Что является каналом связи
Введение
Канал связи, канал передачи,
технические устройства и тракт связи, в котором сигналы, содержащие информацию,
распространяются от передатчика к приёмнику. Технические устройства (усилители
электрических сигналов, устройства кодирования и декодирования сигналов и др.)
размещают в промежуточных (усилительных) и оконечных пунктах связи. В качестве
тракта передачи пользуются разнообразными линиями - проводными (воздушными и
кабельными), радио и радиорелейными, радиоволновыми и т.д. Передатчик преобразует
сообщения в сигналы, подаваемые затем на вход канала связи: по принятому
сигналу на выходе канала связи приёмник воспроизводит переданное сообщение.
Передатчик, канал связи и приёмник образуют систему связи, или систему передачи
информации. По назначению системы, в состав которой входят каналы связи,
различают: каналы телефонные, звукового вещания, телевизионные, фототелеграфные
(факсимильные), телеграфные, телеметрические, телекомандные, передачи цифровой
информации; по характеру сигналов, передачу которых обеспечивают каналы связи,
различают каналы непрерывные и дискретные как по значениям, так и по времени. В
общем случае канал связи имеет большое число входов и выходов, может
обеспечивать двустороннюю передачу сигналов.
связь сигнал канал кодирование
1. Канал связи
Канал связи - система технических
средств и среда распространения сигналов для передачи сообщений (не только
данных) от источника к получателю (и наоборот). Канал связи, понимаемый в узком
смысле (тракт связи), представляет только физическую среду распространения
сигналов, например, физическую линию связи.
Канал связи предназначен для
передачи сигналов между удаленными устройствами. Сигналы несут информацию,
предназначенную для представления пользователю (человеку), либо для
использования прикладными программами ЭВМ. Канал связи включает следующие
компоненты:
· передающее
устройство;
· приемное
устройство;
· среду передачи
различной физической природы (Рис.1).
Формируемый передатчиком сигнал,
несущий информацию, после прохождения через среду передачи поступает на вход
приемного устройства. Далее информация выделяется из сигнала и передается
потребителю. Физическая природа сигнала выбирается таким образом, чтобы он мог
распространяться через среду передачи с минимальным ослаблением и искажениями.
Канал необходим в качестве переносчика информации, сам он информации не несет.
Рис.1. Канала связи (вариант №1)
Рис.2 Канал связи (вариант №2) Т.е.
это (канал) - техническое устройство (техника+среда).
. Классификация каналов связи
Классификация №1: Существует
множество видов каналов связи, среди которых наиболее часто выделяют каналы
проводной связи (воздушные, кабельные, световодные и др.) и каналы радиосвязи
(тропосферные, спутниковые и др.). Такие каналы в свою очередь принято
квалифицировать на основе характеристик входного и выходного сигналов, а также
по изменению характеристик сигналов в зависимости от таких явлений,
происходящих в канале, как замирания и затухание сигналов.
По типу среды распространения каналы
связи делятся на:
· проводные;
· акустические;
· оптические;
· радиоканалы.
Каналы связи также классифицируют
на:
· непрерывные (на
входе и выходе канала - непрерывные сигналы),
· дискретные или
цифровые (на входе и выходе канала - дискретные сигналы),
· непрерывно-дискретные
(на входе канала-непрерывные сигналы, а на выходе-дискретные сигналы),
· дискретно-непрерывные
(на входе канала-дискретные сигналы, а на выходе-непрерывные сигналы). Каналы
могут быть как линейными и нелинейными, временными и
пространственно-временными.
Возможна классификация каналов связи
по диапазону частот. Системы передачи информации бывают одноканальные и
многоканальные. Тип системы определяется каналом связи. Если система связи
построена на однотипных каналах связи, то ее название определяется типовым
названием каналов. В противном случае используется детализация
классификационных признаков.
Классификация №2 (более подробная):
Классификация по диапазону используемых частот
· Километровые (ДВ)
1-10 км, 30-300 кГц;
· Гектометровые (СВ)
100-1000 м, 300-3000 кГц;
· Декаметровые (КВ)
10-100 м, 3-30 МГц;
· Метровые (МВ) 1-10
м, 30-300 МГц;
· Дециметровые (ДМВ)
10-100 см, 300-3000 МГц;
· Сантиметровые (СМВ)
1-10 см, 3-30 ГГц;
· Миллиметровые (ММВ)
1-10 мм, 30-300 ГГц;
· Децимилимитровые
(ДММВ) 0,1-1 мм, 300-3000 ГГц.
По направленности линий связи
направленные (используются различные проводники): коаксиальные, витые пары на
основе медных проводников, волоконнооптические.
ненаправленные (радиолинии); прямой
видимости; тропосферные; ионосферные космические; радиорелейные (ретрансляция
на дециметровых и более коротких радиоволнах).
По виду передаваемых сообщений:
телеграфные; телефонные; передачи данных; факсимильные.
По виду сигналов: аналоговые;
цифровые; импульсные.
По значению базы радиосигнала
широкополосные (B>> 1); узкополосные (B»1).
По количеству одновременно
передаваемых сообщений одноканальные; многоканальные (частотное, временное,
кодовое разделение каналов);
По направлению обмена сообщений
односторонние; двусторонние.
По порядку обмена сообщения
симплексная связь - двусторонняя радиосвязь, при которой передача и прием
каждой радиостанции осуществляется поочередно; дуплексная связь - передача и
прием осуществляется одновременно (наиболее оперативная); полудуплексная связь
- относится к симплексной, в которой предусматривается автоматический переход с
передачи на прием и возможность переспроса корреспондента.
По способам защиты передаваемой
информации открытая связь; закрытая связь (засекреченная).
По степени автоматизации обмена
информацией неавтоматизированные - управление радиостанцией и обмен сообщениями
выполняется оператором; автоматизированные - вручную осуществляется только ввод
информации; автоматические - процесс обмена сообщениями выполняется между
автоматическим устройством и ЭВМ без участия оператора.
Классификация №3 (что-то может
повторяться):
По назначению - телефонные -
телеграфные - телевизионные - радиовещательные.
По направлению передачи -
симплексные (передача только в одном направлении) - полудуплексные (передача
поочередно в обоих направлениях) - дуплексные (передача одновременно в обоих
направлениях).
По характеру линии связи -
механические - гидравлические - акустические - электрические (проводные) -
радио (беспроводные) - оптические.
По характеру сигналов на входе и
выходе канала связи - аналоговые (непрерывные) - дискретные по времени -
дискретные по уровню сигнала - цифровые (дискретные и по времени и по уровню).
По числу каналов на одну линию связи
- одноканальные - многоканальные.
Рис.3. Классификация линий связи.
. Характеристики каналов связи
Передаточная функция канала:
представляется в виде амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) и показывает,
как затухает амплитуда синусоиды на выходе канала связи по сравнению с
амплитудой на ее входе для всех возможных частот передаваемого сигнала.
Нормированная амплитудно-частотная характеристика канала показана на рис.4.
Знание амплитудно-частотной характеристики реального канала позволяет
определить форму выходного сигнала практически для любого входного сигнала. Для
этого необходимо найти спектр входного сигнала, преобразовать амплитуду
составляющих его гармоник в соответствии с амплитудно-частотной
характеристикой, а затем найти форму выходного сигнала, сложив преобразованные
гармоники. Для экспериментальной проверки амплитудно-частотной характеристики
нужно провести тестирование канала эталонными (равными по амплитуде)
синусоидами по всему диапазону частот от нуля до некоторого максимального
значения, которое может встретиться во входных сигналах. Причем менять частоту
входных синусоид нужно с небольшим шагом, а значит количество экспериментов
должно быть большим - полоса пропускания
полоса пропускания
Рис. 4. Нормированная
амплитудно-частотная характеристика канала
Полоса пропускания: является
производной характеристикой от АЧХ, она представляет собой непрерывный диапазон
частот, для которых отношение амплитуды выходного сигнала к входному превышает
некоторый заранее заданный предел, то есть полоса пропускания определяет
диапазон частот сигнала, при которых этот сигнал передается по каналу связи без
значительных искажений. Обычно полоса пропускания отсчитывается на уровне 0,7
от максимального значения АЧХ. Ширина полосы пропускания в наибольшей степени
влияет на максимально возможную скорость передачи информации по каналу связи.
B = 10Log10Pвых/
Pвх = 20Log10Uвых/ Uвх,
где Pвых - мощность
сигнала на выходе канала, вх - мощность сигнала на входе канала.
Затухание всегда рассчитывается для определенной частоты и соотносится с длиной
канала. На практике всегда пользуются понятием "погонное затухание",
т.е. затухание сигнала на единицу длины канала, например, затухание 0.1
дБ/метр.
Скорость передачи: характеризует
количество бит, передаваемых по каналу в единицу времени. Она измеряется в
битах в секунду - бит/с, а также производных единицах: Кбит/c, Мбит/c, Гбит/с.
Скорость передачи зависит от ширины полосы пропускания канала, уровня шумов,
вида кодирования и модуляции.
Помехоустойчивость канала:
характеризует его способность обеспечивать передачу сигналов в условиях помех.
Помехи принято делить на внутренние (представляет собой тепловые шумы
аппаратуры) и внешние (они многообразны и зависят от среды передачи).
Помехоустойчивость канала зависит от аппаратных и алгоритмических решений по
обработке принятого сигнала, которые заложены в приемо-передающее устройство.
Помехоустойчивость передачи сигналов через канал может быть повышена за счет
кодирования и специальной обработки сигнала.
Динамический диапазон: логарифм
отношения максимальной мощности сигналов, пропускаемых каналом, к минимальной.
Помехозащищенность канала связи: представляющая
натуральный логарифм отношения напряжения полезного сигнала к напряжению помех,
дает количественную оценку мешающего действия шумов при передаче сигналов.
Помехозащищенность измеряется в неперах. Минимальная величина
помехозащищенности принимается равной 2 5 - 3 0 неп.
. Условие передачи сигналов по
каналам связи
Канал, по сути, это фильтр. Чтобы
сигнал прошел через него без искажений, объем этого канала должен быть больше
сигнала или равен ему.
Этот процесс удобно отследить, зная
АЧХ канала и спектр сигнала на его входе. Согласно выражению:
(f) = H(f)S(F),
для определения результата
необходимо перемножить спектр сигнала на его АЧХ. Физически это означает, что в
тех частотных областях, где значение АЧХ равно нулю, сигнал на выход канала не
проходит, наилучшее (с точки зрения амплитуды) прохождение сигнала будет
наблюдаться в точках, совпадающих с максимумом АЧХ. Проиллюстрируем это на
примере. На Рис.5,а показан линейчатый спектр некоторого сигнала, на Рис.5,б
показана АЧХ, а на Рис. 5,в - результат их взаимодействия.
Рис. 5.
Из рисунка можно увидеть, что
низкочастотные и высокочастотные составляющие спектра входного сигнала
ослабляются при прохождении через канал наиболее сильно. Это уменьшает энергию
сигнала на приемной стороне и не дает возможности восстановить точную форму
сигнала.
На последующих рисунках показано как
искажается форма сигнала при потере высокочастотной и низкочастотной
составляющих спектра за счет их обрезания АЧХ.
Прохождение сигнала через канал с различной
полосой пропускания:
Рисунок 6. Искажение сигнала
на входе приёмника
Список литературы
1. Зюко А.
Г., Кловский Д.Д., Коржик В. И., Назаров М.В.,. Теория электрической связи /
Под ред. Д. Д. Кловского. - Учебник для ВУЗов. - М.: Радио и связь, 1999.
. Прокис,
Дж. Цифровая связь -= Digital Communications / Кловский Д. Д.. - М.: Радио и
связь, 2000.
4. Скляр
Б. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение = Digital
Communications: Fundamentals and Applications. - 2-е изд. - М.: Вильямс
<https://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=%D0%92%D0%B8%D0%BB%D1%8C%D1%8F%D0%BC%D1%81_(%D0%B8%D0%B7%D0%B4%D0%B0%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8C%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%BE)&action=edit&redlink=1>,
2007.
. Феер
К. Беспроводная цифровая связь. Методы модуляции и расширения спектра
= Wireless Digital Communications: Modulation and Spread Spectrum Applications.
- М.:
Радио и связь,
2000.