Что называется каналом связи

КАНА́Л СВЯ́ЗИ

Том 12. Москва, 2008, стр. 701

Скопировать библиографическую ссылку:

КАНА́Л СВЯ́ЗИ, ком­плекс тех­нич. средств, обес­пе­чи­ваю­щий пе­ре­да­чу ин­фор­ма­ции от от­пра­ви­те­ля к по­лу­ча­те­лю. Осн. тех­нич. сред­ст­ва, вхо­дя­щие в со­став К. с.: уси­ли­те­ли, разл. пре­об­ра­зо­ва­те­ли (напр., элек­трич. сиг­на­лов в оп­ти­че­ские или ра­дио­сиг­на­лы и об­рат­но), ка­бе­ли, ан­тен­ны и др. По сре­де рас­про­стра­не­ния раз­ли­ча­ют К. с. про­вод­ные (воз­душ­ные, ка­бель­ные, в т. ч. во­ло­кон­но-оп­ти­че­ские) и бес­про­вод­ные (ра­дио, ра­дио­ре­лей­ные, спут­ни­ко­вые, ат­мо­сфер­ные К. с., ис­поль­зую­щие вол­ны оп­тич. диа­па­зо­на). Ин­фор­ма­ция по К. с. мо­жет пе­ре­да­вать­ся в один или неск. пунк­тов, рас­по­ло­жен­ных по пу­ти сле­до­ва­ния сиг­на­ла (воз­мож­ны от­ветв­ле­ния сиг­на­лов или их пе­ре­при­ём), или по раз­ветв­лён­ной се­ти пунк­тов. В за­ви­си­мо­сти от на­прав­ле­ния пе­ре­да­чи сиг­на­лов К. с. под­раз­де­ля­ют­ся на сим­плекс­ные, по­лу­ду­п­лекс­ные и ду­п­лекс­ные. Сим­плекс­ный К. с. по­зво­ля­ет пе­ре­да­вать со­об­ще­ния толь­ко в од­ном на­прав­ле­нии (напр., те­ле­ви­зи­он­ный ка­нал), по­лу­ду­п­лекс­ный – в обо­их на­прав­ле­ни­ях по­оче­рёд­но, ду­п­лекс­ный осу­ще­ст­в­ля­ет пе­ре­да­чу дан­ных од­но­вре­мен­но в обо­их на­прав­ле­ни­ях (напр., те­ле­фон­ная связь). К. с. клас­си­фи­ци­ру­ют: по ха­рак­те­ру пе­ре­да­вае­мых сиг­на­лов – на ана­ло­го­вые и циф­ро­вые; по на­зна­че­нию – на те­ле­граф­ные, те­ле­фон­ные, зву­ко­во­го и те­ле­ви­зи­он­но­го ве­ща­ния, пе­ре­да­чи дан­ных, те­ле­ма­ти­ки (ин­фор­ма­ци­он­но-те­ле­ком­му­ни­ка­ци­он­ные ус­лу­ги) и др. Час­то по од­но­му К. с. од­но­вре­мен­но пе­ре­да­ёт­ся боль­шое ко­ли­че­ст­во разл. сиг­на­лов. Один из осн. па­ра­мет­ров, ха­рак­те­ри­зую­щих К. с., – про­пу­ск­ная спо­соб­ность, оп­ре­де­ляе­мая мак­си­маль­но воз­мож­ным ко­ли­че­ст­вом ин­фор­ма­ции, пе­ре­да­вае­мой по это­му ка­на­лу за еди­ни­цу вре­ме­ни (бит/с).

Источник

Что такое канал связи

Аналоговые и дискретные величины

В жизни нам приходится иметь дело как с электрическими, так и не электрическими величинами: температурой, количеством жидкости, напряжением, током. Все величины можно разделить на две группы:

— величины с непрерывными значениями в определенных пределах;

— величины с фиксированным количеством значений.

Ряд величин имеет фиксированное количество состояний. Например: контакт замкнут или разомкнут, ток в цепи есть или его нет. Такие величины называют дискретными. Из толкового словаря: «дискретный — раздельный, состоящий из отдельных частей; индивидуально идентифицируемый».

Все величины часто преобразуют в электрические сигналы — их проще передавать по проводам и обрабатывать.

Кодирование сигналов и интерфейс

Теперь необходимо определится с таким понятием как «кодирование сигналов». В данном контексте слово «кодирование» не подразумевает шифрование и криптозащиту данных. Здесь под словом «код» подразумевается «язык», которым пользуются «Отправитель» и «Получатель» информации при приеме, передаче и обработке полученных сигналов.

При передаче сигналов подразумевается, что «Получатель» понимает «язык» «Отправителя». Поясним это на примере. У нас имеется простейшая схема: последовательно соединенные источник питания, выключатель и лампочка. В данном случае мы имеем ОДИН физический канал связи:

«Отправителю» необходимо передать сообщение «Получателю». Он делает это, замыкая контакты выключателя. До передачи сообщения было оговорено, что «подача сообщения = свечение лампочки». Как только «Отправитель» замыкает контакты выключателя у «Получателя» загорается лампочка, и он понимает, что пришло сообщение от отправителя.

Примечание.

Если быть точным, то сообщением является МОМЕНТ загорания лампочки, переход из неактивного состояния в активное. А факт свечения лампочки является лишь подтверждением того, что событие УЖЕ произошло. Для того чтобы «Отправитель» мог передать новое сообщение, необходимо также договориться о длительности замыкания контактов выключателя, а также оговорить время, через которое система должна быть установлена в исходное (дежурное) состояние.

Все это позволяет сделать следующие заключения:

1. Правила, по которым осуществляется обмен сообщениями, называют протоколом обмена. Часто используются термины «логика протокола обмена» или «логика обмена».

2. Канал связи имеет два уровня:

— физический — совокупность средств передачи и преобразования сигнала;

— логический — протокол обмена, в котором ранее оговоренны методы проверки появления сигнала, времени его активности и времени перевода системы в дежурное состояние.

3. Совокупность ФИЗИЧЕСКОГО и ЛОГИЧЕСКОГО уровней канала связи называют интерфейсом обмена данными или просто «интерфейс».

4. Имея один и тот же ФИЗИЧЕСКИЙ канал связи, мы можем использовать РАЗНЫЕ правила обмена сообщениями. Никто не мешает «Отправителю» и «Получателю» ЗАРАНЕЕ договориться об иных правилах. Например: «сообщение = погасание лампочки» или три моргания лампочки — это «да», а 10 морганий лампочек — это «нет».

Передача сообщений

мы имеем ДВА состояния схемы:

— контакты выключателя разомкнуты = лампочка погашена;

— контакты выключателя замкнуты = лампочка светится.

Используя эту схему и руководствуясь заранее оговоренными правилами (логикой), мы может передать от «Отправителя» к «Получателю» ОДНО сообщение. Следовательно, данный физический и логический уровни позволяют закодировать ОДНО сообщение. Что делать, если нам необходимо передать два сообщения? Это можно сделать несколькими способами. Например, увеличим количество каналов передачи данных: используем для передачи сообщений между «Отправителем» и «Получателем» ЕЩЕ ОДИН канал связи:

Данный метод передачи сообщения имеет положительные и отрицательные стороны.

Положительные:

— НЕ ИЗМЕНЯЯ протокола обмена данными, мы увеличили количество передаваемых сообщений;

— все сообщения могут быть переданы независимо друг от друга, и нет временных задержек, связанных с занятостью канала связи: у нас два НЕЗАВИСИМЫХ канала связи.

Отрицательные:

— каждое сообщение занимает ВЕСЬ канал связи;

— для увеличения количества передаваемых сообщений необходимо использовать еще один канал связи. А если необходимо передать сотни или тысячи сообщений? Тогда необходимое использовать множество каналов связи… Это весьма дорогостоящее мероприятие.

Способ, при котором сигналы передаются параллельно (одновременно) называют «параллельным интерфейсом». Этот метод хорош для передачи относительно небольшого количества сообщений.

Но что делать, когда увеличение количества индивидуальных каналов связи неприемлемо? Можно применить метод обмена сообщениями при помощи заранее оговоренных уровней (напряжения или тока) — дискретных сообщений. Схемотехническая реализация устройства для передачи сообщения может быть различной. Например, как показано на рисунке ниже, это может быть последовательно соединенные источник питания, реостат (или магазин сопротивлений) и вольтметр.

«Отправитель» и «Получатель» ДО передачи сообщения договорились:

1) сообщения будут передаваться путем изменения напряжения в линии связи и будем использовать источник напряжения 12 Вольт;

2) для каждого из сообщений имеется фиксированное (опорное) напряжение:

— сообщение №1 – напряжение 2 Вольт;

— сообщение №2 – напряжение 3 Вольт;

— сообщение №9 – напряжение 10 Вольт;

— сообщение №10 – напряжение 11 Вольт.

3) использованы следующие методы увеличения помехозащиты:

— напряжения менее 1,5 Вольта и более 11,5 Вольт считают ошибкой, поэтому игнорируются.

— увеличены пороги достоверности принятой информации: принятый сигнал от опорного напряжения (2, 3, 4…10, 11 Вольт) может отличаться на +0,2 и – 0,2 Вольта.

Что мы имеем в данном случае? Имея один канал связи, мы получили возможность передачи довольно большого количества сообщений. Но данный метод имеет большие недостатки:

— более сложная техническая реализация устройств передачи и приема сообщения;

— необходимость калибровки всего комплекта аппаратуры как минимум перед началом эксплуатации. Дело в том, что канал связи вносит искажения в передаваемый сигнал. В нашем случае эта помеха будет проявляться в виде уменьшения напряжения, при помощи которого мы и кодируем наши сообщения. Например, вместо напряжения 3 Вольта мы можем получить 2,5 Вольта, что сделает прием сообщения невозможным. Поэтому ПЕРЕД эксплуатацией станции необходимо калибровать (подстраивать) приемную аппаратуру, что в ряде случае может являться большой проблемой.

Устранить необходимость постоянной калибровки можно: необходимо изменить ЛОГИЧЕСКИЙ и/или ФИЗИЧЕСКИЙ уровни интерфейса. Например, сделать 6 Вольт калибрующим напряжением (половина напряжения питания) и назвать этот сигнал «Калибровка». При отсутствии сообщений «Отправитель» постоянно выдает в канал/линию связи 6 Вольт. «Получатель» в процессе эксплуатации канала связи автоматически подстраивает свой приемник по этому опорному напряжению.

Источник

Каналы связи

Характеристика каналов связи затруднительна. Куда отнести возможность определённого чиновника получить информацию? Искусно манипулируя связями, делец покупает выгодно товар. Сарафанное (народное) радио быстро разносит дурные вести, часто сплетни. Ещё Высоцкий был обманут слухами о скором запрете… Используя свои каналы экстрасенсы исцеляют, доводят любопытную информацию массам. Иногда безбожно врут. Мозг сегодня управляет компьютерами, японцы учатся читать мысли, куда отнести новый канал?

Классификация

Сегодня вся информация распространяется посредством колебаний – единственный способ существования материи, воспринимаемый человеком, приборами. Тесла считал мироздание сотканным из вибраций. Сложно ошибиться, назвав каналы связи колебательными. Классификация тесно касается исследований гармонических процессов. Фурье показал – волна любой формы представима суммой элементарных колебаний.

По природе волн

Напрашивается первая классификация:

Мысли также могут быть периодичными. Установлением природы возникающих сигналов сегодня занимается наука. Приведённые выше примеры составляют малую толику достижений человеческой цивилизации. Проявив минимум умственного напряжения, читатели поймут: электромагнитные, механические волны распространяются повсеместно. Постепенно угасая. Электромагнитным обычно удаётся проникнуть дальше. Естественным ограничителем механических выступает окружающий планеты вакуум.

Электромагнитное излучение принято классифицировать согласно типу модуляции несущей:

По форме волн

Человек изначально пытался использовать электричество. Задача передачи информации требовала менять форму сигналов:

Требования минимизации стоимости, энергозатрат постоянно рождают методики улучшения качества. Сегодня высшим достижением человеческой мысли считают цифровой сигнал, ставший отдельной отраслью сегмента передачи информации. Сказанное позволяет классифицировать каналы:

Вдобавок сетевые протоколы образуют иерархию OSI, каждый уровень можно представить каналом. Возможны другие критерии разбиения.

По корректирующему действию

Каналы изменяют проходящую информацию. Иногда намеренно:

По среде распространения

Подраздел классификации касается электромагнитной энергии:

Принцип действия

Информационные данные проходят путь меж локациями, преодолевая среду. Траекторию принято называть каналом связи. Современная техника пользуется последним типом классификации, рассматривая методы:

Материалом проводных сред стала преимущественно медь ввиду наилучшего сочетания цена/сопротивление. Стекло, полимеры обещают стать достойной заменой: факт, отмеченный экспертами середины 80-х (ХХ века). В информатике рассматривают понятие канала намного шире, включая сюда устройства хранения, самописцы, накопители, плёнку.

Модуляция

Изначально форма сигналов была максимально простой, чаще дискретной (азбука Морзе, код Шиллинга, визуальные знаки семафоров). Исследователи быстро осознали неэффективность элементарных приёмов. Уже Попов догадался применять амплитудную модуляцию несущей. Частотная рождена Эдвином Армстронгом (30-е годы). Инженеры Дженерал Электрик убедительно показали отличную устойчивость приёма вещания в условиях вспышек молний.

Цифровая эра

Вторая мировая война принесла миру более изощрённые варианты, включая кодирование псевдошумовыми сигналами, частотную манипуляцию. Предпринятые меры позволили сильно снизить спектральную плотность сигнала. Засечь передачу стало невероятно сложно, расшифровать – практически невозможно. Достижения военных лет развивались следующие несколько десятилетий. Ныне господствуют цифровые технологии, завтрашние шаги капризной истории сложно предсказать.

Основные современные каналы касаются непосредственно сегмента сетей, то есть линий, объединяющих активно взаимодействующие электронные объекты: компьютеры, телефоны, модемы. Ранее создания ARPANET обменом информации заведовал человек. Бурный рост сетевых технологий сделал возможным создание глобальных конформаций: интернет, услуги сотовых операторов. Международное взаимодействие сделало возможным тотальная стандартизация протоколов. В частности, первоначально (RFC 733) интернет получил определение сети, пользующейся стеком TCP/IP. Сегодня понятие стало намного шире, подразумевая планетарную систему взаимосвязанных хостов, несущих программное обеспечение HTTP-серверов.

Персональные компьютеры

Отдельной строкой выступают шины персональных компьютеров. Эре зарождения многоядерных процессоров предшествовали такие сегодня малознакомые аббревиатуры, как PCI, ISA. Своему рождению Фидонет обязан карте расширения S-100. Неправильно – забывать исторические предпосылки. Пример – развал Фидонета, брошенного собственным разработчиком, обосновавшим ранее экономическую целесообразность применения телефонных линий. Ушёл создатель – развалилась система, лишённая опоры в виде уместности технологии, соответствия растущим требованиям, взвинченным конкурирующими методами интернета. Технический уровень юзеров являлся недостаточным, был бессилен продлить агонию умирающей концепции.

Отсутствие информационной поддержки

Западные телекоммуникационные средства образуют совокупность экономически обоснованных типов передачи информации. Не существует отечественных эквивалентов терминов, переданных англоязычным доменом паутины. По телекоммуникационным технологиям, параметрам приходится брать зарубежную справку. Отсутствие информационной поддержки назовём очередным слабым звеном, мешающим развитию индустрии.

Модели каналов

Физическую среду принято моделировать. Исследователи пытаются предсказать результат будущих действий, полагая минимизировать затраты, увеличить пользу. Часто толчком проведения работ становятся экстремальные ситуации, войны, революции. Первую работу, касающуюся реальных каналов передачи информации, снабжённых моделями шумов, помех выпустил (1948) Клод Шеннон. Учёный рассмотрел движения дискретных сигналов, предложил методики оптимизации.

Математики неустанно разрабатывают модели интерференции, рефракции, отражения, шумов, затухания, резонанса. Например, разработчики мобильной связи внедряют аддитивную помеху. Точные методики расчёта отсутствуют. Модель канала учитывает сферу применения, преследует различные цели. Бывают потребности, искомые величины следующие:

Сотовые вышки делят канал меж фиксированным набором абонентов. Зачастую сигнал подвергается сильной интерференции. Сложный канал представляют суммой взаимодействий типа «точка-точка». Принято выделять группы подходящих моделей, описывающих соединение, предназначать каждой области стандартный набор методик «для сдачи отчётности».

Цифровые

Дискретные каналы проще моделировать. Сообщение представляется цифровым сигналом выбранного слоя протокола (иерархии OSI). Часто физический канал заменяют упрощёнными представлениями:

Поведение более сложных структур проще отследить, подсчитывая производительность, скорость, вероятность ошибок. Примеры:

Аналоговые

Сами модели могут быть:

Сотовые

Касаются подвижных абонентов: постоянно меняются скорость, ускорение, координаты. Моделирование беспроводных децентрализованных самоорганизующихся систем требует учёта специфических условий: шаблона трафика, особенностей регламента связи, поведения подписчиков.

Источник

КАНАЛ СВЯЗИ

— одна из основных составных частей систем передачи информации, рассматриваемых в теории передачи информации. Используется при математич. описании реального канала связи, т. е. совокупности технических устройств, обеспечивающих передачу сообщений от передатчика к приемнику по физической линии связи, и среды, в к-рой распространяются сигналы от передатчика к приемнику.

К. с. с одним передатчиком и одним приемником, используемый для передачи информации в одном направлении (от передатчика к приемнику), задается совокупностью двух измеримых пространств (пространств сигналов, передаваемых передатчиком и принимаемых приемником соответственно), переходной функцией Q(y, А),.измеримой относительно s-алгебры при фиксированном Аи являющейся вероятностной мерой на при фиксированном у(функция Q(y, А )задает условное распределение сигнала, получаемого приемником, при условии, что передатчик передал сигнал у), и подмножеством Vв пространстве всех вероятностных мер в пространстве (Vзадает ограничение на распределении сигнала, передаваемого передатчиком). Говорят, что две случайные величины h. и h, определенные на нек-ром вероятностном пространстве (W, U, Р), связаны каналом (Q, V), если они принимают значения в пространствах и соответственно, для любого с вероятностью 1 условная вероятность =Q(h, А), и распределение h. принадлежит V.

К. с. делятся на различные классы в зависимости от типов условных раетределений Qи ограничений V(см., напр., Канал без памяти, Канал с конечной памятью, Канал с конечном числом состояний, Канал гауссовский, Канал симметричный). Основной характеристикой К. с. является канала пропускная способность, к-рая характеризует максимально возможную информации скорость передачи по этому К. с.

Возможны различные обобщения приведенного определения К. с, соответствующие более общим и сложным системам передачи информации (см., напр., Канал с обратной связью, Канал многосторонний).

Лит.:[1] Шеннон К., Работы по теории информации и кибернетике, пер. с англ., М., 1963, с. 243-332; [2] Добрушин Р. Л., «Успехи матем. наук», 1959, т. 14, в. 6, с. 3-104; [3] Вольфовиц Дж., Теоремы кодирования теории информации, пер. с англ., М., 1967; [4] Галлагер Р., Теория информации и надежная связь, пер. о англ., М., 1974; [5] Файнстейн А., Основы теории информации, пер. с англ., М., 1960; [6] Фано Р., Передача информации. Статистическая теория связи, пер. с англ., М., 1965.

Р. Л. Добрушин, В. В. Прелое.

Источник

Понятие, характеристики и состав канала связи.

Канал связи предназначен для передачи сигналов между удаленными устройствами. Сигналы несут информацию, предназначенную для представления пользователю (человеку), либо для использования прикладными программами ЭВМ.

2 Канал связи включает следующие компоненты:

1) передающее устройство;

2) приемное устройство;

3) среду передачи различной физической природы

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. Сигнал необходим в качестве переносчика информации, сам он информации не несет. канал связь удаленный получатель

3. Характеристики (параметры) каналов связи

1. 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. 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.

2. 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.

3. Затухание: определяется как относительное уменьшение амплитуды или мощности сигнала при передаче по каналу сигнала определенной частоты. Часто при эксплуатации канала заранее известна основная частота передаваемого сигнала, то есть та частота, гармоника которой имеет наибольшую амплитуду и мощность. Поэтому достаточно знать

затухание на этой частоте, чтобы приблизительно оценить искажения передаваемых по каналу сигналов. Более точные оценки возможны при знании затухания на нескольких частотах, соответствующих нескольким основным гармоникам передаваемого сигнала.

Затухание обычно измеряется в децибелах (дБ) и вычисляется по следующей формуле:

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.

5. 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.

6. Динамический диапазон: логарифм отношения максимальной мощности сигналов, пропускаемых каналом, к минимальной.

7. Помехозащищенность: это помехозащищенность, т.е. помехозащищенность.

Источник