Меню Главная Случайная статья Настройки Канал связи Материал из https://ru.wikipedia.org 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[1]. 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[1]. Содержание 1 Терминологические особенности 2 Классификация 3 Характеристики 3.1 Объём канала 3.2 Помехоустойчивость 3.3 Помехозащищенность 4 Математические модели канала 4.1 Модели аналогового канала 4.2 Модель дискретного канала 5 См. также 6 Примечания 7 Литература Терминологические особенности В зависимости от контекста синонимом термина канал связи может быть термин линия связи[2]. 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[3]. 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[4]. Классификация Каналы связи в зависимости от среды распространения: проводные: воздушные, кабельные, в том числе волоконно-оптические[1]; беспроводные: радиоканалы: наземные, атмосферные (использующие свойства атмосферы на разных высотах, например, тропосферное и ионосферное распространение), спутниковые, космические; оптические каналы[1]; инфракрасные каналы. Каналы связи в зависимости от направления передачи информации[1]: 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[1] (или в зависимости от методов передачи сигналов[5]): аналоговые; цифровые; по характеру уровня передаваемого сигнала[6]: 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[7]. Характеристики Используют следующие характеристики канала: Время, в течение которого по каналу возможна передача ${\displaystyle T_{k}}$; Полоса пропускания ${\displaystyle \Delta F_{k}}$; Динамический диапазон ${\displaystyle D_{k}}$; Объём ${\displaystyle V_{k}}$[8]; Пропускная способность канала. Объём канала Объём канала (ёмкость канала) ${\displaystyle V_{k}}$ определяется по формуле: ${\displaystyle V_{k}=T_{k}\cdot \Delta F_{k}\cdot D_{k}}$[8]. Для передачи сигнала по каналу без искажений объём канала ${\displaystyle V_{k}}$ должен быть больше объёма сигнала ${\displaystyle V_{c}}$, то есть ${\displaystyle V_{k}>V_{c}}$. Объем сигнала рассчитывается по формуле: ${\displaystyle V_{c}=T_{c}\cdot \Delta F_{c}\cdot D_{c}}$, где ${\displaystyle T_{c}}$ — длительность сигнала, ${\displaystyle \Delta F_{c}}$ — ширина спектра сигнала, ${\displaystyle D_{c}}$ — динамический диапазон сигнала[9]. Простейший случай вписывания объёма сигнала в объём канала — это достижение выполнения неравенств ${\displaystyle T_{k}>T_{c}}$, ${\displaystyle \Delta F_{k}>\Delta F_{c}}$, ${\displaystyle D_{k}>D_{c}}$. Тем не менее, ${\displaystyle V_{k}>V_{c}}$ 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 пропускания[10]. Помехоустойчивость Помехоустойчивость — способность радиосистемы (устройства) противостоять воздействию помех (всех типов)[11]. 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 ошибки[12]. 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 ${\displaystyle \varepsilon ^{2}}$ или относительного среднего квадрата ошибки ${\displaystyle \delta ^{2}}$ или отношением средних мощностей сигнала и помехи на входе приёмника системы, обеспечивающим заданное значение этих показателей[12]. Средний квадрат ошибки: ${\displaystyle \varepsilon ^{2}={\frac {1}{T}}\int \limits _{0}^{T}({\widehat {x}}(t)-x(t))^{2}dt}$, где ${\displaystyle {\widehat {x}}(t)}$ — принятый (демодулированный) сигнал, ${\displaystyle x(t)}$ — переданный (модулирующий) сигнал, ${\displaystyle T}$ — длительность сигнала. Относительный средний квадрат ошибки: ${\displaystyle \delta ^{2}={\frac {\varepsilon ^{2}}{P_{x}}}}$, где ${\displaystyle P_{x}={\frac {1}{T}}\int \limits _{0}^{T}x^{2}(t)dt}$ — средняя мощность сигнала ${\displaystyle x(t)}$. При сравнительной оценке аналоговых систем часто используется понятие «обобщенный выигрыш системы»[12]: ${\displaystyle q={\frac {\rho _{\text{вых}}}{\rho _{\text{вх}}}}{\frac {F_{x}}{F_{\text{с}}}}}$, где ${\displaystyle \rho _{\text{вых}}={\frac {P_{x}}{P_{\varepsilon }}}}$ — отношение мощностей сообщения ${\displaystyle {\widehat {x}}(t)}$ (демодулированного сигнала) и шума ${\displaystyle \varepsilon ={\widehat {x}}(t)-x(t)}$ на выходе приёмника, ${\displaystyle \rho _{\text{вх}}={\frac {P_{\text{с}}}{P_{\text{ш}}}}}$ — отношение мощностей модулированного сигнала ${\displaystyle c(t)}$ и шума ${\displaystyle n(t)}$ на входе приёмника, ${\displaystyle F_{x}}$ — ширина спектра сообщения ${\displaystyle x(t)}$, ${\displaystyle F_{c}}$ — ширина спектра модулированного сигнала. Помехозащищенность Помехоустойчивость — способность радиосистемы (устройства) противостоять воздействию помех определенного типа. Под помехами как правило понимаются радиоэлектронное противодействие и индустриальные помехи[11]. Математические модели канала Канал связи описывается математической моделью, задание которой сводится к определению математической модели связи входного ${\displaystyle s_{1}}$ и выходного ${\displaystyle s_{2}}$ сигналов, характеризующейся оператором ${\displaystyle L}$, то есть ${\displaystyle s_{2}=L(s_{1})}$[13]. 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 ${\displaystyle s_{2}}$ является детерминированным, то есть ${\displaystyle s_{2}(t)=k~s_{1}(t-\tau )}$ где ${\displaystyle k}$ — константа, определяющая коэффициент передачи, ${\displaystyle \tau }$ — 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: ${\displaystyle s_{2}(t)=k~s_{1}(t-\tau )+n(t),}$ где ${\displaystyle n(t)}$ — 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 ${\displaystyle \tau }$ является случайной величиной. Например, если входной сигнал ${\displaystyle s_{1}(t)=A(t)\cos(\omega t+\phi (t))}$ является относительно узкополосным, то сигнал ${\displaystyle s_{2}(t)}$ на выходе канала с неопределённой фазой сигнала и аддитивным шумом определяется следующим образом: ${\displaystyle s_{2}(t)=k~s_{1}(t-\tau )+n(t),}$ где ${\displaystyle s_{1}(t-\tau )=A(t-\tau )\cos(\omega t+\phi (t-\tau )-\theta ),}$ где ${\displaystyle \theta =\omega \tau }$ — случайная величина с равномерным распределением от ${\displaystyle 0}$ до ${\displaystyle 2\pi }$[14]. 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[15]. См. также Основной цифровой канал Двоичный симметричный канал Широковещательный канал Скрытый канал Примечания 1 2 3 4 5 6 БРЭ. Компьютерные сети. 7.1. Каналы связи  (неопр.). dit.isuct.ru. Дата обращения: 1 января 2025. Архивировано 1 января 2025 года. БСЭ3. Зюко и др., 1999, с. 14. ГОСТ 22348—86. Архивная копия от 27 августа 2018 на Wayback Machine «Система связи автоматизированная единая. Термины и определения» Зюко и др., 1999, с. 14—15. Зюко и др., 1999, с. 126. 1 2 Зюко и др., 1999, с. 15. Зюко и др., 1999, с. 12—13. Зюко и др., 1999, с. 15—16. 1 2 Мазор Ю. Л. и др. Энциклопедия Радиотехника, 2002. — C. 54. 1 2 3 Васин В. А. и др. Радиосистемы передачи информации, 2005. — С. 16—18. Зюко и др., 1999, с. 128. Общая теория связи, 2014. — C. 130.  (неопр.) Дата обращения: 26 февраля 2025. Архивировано 7 июля 2024 года. Зюко и др., 1999, с. 152. Литература Зюко А. Г., Кловский Д. Д., Коржик В. И., Назаров М. В. Теория электрической связи. Учебник для вузов / Под ред. Д. Д. Кловского. — М.: Радио и связь, 1999. — 432 с. — ISBN 5-256-01288-6. Канал связи // Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров. — 3-е изд. — М. : Советская энциклопедия, 1969—1978. Канал связи / Сорокин Ю. В. // Большая российская энциклопедия : [в 35 т.] / гл. ред. Ю. С. Осипов. — М. : Большая российская энциклопедия, 2004—2017. Линия связи / Назаров М. В. // Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров. — 3-е изд. — М. : Советская энциклопедия, 1969—1978.