Как было указано в предшествующем обсуждении, канал связи обеспечивает соединение передатчика и приёмника. Физический канал может быть двухпроводной линией, которая пропускает электрический сигнал, или стекловолокном, которое переносит информацию посредством модулированного светового луча, или подводным каналом океана, в котором информация передаётся акустически, или свободным пространством, по которому несущий информационный сигнал излучается при помощи антенны. Другие среды, которые могут характеризоваться как каналы связи - средства хранения данных, такие как магнитная лента, магнитные и оптические диски.
Таким образом достигается оптимальность и эффективность коммуникационной билатеральности. Иными словами, эта коммуникационная модель позволяет реализовать идеи, намерения и цели субъекта как можно полнее, не нарушая интересов других участников общественного процесса.
Эта коммуникационная модель характеризуется тем, что процесс корпоративной коммуникации проходит по горизонтали. Информация не работает? сверху вниз. Как правило, информационные библиотеки предварительно обрабатываются таким образом, чтобы удовлетворить узкие корпоративные интересы. Благодаря этой специфике эта модель коммуникации не предполагает компромиссов и часто приводит к созданию кризисных ситуаций. В первую очередь это характеризуется корпорациями, действующими в соответствии с нормами и условиями корпоратизма.
Одна общая проблема при передаче сигнала через любой канал – аддитивный шум. Вообще говоря, аддитивный шум создаётся часто внутри различных электронных компонентов, таких как резисторы и твёрдотельные устройства, используемых в системах связи. Эти шумы часто называют тепловым шумом. Другие источники шума и интерференции (наложения) могут возникать вне системы, например переходные помехи от других пользователей канала. Когда такой шум и переходные помехи занимают тот же самый диапазон частот, что и полезный сигнал, их влияние может быть минимизировано путем соответствующего выбора передаваемого сигнала и демодулятора в приемнике. Другие виды сигнальных искажений, которые могут встречаться при передаче сигнала по каналу, - это затухание сигнала, амплитудные и фазовые искажения сигнала и искажения сигнала, обусловленные многопутевым распространением волн.
Несомненно, современный мир требует современных коммуникаций. Проблемы глобализации, а также наблюдаемое столкновение между отдельными системами требуют пересмотра одной из основных проблем цивилизации: как мы общаемся? Учитывая все это, вкратце, можно дать следующее определение современных корпоративных коммуникаций.
Определение. Корпоративные коммуникации, в соответствии с корпоративными нормами и условиями, являются коммуникационной стратегией в виде инструментария, способного трансформировать идеи и намерения в реальность. Они исторически связаны с временем и пространством и формируют образ мышления и поведенческие модели. Исходя из этого, современные корпоративные коммуникации меняют ценность и среду, в которой они развиваются и реализуются.
Влияние шума может быть уменьшено увеличением мощности передаваемого сигнала. Однако конструктивные и другие практические соображения ограничивают уровень мощности передаваемого сигнала. Другое базовое ограничение – доступная ширина полосы частот канала. Ограничение ширины полосы обычно обусловлено физическими ограничениями среды и электрических компонентов, используемых в передатчике и приемнике. Эти два обстоятельства приводят к ограничению количества данных, которые могут быть переданы надёжно по любому каналу связи, как мы увидим в последующих главах книги. Ниже мы опишем некоторые из важных характеристик отдельных каналов связи.
Петев Т. «Теории массовой коммуникации», изд. Софийского университета? Основной универсальный материал лежит в основе Интернета. Компьютерные сети возникают из-за того, что компьютеры быстро обмениваются данными и задачами. Даже с появлением компьютеров, 50 лет назад, так называемый. пешеходные сети - пешеходы, несущие магнитные ленты. Возникает вопрос об объединении данных, чтобы они могли переключаться с одного компьютера на другой. Пользователям необходим прямой доступ к компьютерам в режиме онлайн.
Таким образом, в 60-х годах появились терминальные сети. Первоначально терминалы просты, а затем сложны, и появляются графические. Линии, соединяющие компьютер с терминалами, «расширены» - из одной комнаты или здания на большие расстояния. Цифровая передача данных отличается от передачи битового потока через аналоговые сигналы. Были попытки передачи цифровых данных через аналоговые сигналы. В настоящее время разрабатываются современные технологии связи. Модем - устройство, посредством которого цифровые данные преобразуются в аналоговый сигнал, который проходит через стандартный телефонный канал.
Проводные каналы. Телефонная сеть экстенсивно использует проводные линии для передачи звукового сигнала, а также данных и видеосигналов. Витые проводные пары и коаксиальный кабель в основном дают электромагнитный канал, который обеспечивает прохождение относительно умеренной ширины полосы частот. Телефонный провод, обычно используемый, чтобы соединить клиента с центральной станции, имеет ширину полосы несколько сотен килогерц. С другой стороны, коаксиальный кабель имеет обычно используемую ширину полосы частот несколько мегагерц. Рисунок 1.2.1 поясняет частотный диапазон используемых электромагнитных каналов, которые включают волноводы и оптический кабель.
Телефония была изобретена в конце 19 века. Он основан на особенностях звуковых волн и человеческого уха, которые их воспринимают. Звуковые волны непрерывны и представляют собой усадку и взлеты. Они имеют частотные характеристики - колебания в секунду. Звуковые волны ниже 20 Гц называются «инфразвуком». При наборе номера другого абонента он проходит через ряд телефонных станций, которые, в свою очередь, делают коммутаторы, и, наконец, пользователь обеспечивает соединение с другим пользователем - каналом, который является уникальным между двумя устройствами.
Рис. 1.2.1. Частотные диапазоны для каналов связи с направляющими системами
Сигналы, передаваемые через такие каналы, искажаются по амплитуде и фазе, и, кроме того, на них накладывается аддитивный шум. Проводная линия связи в виде витой пары также склонна к интерференции переходных помех от рядом расположенных пар. Поскольку проводные каналы составляют большой процент каналов связи по всей стране и миру, широкие исследования были направлены на определение их свойств передачи и на уменьшение амплитудных свойств передачи и на уменьшение амплитудных и фазовых искажений в канале. В гл. 9 мы опишем метод синтеза оптимальных передаваемых сигналов и демодуляторов; в гл. 10 и 11 рассмотрим синтез канальных эквалайзеров (выравнивателей), которые компенсируют амплитудные и фазовые искажения в канале.
Эта технология называется переключением каналов. Один канал реализуется посредством серии полей переключения - «рабочей зоны» коммутатора или УАТС, конечных пользователей или других коммутаторов, к которым он подключен. Как правило, все устройства в одном поле могут работать только на часть, например 10%. Коммутатор в переключении каналов может выглядеть, в то время как коммутационный переключатель является известным переключателем.
Сигналы, Гармонический анализ, Амплитудная модуляция
Развитие телефонных систем основано на очень хорошем математическом аппарате - гармоническом анализе, преобразовании Фурье - они показывают, что множество периодических сигналов может накапливаться и передаваться в виде электрического сигнала при условии, что исходные сигналы находятся в другой диапазон частот. Сигнал проходит через один провод - например, сто каналов сжаты в один сигнал. На другом конце, при специальной фильтрации, каждая частота разделяется.
Волоконно-оптические каналы. Стекловолокно представляет проектировщику системы связи ширину полосы частот, которая на несколько порядков больше, чем у каналов с коаксиальным кабелем. В течение прошедшего десятилетия были разработаны оптические кабели, которые имеют относительно низкое затухание для сигнала, и высоконадежные оптические устройства для генерирования и детектирования сигнала. Эти технологические достижения привели к быстрому освоению таких каналов как для внутренних систем электросвязи, так и для трансатлантических и мировых систем связи. С учётом большой ширины полос частот, доступной на волоконно-оптических каналах, стало возможно для телефонных компаний предложить абонентам широкий диапазон услуг электросвязи, включая передачу речи, данных, факсимильных и видеосигналов.
Поскольку это индивидуально, сжатие и фильтрация не выполняются. Наш телефонный канал имеет ширину полосы 4 кГц, что означает, что один и тот же провод вместе с телефонным сигналом пропускает больше сигналов в диапазоне более высоких частот. Наш голос превращается в электрическое мерцание, которое проходит через провод, идет в центр города и остается в свободном канале. сдвигается, например, на 10 кГц и переходит в свободный канал. Если он отправляется на междугородную магистраль, этот сигнал обычно перестает быть электрическим, но он трансформируется как часть светового сигнала, который перемещается между электростанциями города.
Передатчик или модулятор в волоконно-оптической системе связи – источник света, светоизлучающий диод (СИД) или лазер. Информация передаётся путем изменения (модуляции) интенсивности источника света посредством сигнала сообщения. Свет распространяется через волокно как световая волна, и она периодически усиливается (в случае цифровой передачи детектируется и восстанавливается ретрансляторами) вдоль тракта передачи, чтобы компенсировать затухания сигнала.
По-видимому, этот канал на самом деле не является отдельным кабелем от тех, которые идут под Атлантическим океаном. При таком частотном уплотнении - чем ближе сигнал, тем дешевле он будет. Пример - телеканалы. В цифровом телевизоре, путем выборки и сильной модуляции, сигнал сжимается до полосы пропускания 1 МГц. И изменение канала происходит в туннеле, где происходит фильтрация. Первые каналы в компьютерных сетях - это размер телефонных каналов - 4 кГц, поскольку они основаны на телефонных сетях.
Изменение основано на следующем: один такой сигнал имеет 3 параметра. Модификация изменяет один или несколько из следующих параметров. Теорема Ханона - Теория информации: информационная емкость одного частотного канала - с сильной модуляцией по нескольким параметрам - чуть более чем в 10 раз превышает размер канала. У нас есть каналы, которые находятся в так называемых полосах частот - вся полоса частот принимается и разделяется на отдельные диапазоны, которые запускают отдельные информационные каналы.
В приемнике интенсивность света детектируется фотодиодом, чей выход является электрическим сигналом, который изменяется пропорционально мощности света на входе фотодиода. Источники шума в волоконно-оптических каналах – это фотодиоды и электронные усилители.
Предполагается, что волоконно-оптические каналы заменят почти все каналы проводной линии связи в телефонной сети на рубеже столетия.
Таким образом, мы можем использовать один кабель для нескольких вещей. Кабина разделяет несколько меньших проводных частот. Соединение 512 Кбит / с может выполняться в диапазоне 50 кГц. Таким образом, несколько пользователей получают соединение через несколько телевизионных каналов, посвященных Интернету. Когда у нас есть один канал в медиа, мы говорим о базовом канале, а когда он больше - широкополосный. Эта коммуникационная технология уже разработана и позволяет быстро создавать терминальные сети, т.е. с расстояния до обмена данными с одним компьютером - это произошло в 1960-х годах.
Беспроводные
(радио) каналы.
В
системах беспроводной связи (радиосвязи) электромагнитная энергия передается в
среду распространения антенной, которая служит излучателем. Физические размеры
и структура антенны зависят прежде всего от рабочей частоты. Чтобы получить
эффективное излучение электромагнитной энергии, размеры антенны должны быть
больше чем 1/10 длины волны. Следовательно, передача радиостанции с AM на несущей,
допустим, МГц,
соответствующей длине волны 
м, требует антенны с диаметром по
крайней мере 30м. Другие важные характеристики и свойства антенн для
беспроволочной передачи описаны в гл. 5.
В возрасте 65 лет в США уже достаточно много мощных компьютеров - один в штате Иллинойс, другой в Калифорнии. Пешеходная сеть становится совершенно неприменимой и начинает думать о чем-то лучшем. В этом проекте цель состоит в том, чтобы вычислить центры обработки данных и проектные проекты компьютерной сети в нескольких американских университетах. Первоначальная идея относительно проста: «аморфная», децентрализованная структура, в которой между двумя компьютерами существует более одного возможного способа подключения.
Идея такого распределения заключается в том, что не будет незаменимых сетевых станций - сеть будет продолжать функционировать, даже если ее часть не соответствует порядку. Это позволяет сети нормально работать, несмотря на многочисленные сбои сетевого оборудования. Во Франции такая сеть создается, но это не удается.
Рисунок 1.2.2 поясняет различные диапазоны частот для радиосвязи. Способы распространения электромагнитных волн в атмосфере и в свободном пространстве можно разделить на три категории, а именно: распространение поверхностной волной, распространение пространственной волной, распространение прямой волны. В диапазоне очень низких частот (ОНЧ) и звуковом диапазоне, в которых длины волн превышают 10км, земля и ионосфера образуют волновод для распространения электромагнитных волн. В этих частотных диапазонах сигналы связи фактически распространяются вокруг всего земного шара. По этой причине эти диапазоны частот прежде всего используется во всём мире для решения навигационных задач с берега до кораблей.
Три сервера министерства обороны под голубым небом. Семь для НАСА, в их темных каменных залах. Девять за Национальный научный фонд, обреченный на создание Интернета. И один для Темного Лорда, для его темного престола. Сервер, который будет доминировать над всеми; Один их найти; Один, чтобы собрать их и обернуть их во тьме. В стране Редмонда, где скрываются тени.
Сначала он служит средой для обмена сообщениями электронной почты, а затем и для файлов, даже при попытках сетевой телефонии. В какой-то момент существует множество разных сетей и стандартов, которые несовместимы друг с другом. Эта технология, благодаря своей массовой привлекательности, постепенно смещает свои другие аналоги и по-прежнему остается центральной для Интернета сегодня. Именно в этих событиях термин «Интернет» используется впервые.
Ширина полосы частот канала, доступной в этих диапазонах, относительно мала (обычно составляет 1…10% центральной частоты), и, следовательно, информация, которая передаётся через эти каналы, имеет относительно низкую скорость передачи и обычно неприемлема для цифровой передачи.
Доминирующий тип шума на этих частотах обусловлен грозовой деятельностью вокруг земного шара, особенно в тропических областях. Интерференция возникает из-за большого числа станций в этих диапазонах частот.
По мере увеличения количества компьютеров и мощности процессора число сетей увеличивается - все равно, но в целом с теми же физическими характеристиками, но с разной логистикой. Одна возможная, относительная классификация сетей - по объему - расстояние между процессорами двух компьютеров друг от друга.
Стандартизация сетевого оборудования позволяет обеспечить совместимость между отдельными сетевыми станциями, простое и быстрое развертывание и поддержку сети. Локальная сеть - это система, основанная на общем канале, на котором размещаются компьютеры, называемые сетевыми подписчиками. Подписчики выбирают из общего потока данных только то, что для них. В качестве топологии общий канал представляет собой шину или кольцо или гибридную технологию, во многих диапазонах, связанных с одним или несколькими кольцами.
Распространения земной волной, как иллюстрируется на рис. 1.2.3, является основным видом распространения для сигналов в полосе средних частот (0,3…3 МГц). Это – диапазон частот, используемый для радиовещания с AM и морского радиовещания. При AM радиовещании и распространении земной волной дальность связи, даже при использовании мощных радиостанций, ограничена 150 км. Атмосферные шумы, промышленные шумы и тепловые шумы от электронных компонентов приёмника являются основными причинами искажений сигналов, передаваемых в диапазоне средний частот.
Взаимосвязи между ними могут представлять собой медные провода или оптические волокна. Все эти технологии работают по принципу общего канала. Данные перемещаются между всеми абонентами. С точки зрения коммуникации важно, будет ли поток распространен, или для всех будут каналы, связанные со специальными устройствами, называемыми маршрутизаторами, которые разделяют потоки данных по определенным маршрутам - маршрутизации. Маршрутизатор реструктурирует поток данных путем «перетаскивания» данных конкретному получателю, поэтому он не «прослушивает» общий поток.
Рис. 1.2.2. Частотные диапазоны для беспроводных каналов связи
Частным случаем распространения пространственной волны является ионосферное распространение, иллюстрируемое рис. 1.2.4. Оно сводится к отражению (отклонение или рефракция волны) передаваемого сигнала от ионосферы, которая состоит из нескольких слоёв заряженных частиц, расположенных на высоте 50…400 км от поверхности земли. В дневное время суток разогрев нижних слоёв атмосферы солнцем обуславливает появление нижнего слоя на высоте ниже 120 км. Эти нижние слои, особенно D-слой, вызывают поглощение частот ниже 2 МГц, таким образом ограничивая распространение ионосферной волной радиопередач AM радиовещания. Однако в течение ночных часов электронная концентрация частиц в нижних слоях ионосферы резко падает, и частное поглощение, которое встречается в дневное время, значительно сокращается. Как следствие, мощные радиовещательные сигналы с AM могут распространятся на большие расстояния посредством отражения от ионосферных слоев (которые располагаются на высоте от 140 до 400 км над поверхностью земли), и земной поверхности.
Очевидное преимущество маршрутизируемых сетей повышает эффективность - каждое сообщение отправляется только предназначенному человеку, а не всем слушателям. С несколькими сотнями миллионов клиентов и несколькими миллиардами сообщений в любой момент - это хорошая идея.
Термин «канал» получил свое значение от двухточечной сетевой связи - две станции обмениваются данными друг с другом. Только люди с острым слухом, как и музыканты, чувствуют себя очень высокими частотами. Доктор сказал 50, но правда. Удивительно, но снова появилась математика.
Рис. 1.2.3. Иллюстрация распространения поверхностной волной
Часто возникающая проблема при ионосферном распространении электромагнитной волны в частотном диапазоне ВЧ - это многопутёвость . Многопутёвость образуется потому, что передаваемый сигнал достигает приёмника по многим путям с различными задержками. Это обычно приводит к межсимвольной интерференции в системе цифровой связи. Более того, сигнальные компоненты, прибывающие по различным путям распространения, могут суммироваться таким образом, что это приводит к явлению, названному замираниями . Это большинство людей испытало при слушании отдалённой радиостанции ночью, когда ионосферная волна является доминирующим способом распространения. Аддитивный шум в ВЧ диапазоне - это комбинация атмосферных помех и теплового шума. Распространение ионосферной волны прекращается на частотах выше 30 МГц, что является границей диапазона ВЧ. Однако возможно ионосферно-тропосферное распространение на частотах в диапазоне от 30 до 60 МГц, обусловленное рассеянием сигналов от нижних слоев ионосферы. Также можно связаться на расстоянии нескольких сотен миль при помощи тропосферного рассеяния в диапазоне от 40 до 300 МГц. Тропосферное рассеяние обуславливается рассеянием сигнала благодаря частицам в атмосфере на высотах порядка 10 км. Обычно ионосферное и тропосферное рассеяние вызывает большие сигнальные потери и требует большой мощности передатчика и относительно больших размеров антенн.
Рис. 1.2.4. Иллюстрация распространения пространственной волной
Частоты выше 30 МГц проходят через ионосферу с относительно малыми потерями и делают возможным спутниковую и внеземную связь. Следовательно, на частотах УВЧ диапазона и выше основным способом электромагнитного распространения волн является распространение в пределах прямой видимости (ППВ). Для земных систем связи это означает, что передающая и приемная антенны должны быть в прямой видимости с относительно малой преградой (или ее отсутствием). По этой причине передача телевизионных станций в УВЧ и СВЧ диапазонах частот для достижения широкой зоны охвата осуществляется антеннами на высоких опорах.
Вообще, зона охвата для ППВ распространения ограничена кривизной поверхности земли. Если передающая антенна установлена на высоте м над поверхностью земли, расстояние до радиогоризонта, не принимая во внимание физические преграды, такие как горы, приблизительно км. Например, антенна телевидения, установленная на высоте 300 м, обеспечивает покрытие территории приблизительно 67 км. Другой пример – релейные системы микроволновой радиосвязи, экстенсивно используемые для передачи телефонных и видеосигналов на частотах выше чем 1 МГц, имеют антенны, установленные на высоких опорах или сверху на высоких зданиях.
Доминирующий шум, ограничивающий качество системы связи в ВЧ и УВЧ диапазонах, – тепловой шум, создаваемый во входных цепях приемника, и космические шумы, уловленные антенной. На частотах в диапазоне СВЧ выше чем 10 ГГц при распространения сигнала главную роль играют атмосферные условия. Например, на частоте 10 ГГц затухание меняется приблизительно от 0,003 дБ/км при лёгком дожде до 0,3 дБ/км при тяжёлом дожде. На частоте 100 ГГц затухание меняется приблизительно от 0,1 дБ/км при легком дожде до 6 дБ/км при тяжёлом дожде. Следовательно, в этом частотном диапазоне тяжелый дождь вызывает чрезвычайно высокие потери при распространении, которые могут приводить к отказу системы обслуживания (полный обрыв в системе связи).
На частотах выше КВЧ (крайне высокие частоты) полосы мы имеем диапазон инфракрасного и видимого излучений - области электромагнитного спектра, который может использоваться для применения ППВ оптической связи в свободном пространстве. До настоящего времени эти диапазоны частот использовались в экспериментальных системах связи типа связи между спутниками.
Подводные акустические каналы. За последние 40 лет исследования океанской деятельности непрерывно расширялись. Это связано с усилением потребности передать данные, собранные датчиками, размещенными под водой и на поверхности океана. Оттуда данные передаются к центру сбора информации.
Электромагнитные волны не распространяются на большие расстояния под водой, за исключением крайне низких частот. Однако передача сигналов таких низких частот предельно дорога из-за чрезвычайно больших и мощных передатчиков. Затухание электромагнитных волн в воде может быть выражено глубиной поверхностного слоя , которая является расстоянием, на котором сигнал ослабляется в раз. Для морской воды глубина поверхностного слоя , где выражена в герцах, а - в метрах. Например, для частоты 10 кГц глубина поверхностного слоя 2,5 м. Напротив, акустические сигналы распространяются на расстояния порядка десятков и даже сотен километров.
Подводный акустический канал ведет себя как многопутевой канал благодаря сигнальным отражениям от поверхности и дна моря. Из-за случайного движения волны сигнальные продукты многопутевого (многолучевого) распространения приводят к случайным во времени задержкам распространения и в итоге к замираниям сигнала. Кроме того, имеется частотно-зависимое затухание, которое приблизительно пропорционально квадрату частоты сигнала. Глубинная скорость номинально равна приблизительно 1500 м/с, но реальное значение выше или ниже номинального значения в зависимости от глубины, на которой сигнал распространяется.
Окружающий океанский акустический шум вызван креветкой, рыбой и различными млекопитающими. Ближние гавани добавляют к окружающему шуму промышленный шум. Несмотря на эту помеховую окружающую среду, возможно проектировать и выполнять эффективные и безопасные подводные акустические системы связи для передачи цифровых сигналов на большие расстояния.
Системы хранения информации. И системы поиска информации составляют значительную часть систем повседневной обработки данных. Это магнитная лента, включая цифровую наклонно-строчную звукозапись, и видеолента, магнитные диски, используемые для хранения больших количеств данных компьютера, оптические диски, используемые для хранения данных компьютера. Компакт-диски - также пример систем хранения информации, которые могут рассматриваться как каналы связи. Процесс запоминания данных на магнитной ленте или магнитном или оптическом диске эквивалентен передаче сигнала по телефону или радиоканалу. Процесс считывания и сигнальные процессы, используемые в системах хранения, чтобы восстанавливать запасенную информацию, эквивалентен функциям, выполняемым приемником в системе связи для восстановления передаваемой информации.
Аддитивный шум, издаваемый электронными контактами, и интерференция от смежных дорожек обычно представлены в сигнале считывания записанной информации точно так, как это имеет место в системе проводной телефонии или системе радиосвязи. Количество данных, которые можно хранить, ограничено размером диска или ленты и плотностью записи (числом битов, хранящихся на единице площади), которая может быть достигнута электронными системами и головками записи-считывания. Например, плотность упаковки бит на квадратный сантиметр демонстрировалась в экспериментальной системе хранения на магнитном диске. (Текущие коммерческие магнитные изделия хранения достигают значительно меньшей плотности.) Скорость, с которой данные могут быть записаны на диске или ленте, и скорость, с которой информация может считываться, также ограничены механическими и электрическими подсистемами, входящими в систему хранения информации.
Кодирование канала и модуляция - существенные компоненты хорошо разработанной цифровой магнитной или оптической системы хранения. В процессе считывания сигнал демодулируется и его избыточность, введённая кодером канала, используется для исправления ошибок считывания.
Существует множество видов каналов связи, которые, в зависимости от типа среды распространения принято делить на проводные, акустические, инфракрасные и радиоканалы. В зависимости от видов сигналов каналы связи можно различают
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).
По времени существования выделяют коммутируемые и некоммутируемые каналы. Коммутируемые (временные), создаются только на время передачи информации. Некоммутируемые каналы (выделенные)- создаются на длительное время с определенными постоянными характеристиками. Каналы также можно классифицировать по скорости передачи информации, диапазону частот, изменению параметров во времени (с постоянными и переменными параметрами) и т.д.
В общем случае, канал связи- это система технических средств и среда распространения сигналов для передачи сообщений (не только данных) от источника к получателю (и наоборот). В состав канала связи входят линии связи (физический уровень передачи), основные параметры которых можно разделить на две группы/12/: параметры распространения, характеризуют процесс распространения полезного сигнала, и параметры влияния, описывающие степень влияния на полезный сигнал других сигналов и помех. В каждой из этих групп можно выделить первичные и вторичные параметры. Первичные параметры характеризуют физическую природу линии, например погонную емкость или индуктивность электрического кабеля, степень неоднородности оптического волокна, а вторичные отражают некоторый обобщенный результат прохождения сигнала по линии связи. На вторичные параметры оказывают влияние как первичные параметры, так и помехи. Например, при передаче по проводной линии сигналов различных частот из-за наличия распределенного комплексного сопротивления линии коэффициент передачи для гармонических колебаний с различными частотами будет различным. Это приводит к искажениям формы сигнала.
Основными вторичными характеристиками линии связи являются: -амплитудно-частотная характеристика (АЧХ);
Полоса пропускания;
Затухание;
Помехоустойчивость;
Пропускная способность;
Достоверность передачи данных.
АЧХ показывает, как изменяется амплитуда сигнала на выходе линии связи по сравнение с амплитудой на входе для различных частот передаваемого сигнала (рис.9).
Рисунок 9- Амплитудно-частотная характеристика
АЧХ дает полную картину о линии связи с точки зрения прохождения сигналов различных частот, однако получить ее достаточно трудно. Для этого нужно провести тестирование линии эталонными 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 очень большим. Поэтому на практике вместо амплитудно-частотной характеристики применяются другие, упрощенные характеристики- полоса пропускания и затухание.
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. Фактически полоса пропускания определяет частотный диапазон сигнала, при котором он передается по каналу связи без значительных искажений. Обычно полоса пропускания отсчитывается на уровне 0,7 от максимального значения АЧХ. На рис.10 показаны полосы пропускания для различных линий связи.
Рисунок 10- Полосы пропускания различных линий связи
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 вычисляется по следующей формуле:
где Рвых - мощность сигнала на выходе канала, Рвх - мощность сигнала на входе канала.
Затухание всегда рассчитывается для определенной частоты и соотносится с длиной канала.
На практике пользуются понятием "погонное затухание", т.е. затухание сигнала на единицу длины канала, например, затухание 0.3 дБ/метр. Чем меньше затухание, тем выше качество линии связи. Обычно затухание определяют для пассивных участков линии связи, состоящих из кабелей и кроссовых секций, без усилителей и регенераторов. Например, кабель с витыми парами категории 5 для внутренней проводки в зданиях, применяемый для локальных сетей, характеризуется затуханием не ниже -23.6 дБ для частоты 100 МГц при длине кабеля 100 м. У оптического кабеля затухание существенно более низкое, и обычно лежит в диапазоне от 0.2 до 3 дБ при длине кабеля в 1000 м. Следует отметить, что практически всем оптическим волокнам свойственна сложная зависимость затухания от длины волны, с тремя так называемыми «окнами прозрачности»- 850, 1300 и 1550 нм. Наименьшие потери
обеспечиваются на длине волны 1550 нм, что позволяет достичь максимальной дальности при фиксированной мощности передатчика и фиксированной чувствительности приемника. Многомодовый кабель обладает двумя первыми окнами прозрачности, т. е. 850 и 1300 нм, а одномодовый кабель- двумя окнами прозрачности на длинах волн 1310 и 1550 нм.
Помехоустойчивость линии определяет ее способность выполнять свои
функции под действием помех со стороны внешней среды или проводников
самого кабеля. Помехоустойчивость можно оценить максимальной
интенсивностью помех, при которой нарушение функций еще не превышает
допустимых пределов. Помехоустойчивость зависит от типа используемой
физической среды, от экранирующих и подавляющих помехи средств самой
линии. Наименее помехоустойчивыми являются радиолинии, наиболее-
волоконно-оптические, малочувствительные к внешнему электромагнитному излучению. Помехоустойчивость может быть повышена за счет использования для передачи сигнала помехоустойчивых кодов и специальных алгоритмов обработки.
Пропускная способность линии характеризует максимально возможную скорость передачи данных по линии связи. Пропускная способность измеряется в битах в секунду. Это связано с тем, что данные в линиях связи передаются последовательно, то есть побитно. Теоретически максимально возможная пропускная способность вне зависимости от способа кодирования определяется теоремой Шеннона-Хартли:
отношение мощностей сигнала к мощности белого гауссовского шума. SNR - определяет число уровней сигнала, которые может различить приемник. Так, если SNR >3, то единичный сигнал может переносить два бита информации. Типичные скорости передачи для наиболее распространенных линий связи приведены в таблице 1.
Таблица 1- Скорость передачи данных по каналам связи
Достоверность передачи определяется степенью искажения сигнала, т.е. тем, насколько принятый сигнал соответствует переданному. В цифровых системах передачи информации достоверность передачи данных характеризует
Для ускорения разработки телемедицинских систем и оценки влияния параметров канала на качество передачи сигнала удобно использовать для моделирования среду MATLAB и Simulink, которая, предоставляя готовые к использованию модели каналов, позволяет интегрировать их в модель системы для оценки влияния различных искажений на качество передачи сигнала. Входящий в состав Simulink Communication Blockset предлагает модели таких каналов, как канал с аддитивным белым гауссовским шумом, двоичный симметричный канал, многолучевой рэлеевский канал с замиранием, райсовский канал с замиранием и др. Меняя параметры канала можно оценивать погрешность передачи для различных видов модуляции, типа помехоустойчивого кодирования и способов обработки сигнала.
