Aké sú hlavné charakteristiky komunikačných kanálov existujú. Telekomunikácie a komunikácie. Kanálový model s medzisymbolovým rušením a aditívnym šumom

Počítačové telekomunikačné systémy nazývaná výmena informácií na diaľku medzi niekoľkými počítačmi.

Počítačové komunikačné kanály možno klasifikovať podľa nasledujúcich kritérií:

• podľa spôsobu kódovania možno informácie rozdeliť na digitálne a analógové;
• podľa spôsobu komunikácie možno rozdeliť na vyhradené a prepínané;
• podľa spôsobu prenosu informácií sa delia na drôtové a bezdrôtové, optické.

Analógové- prostredníctvom analógových kanálov sú prenášané informácie prezentované v spojitej forme, to znamená vo forme nepretržitého radu hodnôt fyzikálnej veličiny.

digitálny- sú to kanály, ktorými sa prenášané informácie prenášajú vo forme digitálnych (diskrétnych, impulzných) signálov tej či onej fyzickej povahy.

Prepnuté- sú to kanály vytvorené zo samostatných sekcií len na čas prenosu informácií cez ne, po skončení komunikačnej relácie je takýto kanál prerušený.

Vyhradené kanály- sú to kanály, ktoré sú organizované na dlhú dobu a majú konštantné charakteristiky z hľadiska dĺžky a priepustnosti.

Medzi hlavné charakteristiky komunikačných kanálov patrí rýchlosť prenosu informácií, spoľahlivosť, náklady, vývojové rezervy.

Rýchlosť prenosu informácií sa meria v bitoch/s a v baudoch. Počet zmien v parametri informácie o signáli za sekundu sa meria v baudoch.

Baud- je to rýchlosť, pri ktorej sa vysiela jeden signál (napríklad impulz) za sekundu, bez ohľadu na veľkosť jeho zmeny. Jednotka merania bit/s zodpovedá jedinej zmene signálu v komunikačnom kanáli a jednoduchým spôsobom kódovania signálu; keď je akákoľvek zmena iba jedna, možno predpokladať, že: 1 baud = 1 bit/s; 1 kbaud = 103 bps; 1 Mbaud = 106 bps atď.

Ak dátový prvok môže byť reprezentovaný nie dvoma, ale veľkým počtom hodnôt ktoréhokoľvek parametra signálu, hodnota 1 baud bude väčšia ako 1 bit za sekundu.

Spoľahlivosť- prenos informácií bez ich straty a zmeny. Vysielač a prijímač sú zariadenia na prenos údajov, ktoré spájajú zdroj a prijímač informácií s komunikačným kanálom. Príkladmi zariadení na dátovú komunikáciu sú modemy, terminálové adaptéry, sieťové karty atď.

Na zlepšenie kvality signálu prenášaného na veľké vzdialenosti sa používajú ďalšie zariadenia: opakovače, prepínače, rozbočovače, smerovače, multiplexory.

Na základe týchto princípov je klasifikácia založená na šírke pásma komunikačného kanála:

• nízkorýchlostné komunikačné kanály, rýchlosť prenosu informácií v nich je od 50 do 200 bps;
• strednorýchlostné komunikačné kanály, prenosová rýchlosť v nich je od 300 do 9600 bps av nových štandardoch až 56 000 bps;
• vysokorýchlostné (širokopásmové) komunikačné kanály poskytujúce rýchlosť prenosu informácií nad 56 000 bps.

Rýchlostné charakteristiky kanála do značnej miery závisia od použitých káblov.

krútená dvojlinka- sú to izolované medené drôty, ktorých obvyklý priemer je 1 mm, stočené v pároch okolo seba do tvaru špirály. To vám umožní znížiť elektromagnetickú interakciu niekoľkých susedných krútených párov.

Najbežnejšia aplikácia krútenej dvojlinky je v telefónnej linke. Krútené páry, ktoré sa tiahnu na veľké vzdialenosti, sú spojené do kábla, na ktorý je nanesený ochranný povlak. Ak by páry vodičov vo vnútri takýchto káblov neboli skrútené, signály prechádzajúce cez ne by sa prekrývali. Telefónne káble s priemerom niekoľkých centimetrov vidno navlečené na stĺpoch.

Krútené páry sa používajú na prenos analógových a digitálnych signálov. Šírka pásma závisí od priemeru a dĺžky drôtu, ale na veľké vzdialenosti môže dosiahnuť niekoľko megabitov za sekundu.

Existujú dva typy krútených párov:

• Netienené krútené páry Majú pomerne vysokú priepustnosť, ľahko sa používajú, nepotrebujú uzemnenie a sú široko používané kvôli nízkej cene. Netienená krútená dvojlinka sa nepoužíva v lokálnej sieti, ktorá spracováva obmedzené informácie, pretože môže zvýšiť intenzitu poľa.
• Tienené krútené páry majú dobré technické vlastnosti, ale sú drahé, pevné a nepohodlné na použitie a vyžadujú uzemnenie. Tento typ kábla sa používa hlavne v sieťach s obmedzeným prístupom k informáciám.

Koaxiálny kábel- prostriedky prenosu údajov. Je lepšie tienený ako krútená dvojlinka, takže dokáže prenášať dáta na väčšie vzdialenosti pri vyšších rýchlostiach. Široko používané sú dva typy káblov. Jeden sa používa iba na prenos digitálneho signálu a druhý typ kábla sa používa na analógový signál.

Koaxiálny kábel pozostáva z izolovaného pevného medeného drôtu umiestneného v strede kábla. Cez izoláciu je natiahnutý valcový vodič, zvyčajne vyrobený vo forme jemnej medenej siete. Je pokrytá vonkajšou ochrannou vrstvou izolácie (plastový plášť). Konštrukcia a špeciálny typ tienenia koaxiálneho kábla poskytujú veľkú šírku pásma a vynikajúcu odolnosť voči šumu.

Koaxiálne káble pre telekomunikácie sú rozdelené do dvoch skupín:

• "hrubé" koaxiálne káble;
• „tenké“ koaxiálne káble.

Hrubý koaxiálny kábel má vonkajší priemer 12,5 mm a dostatočne hrubý vodič (2,17 mm), aby poskytoval dobrý elektrický a mechanický výkon.

Rýchlosť prenosu dát cez hrubý koaxiálny kábel je až 50 Mbps, ale vzhľadom na určitú nepohodlnosť práce s ním a jeho značné náklady nie je vždy možné ho použiť v dátových sieťach.

Tenký koaxiálny kábel má vonkajší priemer 5-6 mm, je lacnejší a pohodlnejší na použitie, ale tenký vodič v ňom (0,9 mm) spôsobuje horšie elektrické a mechanické vlastnosti. Rýchlosť prenosu dát cez „tenký“ koaxiálny kábel nepresahuje 10 Mbps.

Koaxiálne káble boli široko používané v telefónnych systémoch, ale na dlhých linkách ich nahrádzajú káble z optických vlákien. Pre káblovú televíziu sa však široko používajú koaxiálne káble.

káble z optických vlákien svojou štruktúrou pripomína krútenú dvojlinku. Základom optického kábla je sklenené jadro, cez ktoré sa šíri svetlo, obklopené pevnou výplňou a umiestnené v ochrannom plášti s priemerom 125 mikrónov.

Jeden kábel môže obsahovať od jedného do niekoľkých stoviek takýchto jadier. Jadro je pokryté vrstvou skla s nižším indexom lomu ako jadro. Je navrhnutý tak, aby spoľahlivejšie bránil úniku svetla z jadra.

Vonkajšia vrstva je plastový plášť, ktorý chráni zasklenie. Zdrojom svetelného lúča šíriaceho sa po kábli z optických vlákien je prevodník elektrických signálov na optické, napríklad LED alebo polovodičový laser.

Kódovanie informácií sa uskutočňuje zmenou intenzity svetelného lúča. Fyzikálnym základom prenosu svetelného lúča vláknom je princíp totálneho vnútorného odrazu lúča od stien vlákna, ktorý zaisťuje minimálny útlm signálu, najvyššiu ochranu proti vonkajším elektromagnetickým poliam a vysokú prenosovú rýchlosť. Kábel z optických vlákien, ktorý má veľký počet vlákien, môže prenášať obrovské množstvo správ. Na druhom konci kábla prijímacie zariadenie prevádza svetelné signály na elektrické signály.

Rýchlosť prenosu dát cez optický kábel dosahuje 1000 Mbps, je však veľmi nákladná a používa sa len na kladenie kritických diaľkových komunikačných kanálov. Takýto kábel spája hlavné mestá a veľké mestá väčšiny krajín sveta, ako aj kontinenty.

V počítačových sieťach a na internete sa optické káble používajú v ich najkritickejších oblastiach. Možnosti optických kanálov sú skutočne nekonečné: jeden hrubý chrbticový optický kábel dokáže súčasne organizovať niekoľko stoviek tisíc telefónnych kanálov, niekoľko tisíc videotelefónnych kanálov a asi tisíc televíznych kanálov.

V súčasnosti sú široko používané bezdrôtové typy komunikácie: rádiové kanály, infračervené a milimetrové žiarenie.

rádiový kanál je bezdrôtový komunikačný kanál umiestnený vzduchom. Systém rádiového prenosu údajov zahŕňa rádiový vysielač a rádiový prijímač naladený na rovnaké rádiové vlnové pásmo, ktoré je určené frekvenčným pásmom elektromagnetického spektra používaného na prenos údajov.

Takýto systém prenosu údajov sa jednoducho nazýva rádiový kanál. Rýchlosti prenosu dát cez rádiový kanál sú prakticky neobmedzené (obmedzené šírkou pásma zariadenia transceivera). Vysokorýchlostný rádiový prístup poskytuje používateľom kanály s prenosovou rýchlosťou 2 Mbps a vyššou. V blízkej budúcnosti sa očakávajú rádiové kanály s rýchlosťou 20-50 Mbps.

Na komunikáciu na krátke vzdialenosti sa široko používa infračervené a milimetrové vlnové žiarenie bez použitia kábla. Diaľkové ovládače pre televízory a videorekordéry využívajú infračervené žiarenie. Sú relatívne smerové, lacné a ľahko sa inštalujú, ale majú jednu veľkú nevýhodu: infračervené žiarenie neprechádza cez pevné predmety. Na druhej strane pozitívom je aj to, že cez steny neprechádzajú infračervené vlny. Tým sa totiž zvyšuje bezpečnosť infračerveného systému pred odpočúvaním v porovnaní s rádiovým systémom.

Z tohto dôvodu si používanie infračerveného komunikačného systému na rozdiel od rádiovej komunikácie nevyžaduje vládnu licenciu (okrem pásiem ISM). Komunikácia v infračervenom rozsahu sa používa v systémoch stolných počítačov (napríklad na prepojenie notebookov s tlačiarňami), ale v telekomunikáciách stále nehrá významnú úlohu.

Bezdrôtové komunikačné kanály majú slabú odolnosť proti hluku, ale poskytujú používateľovi maximálnu mobilitu a efektivitu komunikácie. V počítačových sieťach sa bezdrôtové komunikačné kanály na prenos dát využívajú najčastejšie tam, kde je použitie tradičných káblových technológií zložité alebo jednoducho nemožné.

V blízkej budúcnosti sa však situácia môže zmeniť – vývoj novej bezdrôtovej technológie Bluetooth aktívne prebieha. Bluetooth je technológia na prenos dát cez rádiové kanály na krátke vzdialenosti, čo umožňuje bezdrôtovým telefónom, počítačom a rôznym periférnym zariadeniam komunikovať aj v prípadoch, keď je porušená požiadavka priamej viditeľnosti.

Spočiatku sa Bluetooth považovalo len za alternatívu k infračervenému spojeniu medzi rôznymi prenosnými zariadeniami. Teraz však už odborníci predpovedajú dva smery širokého využitia Bluetooth.

Prvou sú domáce siete, ktoré zahŕňajú rôzne elektronické zariadenia, najmä počítače, televízory atď. Druhým, oveľa dôležitejším smerom sú lokálne siete kancelárií malých firiem, kde je štandard Bluetooth umiestnený ako náhrada za tradičné káblové technológie. Nevýhodou Bluetooth je relatívne nízka rýchlosť prenosu dát - nepresahuje 720 Kbps, takže táto technológia nie je schopná zabezpečiť prenos video signálu.

Štátna skúška

(štátna skúška)

Otázka číslo 3 „Komunikačné kanály. Klasifikácia komunikačných kanálov. Parametre komunikačných kanálov. Podmienka pre prenos signálu cez komunikačný kanál.

(Plyaskin)

Odkaz. 3

Klasifikácia. päť

Charakteristika (parametre) komunikačných kanálov. 10

Podmienka pre prenos signálu cez komunikačné kanály. 13

Literatúra. štrnásť

Odkaz

Odkaz- systém technických prostriedkov a prostredia na šírenie signálu na prenos správ (nielen dát) od zdroja k príjemcovi (a naopak). Komunikačný kanál chápaný v užšom zmysle ( komunikačná cesta) predstavuje iba fyzické médium šírenia, ako je fyzická komunikačná linka.

Komunikačný kanál je určený na prenos signálov medzi vzdialenými zariadeniami. Signály nesú informácie určené na prezentáciu používateľovi (človeku) alebo na použitie počítačovými aplikačnými programami.

Komunikačný kanál obsahuje nasledujúce komponenty:

1) vysielacie zariadenie;

2) prijímacie zariadenie;

3) prenosové médium rôzneho fyzikálneho charakteru (obr.1) .

Signál nesúci informáciu tvorený vysielačom sa po prechode cez prenosové médium privádza na vstup prijímacieho zariadenia. Ďalej sa informácie extrahujú zo signálu a prenesú sa k spotrebiteľovi. Fyzikálna povaha signálu je zvolená tak, aby sa mohol šíriť prenosovým médiom s minimálnym útlmom a skreslením. Signál je potrebný ako nosič informácie, sám informáciu nenesie.

Obr.1. Komunikačný kanál (možnosť č. 1)

Obr.2 Komunikačný kanál (možnosť č. 2)

Tie. tento (kanál) je technické zariadenie (technológia + prostredie).

Klasifikácia

Budú presne tri typy klasifikácií. Vyberte si chuť a farbu:

Klasifikácia č. 1:

Existuje mnoho typov komunikačných kanálov, z ktorých najbežnejšie sú káblové kanály komunikácia ( vzduch, kábel, svetlovod atď.) a rozhlasové kanály (troposférický, satelitný atď.). Takéto kanály sú zase zvyčajne kvalifikované na základe charakteristík vstupných a výstupných signálov, ako aj na základe zmeny charakteristík signálov v závislosti od takých javov, ktoré sa vyskytujú v kanáli, ako je slabnutie a zoslabovanie signálov.

Podľa typu distribučného média sa komunikačné kanály delia na:

Drôtové;

Akustické;

Optické;

infračervené;

Rozhlasové kanály.

Komunikačné kanály sa tiež delia na:

spojité (na vstupe a výstupe kanála - spojité signály),

Diskrétne alebo digitálne (na vstupe a výstupe kanálu - diskrétne signály),

spojité-diskrétne (kontinuálne signály na vstupe kanála a diskrétne signály na výstupe),

Diskrétne spojité (na vstupe kanálu - diskrétne signály a na výstupe - spojité signály).

Kanály môžu byť lineárne A nelineárne, dočasné A časopriestorový.

možné klasifikácia komunikačné kanály podľa frekvenčného rozsahu .

Systémy prenosu informácií sú jednokanálový A viackanálový. Typ systému je určený komunikačným kanálom. Ak je komunikačný systém postavený na rovnakom type komunikačných kanálov, potom je jeho názov určený typickým názvom kanálov. V opačnom prípade sa používa špecifikácia klasifikačných znakov.

Klasifikácia č. 2 (podrobnejšia):

1. Klasifikácia podľa použitého frekvenčného rozsahu

Ø Kilometer (LW) 1-10 km, 30-300 kHz;

Ø Hektometrický (CB) 100-1000 m, 300-3000 kHz;

Ø Dekameter (HF) 10-100 m, 3-30 MHz;

Ø Meter (MV) 1-10 m, 30-300 MHz;

Ø decimeter (UHF) 10-100 cm, 300-3000 MHz;

Ø Centimeter (SMW) 1-10 cm, 3-30 GHz;

Ø Milimeter (MMV) 1-10 mm, 30-300 GHz;

Ø Desatinné (DMMV) 0,1-1 mm, 300-3000 GHz.

2. Podľa smeru komunikačných liniek

- riadený ( používajú sa rôzne vodiče):

Ø koaxiálne,

Ø krútené páry na báze medených vodičov,

Ø optických vlákien.

- nesmerové (rádiové spojenia);

Ø viditeľnosť;

Ø troposférický;

Ø ionosférický

Ø priestor;

Ø rádiové relé (retransmisia na decimetrových a kratších rádiových vlnách).

3. Typy odoslaných správ:

Ø telegraf;

Ø telefón;

Ø prenos dát;

Ø faksimile.

4. Typ signálov:

Ø analógový;

Ø digitálny;

Ø impulz.

5. Podľa typu modulácie (manipulácia)

- V analógových komunikačných systémoch:

Ø s amplitúdovou moduláciou;

Ø s jednostrannou moduláciou;

Ø s frekvenčnou moduláciou.

- V digitálnych komunikačných systémoch:

Ø s manipuláciou s amplitúdou;

Ø s kľúčovaním s frekvenčným posunom;

Ø s fázovým kľúčovaním;

Ø s relatívnym kľúčovaním fázového posunu;

Ø s tónovým kľúčovaním (jednotlivé prvky ovládajú osciláciu pomocnej nosnej (tón), po ktorej sa manipulácia vykonáva pri vyššej frekvencii.

6. Podľa hodnoty základne rádiového signálu

Ø širokopásmové pripojenie (B>> 1);

Ø úzkopásmové (B "1).

7. Podľa počtu súčasne prenášaných správ

Ø jednokanálový;

Ø viackanálový (frekvencia, čas, kódové rozdelenie kanálov);

8. Smerom správy

Ø jednostranné;

Ø bilaterálne.
9. V poradí výmeny správ

Ø simplexná komunikácia- obojsmerná rádiová komunikácia, pri ktorej sa vysielanie a príjem každej rádiovej stanice vykonáva postupne;

Ø duplexná komunikácia- vysielanie a príjem sa vykonáva súčasne (najúčinnejšie);

Ø polovičný duplex- odkazuje na simplex, ktorý zabezpečuje automatický prechod z vysielania na príjem a možnosť znovu sa opýtať korešpondenta.

10. Spôsobmi ochrany prenášaných informácií

Ø otvorená komunikácia;

Ø uzavretá komunikácia (tajná).

11. Podľa stupňa automatizácie výmeny informácií

Ø neautomatizované - rádiové ovládanie a zasielanie správ vykonáva operátor;

Ø automatizované - manuálne sa zadávajú iba informácie;

Ø automatický - proces odosielania správ sa vykonáva medzi automatickým zariadením a počítačom bez účasti operátora.

Klasifikácia č. 3 (niečo sa môže opakovať):

1. Podľa dohody

Telefón

telegraf

TV

Vysielanie

2. Podľa smeru prenosu

Simplex (prenos iba v jednom smere)

polovičný duplex (prenos striedavo v oboch smeroch)

Duplex (vysielanie súčasne v oboch smeroch)

3. Podľa povahy komunikačnej linky

Mechanický

hydraulické

Akustické

Elektrický (káblový)

Rádio (bezdrôtové)

Optické

4. Podľa povahy signálov na vstupe a výstupe komunikačného kanála

Analógové (kontinuálne)

Diskrétne v čase

Diskrétne podľa úrovne signálu

Digitálne (diskrétne v čase aj na úrovni)

5. Podľa počtu kanálov na komunikačnú linku

jeden kanál

Viackanálový

A tu je ďalšia kresba:

Obr.3. Klasifikácia komunikačných liniek.

Charakteristika (parametre) komunikačných kanálov

1. Funkcia prenosu kanálov: prezentované vo formulári amplitúdovo-frekvenčná charakteristika (AFC) a ukazuje, ako klesá amplitúda sínusoidy na výstupe komunikačného kanála v porovnaní s amplitúdou na jeho vstupe pre všetky možné frekvencie prenášaného signálu. Normalizovaná frekvenčná odozva kanálu je znázornená na obr.4. Poznanie frekvenčnej odozvy skutočného kanála vám umožňuje určiť tvar výstupného signálu pre takmer akýkoľvek vstupný signál. Na to je potrebné nájsť spektrum vstupného signálu, previesť amplitúdu jeho jednotlivých harmonických v súlade s amplitúdovo-frekvenčnou charakteristikou a potom nájsť tvar výstupného signálu pridaním prevedených harmonických. Pre experimentálne overenie amplitúdovo-frekvenčnej charakteristiky je potrebné otestovať kanál s referenčnými (amplitúdovo rovnakými) sínusoidmi v celom frekvenčnom rozsahu od nuly po určitú maximálnu hodnotu, ktorá sa môže vyskytnúť vo vstupných signáloch. Okrem toho musíte zmeniť frekvenciu vstupných sínusoidov malým krokom, čo znamená, že počet experimentov by mal byť veľký.

-- pomer spektra výstupného signálu k vstupu
- šírka pásma

Obr.4 Normalizovaná frekvenčná odozva kanálu

2. Šírka pásma: je derivačná charakteristika frekvenčnej odozvy. Predstavuje súvislý rozsah frekvencií, pre ktorý pomer amplitúdy výstupného signálu k vstupu presahuje určitú vopred stanovenú hranicu, to znamená, že šírka pásma určuje frekvenčný rozsah signálu, pri ktorom sa tento signál prenáša cez komunikačný kanál bez výrazné skreslenie. Typicky sa šírka pásma meria pri 0,7 maximálnej frekvenčnej odozvy. Šírka pásma v najväčšej miere ovplyvňuje maximálnu možnú rýchlosť prenosu informácií cez komunikačný kanál.

3. útlm: je definovaný ako relatívny pokles amplitúdy alebo výkonu signálu, keď sa signál určitej frekvencie prenáša cez kanál. Často počas prevádzky kanála je základná frekvencia prenášaného signálu známa vopred, to znamená frekvencia, ktorej harmonická má najvyššiu amplitúdu a výkon. Preto stačí poznať útlm na tejto frekvencii, aby sme približne odhadli skreslenie signálov prenášaných cez kanál. Presnejšie odhady sú možné, ak je známy útlm na niekoľkých frekvenciách zodpovedajúcich niekoľkým základným harmonickým prenášaného signálu.

Útlm sa zvyčajne meria v decibeloch (dB) a vypočíta sa pomocou nasledujúceho vzorca: , kde

Sila signálu na výstupe kanála,

Sila signálu na vstupe kanála.

Útlm je vždy vypočítaný pre konkrétnu frekvenciu a súvisí s dĺžkou kanála. V praxi sa vždy používa pojem „špecifický útlm“, t.j. útlm signálu na jednotku dĺžky kanála, napríklad útlm 0,1 dB/meter.

4. Prenosová rýchlosť: charakterizuje počet bitov prenesených cez kanál za jednotku času. Meria sa v bitoch za sekundu - bps, ako aj odvodené jednotky: Kbps, Mbps, Gbps. Prenosová rýchlosť závisí od šírky pásma kanála, úrovne šumu, typu kódovania a modulácie.

5. Odolnosť kanálového šumu: charakterizuje jeho schopnosť zabezpečiť prenos signálu v podmienkach rušenia. Interferencia sa delí na interné(predstavuje tepelný hluk zariadení) A externé(sú rôznorodé a závisí od prenosového média). Odolnosť kanála voči šumu závisí od hardvéru a algoritmických riešení na spracovanie prijatého signálu, ktoré sú zabudované v transceiveri. Imunita proti hluku signalizácia cez kanál môže byť zvýšená na náklady kódovanie a špeciálne spracovanie signál.

6. Dynamický rozsah : logaritmus pomeru maximálneho výkonu signálu prenášaného kanálom k minimu.

7. Imunita proti hluku: ide o odolnosť proti hluku, t.j. odolnosť proti hluku.

Odkaz je súbor prostriedkov určených na prenos signálov (správ).

Existujú rôzne typy kanálov, ktoré možno klasifikovať podľa rôznych kritérií:

1. Podľa typu komunikačných liniek: káblové; kábel; optických vlákien; elektrické vedenie; rozhlasové kanály atď.

2. Podľa povahy signálov: nepretržitý; diskrétne; diskrétne-kontinuálne (signály na vstupe systému sú diskrétne a na výstupe sú spojité a naopak).

3. Podľa odolnosti voči hluku: kanály bez rušenia; s interferenciou.

Komunikačné kanály sa vyznačujú:

1. Kapacita kanála je definovaný ako súčin času využitia kanálu Tk, šírky frekvenčného spektra prenášaného kanálom Fk a dynamického rozsahu Dk., ktorý charakterizuje schopnosť kanála prenášať rôzne úrovne signálov Vk = Tk Fk Dk. (1) Podmienka zhody signálu s kanálom: Vc Vk; Tc Tk; Fc Fk; Vc Vk; Dc Dk.

2. Rýchlosť prenosu informácií- priemerné množstvo informácií prenesených za jednotku času.

3.Šírka pásma komunikačného kanála- najvyššia teoreticky dosiahnuteľná rýchlosť prenosu informácií za predpokladu, že chyba nepresiahne danú hodnotu.

4. Nadbytok- zabezpečuje spoľahlivosť prenášaných informácií (R = 01).

Jednou z úloh teórie informácie je určiť závislosť rýchlosti prenosu informácií a priepustnosti komunikačného kanála od parametrov kanála a charakteristík signálov a rušenia. Komunikačný kanál možno obrazne prirovnať k cestám. Úzke cesty - nízka kapacita, ale lacné. Široké cesty - dobrá dopravná kapacita, ale drahé. Priepustnosť je určená úzkym miestom. Rýchlosť prenosu dát do značnej miery závisí od prenosového média v komunikačných kanáloch, ktorými sú rôzne typy komunikačných liniek.

Káblové:

1. Drôtové- krútená dvojlinka. Prenosová rýchlosť až 1 Mbps.

2. Koaxiálny kábel. Prenosová rýchlosť 10-100 Mbps

3. Optické vlákno. Prenosová rýchlosť 1 Gbps.

rádiové spojenia:

rádiový kanál. Prenosová rýchlosť 100-400 Kbps. Používa rádiové frekvencie až do 1000 MHz. Do 30 MHz v dôsledku odrazu od ionosféry je možné šírenie elektromagnetických vĺn mimo zorného poľa.

mikrovlnné linky. Prenosové rýchlosti až 1 Gbps. Používajte rádiové frekvencie nad 1000 MHz. To si vyžaduje priamu viditeľnosť a vysoko smerové parabolické antény. Vzdialenosť medzi regenerátormi je 10-200 km. Používa sa na telefón, televíziu a prenos dát.

Satelitné pripojenie. Využívajú sa mikrovlnné frekvencie a satelit slúži ako regenerátor.

Shannonova veta pre kanály bez rušenia vždy je možné vytvoriť systém efektívneho kódovania diskrétnych správ, v ktorom sa priemerný počet signálov binárneho kódu na jeden znak správy bude ľubovoľne blížiť k entropii zdroja správy.

Nech má zdroj správy kapacitu H ¢(U) = u C ×H(U) a kanál má kapacitu C = u K ×log M. prvok správy h = u K /u C = (H(U)/ log M)+e (2.2), kde e je ľubovoľne malé (priama veta). Nie je možné získať menšiu hodnotu h (inverzná veta). Opačná časť vety hovorí, že nie je možné získať hodnotu h = u K / u C< H(U)/ log M (2.3), может быть доказана если учесть, что неравенство (2.3) эквивалентно неравенству u C × H(U) >u K × log M, H¢ (U) > C. Posledná nerovnosť nemôže byť splnená, pretože príslušné kódovanie musí byť reverzibilná transformácia (t. j. bezstratová). Entropia za sekundu na vstupe kanálu alebo priepustnosť kodéra nemôže prekročiť šírku pásma kanálu. A entropia prijatých signálov sa určí z podmienky maximálnej hodnoty H'(y)= log m.

Shannonova veta pre diskrétny kanál so šumom nazývaná aj Shannonova základná veta o kódovaní. Ak je výkon zdroja správ H¢ (U) menší ako kapacita kanálu С, t.j. H¢(U)< C, то существует такая система кодирования которая обеспечивает возможность передачи сообщений источника со сколь угодно малой вероятностью ошибки (или со сколь угодно малой ненадежностью).

Ak H¢(U) > C, potom možno správu zakódovať tak, že nespoľahlivosť za jednotku času je menšia ako H¢(U)-C+ e, kde e ®0(priama veta).

Neexistuje žiadna metóda kódovania, ktorá by poskytovala nespoľahlivosť za jednotku času menšiu ako H¢(U)-C(inverzná veta).

V tejto formulácii túto vetu uviedol sám Shannon. V literatúre sa druhá časť priamej vety a opačná veta často kombinujú vo forme inverznej vety formulovanej takto: ak H¢(U) > C, potom takáto metóda kódovania neexistuje.

2. Typy signálov, ich vzorkovanie a obnova. Spektrálna hustota signálov. Nyquistova frekvencia, Kotelnikovova veta. Frekvenčná reprezentácia diskrétnych signálov. Ortogonálne transformácie diskrétnych signálov. Problémy interpolácie a stenčovania signálov.

Typy signálov, ich vzorkovanie a obnova

Autor: typy (typy) signálov vyniknú nasledovné:

1. analógový

2. diskrétne

3. digitálny

analógový signál (analógový signál) je spojitá funkcia spojitého argumentu, t.j. definované pre akúkoľvek hodnotu argumentu. Zdroje analógových signálov sú spravidla fyzikálne procesy a javy, ktoré sú kontinuálne v dynamike ich vývoja v čase, v priestore alebo v akejkoľvek inej nezávislej premennej, pričom zaznamenaný signál je podobný (“analogický‖) procesu, ktorý ho generuje. Príklad matematického zápisu signálu: y(t) = 4,8 exp /2,8]. V tomto prípade samotná funkcia aj jej argumenty môžu nadobúdať ľubovoľné hodnoty v rámci určitých intervalov y J , t J . Ak intervaly hodnôt signálu alebo jeho nezávislých premenných nie sú obmedzené, potom sa predvolene považujú za rovné od -Ґ do +Ґ . Súbor možných hodnôt signálu tvorí kontinuum - súvislý priestor, v ktorom je možné určiť ľubovoľný signálny bod až do nekonečna. Príklady signálov, ktoré sú svojou povahou analógové, sú zmena sily elektrických, magnetických a elektromagnetických polí v čase a priestore.

diskrétny signál (diskrétny signál) vo svojich hodnotách je tiež spojitá funkcia, ale definovaná iba v diskrétnych hodnotách argumentu. Podľa množiny svojich hodnôt je konečný (počítateľný) a je opísaný diskrétnou postupnosťou vzoriek (vzoriek) y(nDt), kde y J , Dt je interval medzi vzorkami (interval alebo krok vzorkovania, čas vzorkovania) , n = 0, 1, 2, ..., N. Prevrátená hodnota kroku vzorkovania: f = 1/Dt sa nazýva vzorkovacia frekvencia. Ak sa diskrétny signál získa vzorkovaním (vzorkovaním) analógového signálu, potom ide o sekvenciu vzoriek, ktorých hodnoty sa presne rovnajú hodnotám pôvodného signálu v zmysle nDt.

digitálny signál (digitálny signál) je kvantovaný vo svojich hodnotách a diskrétny vo svojom argumente. Je opísaná kvantizovanou mriežkovou funkciou yn = Qk, kde Qk je kvantizačná funkcia s počtom kvantizačných úrovní k, pričom kvantizačné intervaly môžu byť rovnomerne rozdelené aj nerovnomerne, napríklad logaritmické. Digitálny signál je spravidla špecifikovaný vo forme diskrétnej série číselných údajov - číselného poľa po sebe nasledujúcich hodnôt argumentu s Dt = const, ale vo všeobecnosti môže byť signál špecifikovaný aj v forma tabuľky pre ľubovoľné hodnoty argumentov.

Diskretizácia, obnova (interpolácia) signálov.

Proces diskretizácie je proces získavania hodnôt konvertovaného signálu v určitých časových intervaloch ( čítania).

Pod diskretizáciou signálu sa rozumie transformácia funkcií spojitých premenných na funkcie diskrétnych premenných, z ktorých možno s danou presnosťou obnoviť pôvodné spojité funkcie. Úlohu diskrétnych údajov spravidla vykonávajú kvantované hodnoty funkcií v diskrétnej škále súradníc. Kvantizáciou sa rozumie transformácia veličiny spojitej v hodnotách na veličinu s diskrétnou stupnicou hodnôt z konečnej množiny povolených hodnôt, ktoré sa nazývajú kvantizačné úrovne. Ak sú kvantizačné úrovne očíslované, potom výsledkom prevodu je číslo, ktoré možno vyjadriť v ľubovoľnej číselnej sústave. Zaokrúhľovanie s určitou bitovou hĺbkou okamžitých hodnôt spojitej analógovej hodnoty s jednotným krokom v argumente je najjednoduchším prípadom vzorkovania a kvantovania signálov, keď sú prevedené na digitálne signály.

Princípy diskretizácie. Podstatou vzorkovania analógových signálov je, že časová kontinuita analógovej funkcie s(t) je nahradená sekvenciou krátkych impulzov, ktorých amplitúdové hodnoty sú určené pomocou váhových funkcií, alebo priamo vzorkami (vzorkami) okamžité hodnoty signálu s(t) v časoch. signál s(t) na intervale T množinou diskrétnych hodnôt sa zapisuje ako:

(c1, c2, ... , cN) = A,

kde A je diskretizačný operátor. Zaznamenávanie operácie obnovy signálu s(t):

s"(t) = B[(c1, c2, ..., cN)].

Výber operátorov A a B je určený požadovanou presnosťou rekonštrukcie signálu. Najjednoduchšie sú lineárne operátory. Všeobecne:

(5.1.1)

Kde je systém váhových funkcií.

Hodnoty vo výraze (5.1.1) sú spojené s integračnou operáciou, ktorá zabezpečuje vysokú odolnosť vzorkovania voči šumu. Avšak vzhľadom na zložitosť technickej implementácie „váženej“ integrácie sa táto používa pomerne zriedkavo, pri vysokých hladinách hluku. Viac používané sú metódy, v ktorých je signál s(t) nahradený množinou jeho okamžitých hodnôt s() v časoch . Úlohu váhových funkcií v tomto prípade plnia funkcie hrebeňa (mriežky). Časový interval Dt medzi susednými vzorkami sa nazýva krok vzorkovania. Diskretizácia sa nazýva rovnomerná s frekvenciou F=1/Dt, ak je hodnota Dt konštantná v celom rozsahu prevodu signálu. Pri nerovnomernom vzorkovaní sa môže hodnota Dt medzi vzorkami meniť podľa určitého programu alebo v závislosti od zmien akýchkoľvek parametrov signálu.

Obnova signálu

Regenerácia nepretržitá signál na vzorkách je možné vykonávať na základe ortogonálnych aj neortogonálnych základných funkcií. Reprodukujúca funkcia s "(t) je reprezentovaná aproximačným polynómom:

Kde je systém základných funkcií. Funkcie ortogonálnej bázy zabezpečujú konvergenciu radu k s(t) pre n Yu Ґ . Optimálne metódy vzorkovania sú tie, ktoré poskytujú minimálny číselný rad pre danú chybu reprodukcie signálu. Pre neortogonálne bázové funkcie sa používajú hlavne mocninové algebraické polynómy v tvare:

Ak sa hodnoty aproximačného polynómu zhodujú s hodnotami vzoriek v momentoch ich počítania, potom sa takýto polynóm nazýva interpolačný polynóm. Lagrangeove polynómy sa zvyčajne používajú ako interpolačné polynómy. Na implementáciu interpolačných polynómov je potrebné oneskorenie signálu na vzorkovací interval, čo v systémoch pracujúcich v reálnom čase vyžaduje určité technické riešenia. Taylorove polynómy sa zvyčajne používajú ako extrapolačné polynómy.

Prirodzenou požiadavkou na výber vzorkovacej frekvencie je zavedenie minimálnych skreslení do dynamiky zmien funkcií signálu. Logicky sa dá predpokladať, že skreslenie informácie bude tým menšie, čím vyššia bude vzorkovacia frekvencia F. Na druhej strane je tiež zrejmé, že čím väčšia hodnota F, tým viac digitálnych údajov sa bude signálov zobrazovať a tým viac na ich spracovanie. V optimálnom variante by hodnota vzorkovacej frekvencie signálu F mala byť potrebná a dostatočná na spracovanie informačného signálu s danou presnosťou, t.j. poskytnutie prijateľnej chyby pri rekonštrukcii formy analógového signálu (odmocnina ako celku cez interval signálu alebo podľa maximálnych odchýlok od skutočnej formy v charakteristických informačných bodoch signálov).

Kvantovanie signálu.

Vzorkovanie analógových signálov s prevodom do digitálnej formy je spojené s kvantizáciou signálu. Podstatou kvantovania je nahradiť nespočítateľnú množinu možných hodnôt funkcie, vo všeobecnosti náhodných, konečnou množinou digitálnych vzoriek a vykonáva sa zaokrúhľovaním okamžitých hodnôt vstupnej funkcie s(ti) v čase. ti na najbližšie hodnoty si(ti) = niDs, kde Ds je skoková kvantizácia stupnice digitálnych odčítaní. Kvantovanie s konštantným krokom Ds sa nazýva rovnomerné. Matematicky môže byť kvantizačná operácia vyjadrená vzorcom:

kde zátvorky [..] znamenajú celú časť hodnoty v zátvorkách.

Pri kvantovaní signálov vo veľkom dynamickom rozsahu hodnôt môže byť kvantovací krok nerovnomerný, napríklad logaritmický, t.j. úmerné logaritmu hodnôt vstupného signálu. Nastavený rozsah kvantizačnej stupnice od smin do smax a kvantizačný krok Ds určujú počet dielikov stupnice Ns = (smax-smin)/Ds a podľa toho aj bitovú hĺbku digitálnej kvantizácie. V dôsledku diskretizácie a kvantovania je spojitá funkcia s(t) nahradená číselnou postupnosťou (s(kDt)). Chyba zaokrúhľovania ei = s(kDt)-si(kDt) je v rámci -Ds/2

Pri dostatočne malom kvantizačnom kroku možno akúkoľvek hodnotu v ňom považovať za ekvipravdepodobnú, zatiaľ čo hodnoty e sú rozdelené podľa jednotného zákona:

p(e) = 1/Ds, -Ds/2JeJDs/2.

V súlade s tým sú rozptyl a efektívna hodnota kvantizačného šumu:

e2 = Ds2/12, » 0,3 Ds. .jeden)

Pri špecifikovaní hladiny kvantizačného šumu pomocou výrazu (5.5.1) je ľahké určiť prípustnú hodnotu kvantizačného kroku.

Vstupný signál obsahuje spravidla aditívnu zmes aktuálneho signálu s(t) a šumu q(t) s disperziou sq2. Ak šum nekoreluje so signálom, potom po kvantizácii je celkový rozptyl šumu:

V praxi sa kvantovací krok zvyčajne volí tak, že nedochádza k žiadnej badateľnej zmene pomeru signálu k šumu, t.j. e2<

Existuje mnoho typov komunikačných kanálov, ktoré sa v závislosti od typu média šírenia zvyčajne delia na drôtové, akustické, infračervené a rádiové kanály. V závislosti od typu signálov je možné rozlíšiť komunikačné kanály

Nepretržitý (na vstupe a výstupe kanála - spojité signály);

Diskrétne alebo digitálne (na vstupe a výstupe kanálu - diskrétne signály);

Nepretržitý-diskrétny (nepretržité signály na vstupe kanála a

výstup - diskrétne signály);

Diskrétne spojité (na vstupe kanálu - diskrétne signály a na výstupe -

nepretržité signály).

Podľa životnosti sa rozlišujú spínané a nespínané kanály. Spínané (dočasné), sú vytvorené len na čas prenosu informácií. Neprepínané kanály (vyhradené) - sú vytvorené na dlhú dobu s určitými konštantnými charakteristikami. Kanály môžu byť tiež klasifikované podľa rýchlosti prenosu informácií, frekvenčného rozsahu, zmeny parametrov v čase (s konštantnými a premenlivými parametrami) atď.

Komunikačný kanál je vo všeobecnosti systém technických prostriedkov a média na šírenie signálu na prenos správ (nielen údajov) od zdroja k príjemcovi (a naopak). Komunikačný kanál zahŕňa komunikačné linky (fyzická prenosová vrstva), ktorých hlavné parametre možno rozdeliť do dvoch skupín /12/: parametre šírenia, ktoré charakterizujú proces šírenia užitočného signálu, a parametre ovplyvňujúce, ktoré popisujú mieru ovplyvnenia iné signály a rušenie užitočného signálu. V každej z týchto skupín možno rozlíšiť primárne a sekundárne parametre. Primárne parametre charakterizujú fyzikálnu povahu linky, napríklad lineárna kapacita alebo indukčnosť elektrického kábla, stupeň nehomogenity optického vlákna a sekundárne parametre odrážajú nejaký zovšeobecnený výsledok prechodu signálu cez komunikačnú linku. Sekundárne parametre sú ovplyvnené primárnymi parametrami aj interferenciou. Napríklad pri prenose signálov rôznych frekvencií po drôtovom vedení bude v dôsledku prítomnosti rozloženého komplexného odporu vedenia rozdielny koeficient prenosu pre harmonické kmity s rôznymi frekvenciami. To vedie k skresleniu tvaru vlny.

Hlavné sekundárne charakteristiky komunikačného vedenia sú: -amplitúdovo-frekvenčná charakteristika (AFC);

šírka pásma;

útlm;

Imunita proti hluku;

priepustnosť;

Spoľahlivosť prenosu dát.

Frekvenčná charakteristika ukazuje, ako sa mení amplitúda signálu na výstupe komunikačnej linky v porovnaní s amplitúdou na vstupe pre rôzne frekvencie prenášaného signálu (obr. 9).

Obrázok 9- Frekvenčná odozva

Frekvenčná odozva poskytuje úplný obraz o komunikačnej linke z hľadiska prechodu signálov rôznych frekvencií, ale je dosť ťažké ju získať. Aby ste to dosiahli, musíte otestovať vedenie referenčnými sínusoidmi v celom frekvenčnom rozsahu od nuly po určitú maximálnu hodnotu, ktorá sa môže vyskytnúť vo vstupných signáloch. Okrem toho musíte zmeniť frekvenciu vstupných sínusoidov malým krokom, čo znamená, že počet experimentov by mal byť veľmi veľký. Preto sa v praxi namiesto amplitúdovo-frekvenčnej charakteristiky používajú iné, zjednodušené charakteristiky - šírka pásma a útlm.

Šírka pásma je odvodenou charakteristikou frekvenčnej odozvy. Ide o súvislý rozsah frekvencií, pre ktorý pomer amplitúdy výstupného signálu k vstupnému signálu presahuje určitú vopred stanovenú hranicu.

V skutočnosti šírka pásma určuje frekvenčný rozsah signálu, v ktorom sa prenáša cez komunikačný kanál bez výrazného skreslenia. Typicky sa šírka pásma meria pri 0,7 maximálnej frekvenčnej odozvy. Obrázok 10 zobrazuje šírky pásma pre rôzne linky.

Obrázok 10 - Šírky pásma rôznych komunikačných liniek

Útlm je definovaný ako relatívny pokles amplitúdy signálu alebo výkonu, keď sa signál určitej frekvencie prenáša cez kanál. Často počas prevádzky kanála je základná frekvencia prenášaného signálu známa vopred, to znamená frekvencia, ktorej harmonická má najvyššiu amplitúdu a výkon. Preto stačí poznať útlm na tejto frekvencii, aby sme približne odhadli skreslenie signálov prenášaných cez kanál. Viac

presné odhady sú možné so znalosťou útlmu na niekoľkých frekvenciách zodpovedajúcich niekoľkým základným harmonickým prenášaného signálu. Útlm sa vypočíta podľa nasledujúceho vzorca:

kde Pout je výkon signálu na výstupe kanála, Pin je výkon signálu na vstupe kanála.

Útlm je vždy vypočítaný pre konkrétnu frekvenciu a súvisí s dĺžkou kanála. V praxi sa používa pojem „špecifický útlm“, t.j. útlm signálu na jednotku dĺžky kanála, napríklad útlm 0,3 dB/meter. Čím nižší je útlm, tým vyššia je kvalita komunikačnej linky. Typicky sa útlm určuje pre pasívne úseky komunikačného vedenia, pozostávajúce z káblov a prierezov, bez zosilňovačov a regenerátorov. Napríklad kábel s krútenou dvojlinkou kategórie 5 pre vnútorné rozvody v budovách používaných pre lokálne siete má útlm najmenej -23,6 dB pre frekvenciu 100 MHz s dĺžkou kábla 100 m. Útlm optického kábla je oveľa nižšia a zvyčajne leží v rozmedzí od 0,2 do 3 dB pri dĺžke kábla 1000 m. Treba poznamenať, že takmer všetky optické vlákna majú komplexnú závislosť útlmu na vlnovej dĺžke, s tromi takzvanými „oknami transparentnosti“ – 850, 1300 a 1550 nm. Najmenej straty

sú poskytované na vlnovej dĺžke 1550 nm, čo umožňuje dosiahnuť maximálny dosah s pevným výkonom vysielača a pevnou citlivosťou prijímača. Multimódový kábel má dve prvé priehľadné okná, t.j. 850 a 1300 nm, a jednovidový kábel má dve priehľadné okná pri vlnových dĺžkach 1310 a 1550 nm.

Odolnosť vedenia voči rušeniu určuje jeho schopnosť plniť svoje požiadavky

funkcie ovplyvnené rušením z vonkajšieho prostredia alebo vodičov

samotný kábel. Odolnosť proti hluku sa dá odhadnúť na maximum

intenzitu rušenia, pri ktorej narušenie funkcií ešte nepresahuje

prípustné limity. Odolnosť proti hluku závisí od typu

fyzického prostredia pred tieniacimi prostriedkami a prostriedkami na potláčanie rušenia

linky. Najmenej odolné voči šumu sú rádiové spojenia, najviac

optické vlákna, necitlivé na vonkajšie elektromagnetické žiarenie. Odolnosť voči šumu sa dá zlepšiť použitím kódov na korekciu šumu a špeciálnych algoritmov spracovania na prenos signálu.

Kapacita linky charakterizuje maximálnu možnú rýchlosť prenosu dát cez komunikačnú linku. Priepustnosť sa meria v bitoch za sekundu. Je to spôsobené tým, že údaje v komunikačných linkách sa prenášajú postupne, teda bit po bite. Teoreticky je maximálna možná šírka pásma, bez ohľadu na metódu kódovania, určená Shannon-Hartleyovou vetou:

pomer sily signálu k sile bieleho Gaussovho šumu. SNR - určuje počet úrovní signálu, ktoré dokáže prijímač rozlíšiť. Takže, ak SNR>3, potom jeden signál môže prenášať dva bity informácie. Typické prenosové rýchlosti pre najbežnejšie komunikačné linky sú uvedené v tabuľke 1.

Tabuľka 1 - Rýchlosť prenosu dát cez komunikačné kanály

Spoľahlivosť prenosu je určená mierou skreslenia signálu, t.j. ako sa prijímaný signál zhoduje s vysielaným signálom. V digitálnych systémoch prenosu informácií sa vyznačuje spoľahlivosť prenosu údajov

Na urýchlenie vývoja telemedicínskych systémov a vyhodnotenie vplyvu parametrov kanála na kvalitu prenosu signálu je vhodné použiť na modelovanie prostredie MATLAB a Simulink, ktoré poskytujúce kanály kanálov pripravené na použitie umožňujú integrovať ich do modelu systému posúdiť vplyv rôznych skreslení na kvalitu prenosu signálu. Komunikačný blok Simulink, ktorý je súčasťou komunikačného bloku Simulink, ponúka modely kanálov ako kanál s aditívnym bielym Gaussovým šumom, binárny symetrický kanál, viaccestný Rayleighov kanál s fadingom, Riceov kanál s fadingom atď. parametre kanála, môžete odhadnúť chybu prenosu pre rôzne typy modulácie, ako sú metódy kódovania a spracovania signálu.

Charakteristika

Použite nasledujúce charakteristiky kanálov

Imunita proti hluku

Imunita proti hluku A = 10 lg ⁡ P m i n s i g n a l p n o i s e (\displaystyle A=10\lg (P_(min~signál) \over P_(šum)))). Kde P m i n s i g n a l p n o i s e (\displaystyle (P_(min~signal) \over P_(hluk)))- minimálny odstup signálu od šumu;

Hlasitosť kanála

Hlasitosť kanála V (\displaystyle V) sa určuje podľa vzorca: V k = Δ F k ⋅ T k ⋅ D k (\displaystyle V_(k)=\Delta F_(k)\cdot T_(k)\cdot D_(k)),

kde T k (\displaystyle T_(k))- čas, počas ktorého je kanál obsadený prenášaným signálom;

Pre prenos signálu cez kanál bez skreslenia, hlasitosť kanála V k (\displaystyle V_(k)) musí byť väčšia alebo rovná hlasitosti signálu V s (\displaystyle V_(s)), t.j. Najjednoduchším prípadom prispôsobenia hlasitosti signálu hlasitosti kanálu je dosiahnuť vyplnenie nerovností Δ F k ⩾ Δ F s (\displaystyle \Delta F_(k)\geqslant ~\Delta F_(s)), T k ⩾ T s (\displaystyle T_(k)\geqslant ~T_(s))> a Δ D k ⩾ Δ D s (\displaystyle \Delta D_(k)\geqslant ~\Delta D_(s)). napriek tomu V k ⩾ V s (\displaystyle V_(k)\geqslant ~V_(s)) možno vykonať v iných prípadoch, čo umožňuje dosiahnuť požadované charakteristiky kanála zmenou iných parametrov. Napríklad so znižovaním frekvenčného rozsahu sa môže zväčšiť šírka pásma.

Klasifikácia

Existuje mnoho typov komunikačných kanálov, medzi ktorými sa najčastejšie rozlišujú káblové komunikačné kanály (vzduch, kábel, svetlovod atď.) a rádiové komunikačné kanály (troposférické, satelitné atď.). Takéto kanály sú zase zvyčajne kvalifikované na základe charakteristík vstupných a výstupných signálov, ako aj na základe zmeny charakteristík signálov v závislosti od takých javov, ktoré sa vyskytujú v kanáli, ako je slabnutie a zoslabovanie signálov.

Podľa druhu média šírenia sa komunikačné kanály delia na káblové, akustické, optické, infračervené a rádiové kanály.

Komunikačné kanály sú tiež rozdelené do

• spojité (na vstupe a výstupe kanála - spojité signály),
• diskrétne alebo digitálne (na vstupe a výstupe kanálu - diskrétne signály),
• spojité-diskrétne (na vstupe kanálu - spojité signály a na výstupe - diskrétne signály),
• diskrétne spojité (na vstupe kanálu - diskrétne signály a na výstupe - spojité signály).

Kanály môžu byť lineárne a nelineárne, časové a časopriestorové. Komunikačné kanály je možné klasifikovať podľa frekvenčného rozsahu.

Modely komunikačných kanálov

Komunikačný kanál je opísaný matematickým modelom, ktorého úlohou je určiť matematické modely výstupu a vstupu a S 1 (\displaystyle S_(1)), ako aj nadviazanie spojenia medzi nimi, charakterizované operátorom L (\displaystyle L), t.j

S 2 = L (S 1) (\displaystyle S_(2)=L(S_(1))).

Nepretržité modely kanálov

Kontinuálne kanálové modely možno klasifikovať na kanálový model s aditívnym Gaussovým šumom, kanálový model s neistou fázou signálu a aditívnym šumom a kanálový model s medzisymbolovým rušením a aditívnym šumom.

Ideálny kanálový model

Ideálny kanálový model sa používa vtedy, keď je možné zanedbať prítomnosť rušenia. Pri tomto modeli je výstupný signál S 2 (\displaystyle S_(2)) je deterministický, tzn

S 2 (t) = γ S 1 (t − τ) (\displaystyle S_(2)(t)=\gama ~S_(1)(t-\tau))

kde γ je konštanta, ktorá určuje zosilnenie, τ je konštantné oneskorenie.

Model kanála s neistou fázou signálu a aditívnym šumom

Kanálový model s neistou fázou signálu a aditívnym šumom sa líši od ideálneho kanálového modelu v tom τ (\displaystyle \tau ) je náhodná premenná. Napríklad, ak je vstupný signál úzkopásmový, potom signál S 2 (t) (\displaystyle S_(2)(t)) na výstupe kanálu s neurčitou fázou signálu a aditívnym šumom je definovaný takto:

S 2 (t) = γ (cos (θ) u (t) − sin (θ) H (u (t)) + n (t) (\displaystyle S_(2)(t)=\gamma (cos(\ theta)u(t)-sin(\theta)H(u(t))+n(t)),

kde sa berie do úvahy, že vstupný signál S 1 (t) (\displaystyle S_(1)(t)) môže byť reprezentovaný ako:

S 1 (t) = cos (θ) u (t) − sin (θ) H (u (t)) (\displaystyle S_(1)(t)=cos(\theta)u(t)-sin(\ theta)H(u(t))),

kde H() (\displaystyle H()) je Hilbertova transformácia, θ (\displaystyle \theta )- náhodná fáza, ktorej rozdelenie sa zvyčajne považuje za rovnomerné na intervale

Kanálový model s medzisymbolovým rušením a aditívnym šumom

Model kanála s medzisymbolovým rušením a aditívnym šumom zohľadňuje výskyt rozptylu signálu v čase v dôsledku nelinearity fázovo-frekvenčnej charakteristiky kanála a obmedzenej šírky pásma kanála, to znamená napríklad pri prenose diskrétnych správ. cez kanál bude hodnota výstupného signálu ovplyvnená odozvami kanála nielen na prechádzaný znak, ale aj na skoršie alebo neskoršie znaky. V rádiových kanáloch je výskyt medzisymbolového rušenia ovplyvnený viaccestným šírením rádiových vĺn.