная модель без памяти
  • фазового шума Модель
• Модель интерференций , например, CrosStalk ( интерференция совместного канала ) и интерференции межсимбола (ISI)
• Модель искажения , например, нелинейная модель канала, вызывающая интермодуляционные искажения (IMD)
• Модель частотной характеристики , включая ослабление и сдвиг фазы
• групповой задержки Модель
• Моделирование базовых физического слоя методов передачи , например, сложная эквивалентная основной полосы модуляции модель и частотной характеристики
• модель распространения радиочастотных Например,
  • Модель потери траектории логарифмика
  • Модель затухания , например, Рэйли, исчезает , рисин замирание , нормы тени и селективные (дисперсивные) исчезновения частоты (дисперсивные)
  • Модель сдвига доплеров , которая в сочетании с выцветательными результатами в системе вариантов во времени
  • Модели трассировки лучей , которые пытаются моделировать распространение сигнала и искажения для указанной геометрии рецидивера, типов местности и антенн
  • График распространения , модели дисперсии сигнала путем представления среды распространения радио с графом.
  • Модели мобильности , которые также вызывает вариант во времени

Типы

• Цифровой ( дискретный ) или аналоговый ( непрерывный ) канал
• Среда передачи , например, волоконно-оптический кабель
• Мультиплексированный канал
• компьютерной сети Виртуальный канал
• Simplex Communication , дуплексная связь или полудуплексная связь
• Возвратный канал
• Восходящая линия или нисходящая линия ( вверх по течению или вниз по течению )
• Канал вещания , одноадресный канал или многоадресный канал

Меры производительности канала

Это примеры часто используемых каналов и показателей производительности:

• Спектральная полоса пропускания в Герце
• Символ Символа в бод , символы/с
• Цифровая полоса битах с . в пропускания /
• Использование канала
• Спектральная эффективность
• Отношение сигнал /шум в Decibel Serasts: отношение сигнала и интерференции , e _b /n ₀
• Скорость ошибок битов (BER), частота ошибок пакета (PER)
• Задержка в секундах : время распространения , время передачи , задержка в оба конца , сквозная задержка
• Вариация задержки пакета
• Образец глаз

Многоцелестные каналы, с применением к сотовым системам

Смотрите также: топология сети

В сетях, в отличие от общения с точкой до точки , коммуникационные медиа могут быть переданы между несколькими конечными точками связи (терминалы). В зависимости от типа связи, разные терминалы могут сотрудничать или мешать друг другу. В целом, любая сложная многопользовательская сеть может рассматриваться как комбинация упрощенных многопользованных каналов. Следующие каналы являются основными многопользовательскими каналами, впервые представленными в области теории информации :

• Канал с точкой до мультипулем , также известный как вещательный средний (не путать с каналом вещания): в этом канале один отправитель передает несколько сообщений в разные узлы назначения. Все беспроводные каналы, кроме направленных ссылок, могут рассматриваться как вещательные средства массовой информации, но не всегда предоставляют услуги вещания. клеточной Ниспутствующая линейка системы может рассматриваться как точечный канал, если рассматривается только одна ячейка и межклеточные помехи совместного канала пренебрегают. Тем не менее, услуга связи телефонного звонка является однозначной .
• Несколько каналов доступа: в этом канале несколько отправителей передают несколько возможных различных сообщений по общему физическому среде на один или несколько узлов назначения. Для этого требуется схема доступа к каналу , включая протокол управления доступом в носитель (MAC) в сочетании со схемой мультиплексирования . Эта модель канала имеет приложения в восходящей линии сотовых сетей.
• Реле : в этом канале один или несколько промежуточных узлов (называемые узлами ретранслятора, ретранслятора или заполнителя ) сотрудничают с отправителем, чтобы отправить сообщение в Ultimate Destination Node.
• Канал помех : в этом канале два разных отправителя передают свои данные в разные узлы назначения. Следовательно, различные отправители могут иметь возможные помехи перекрестных помех или совместного канала на сигнале друг друга. Межклеточные интерференции в клеточную беспроводную связь являются примером интерференционного канала. В таких системах спредопровода, как 3G, интерференция также происходит внутри ячейки, если используются неорфогональные коды.
• Канал одноадресной рассылки - это канал, который предоставляет одноадресную службу, то есть отправляет данные, адресованные одному конкретному пользователю. Установленный телефонный звонок является примером.
• Транслятивный канал - это канал, который предоставляет услугу вещания, т.е. отправляет данные , адресованные всем пользователям в сети. Примерами сотовой сети являются сервис пейджинга , а также мультимедийная трансляция многоадресной услуги .
• Многоадресный канал - это канал, где данные рассматриваются группе подписчиков пользователей. Примерами LTE являются физическая многоадресная канал (PMCH) и многоадресная вещательная отдельная частотная сеть (MBSFN).

Ссылки

• CE Shannon , Математическая теория общения , Технический журнал Bell System , Vol. 27, с. 379–423 и 623–656, (июль и октябрь 1948 г.)