Шпаргалка: Каналы связи. Каналы связи Из чего состоит канал связи

1. Канал связи

Канал связи -- система технических средств и среда распространения сигналов для передачи сообщений (не только данных) от источника к получателю (и наоборот). Канал связи, понимаемый в узком смысле (тракт связи), представляет только физическую среду распространения сигналов, например, физическую линию связи.

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

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

Т.е. это (канал) -- техническое устройство (техника+среда).

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:

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 всегда пользуются понятием "погонное затухание", т.е. затухание сигнала на единицу длины канала, например, затухание 0.1 дБ/метр.

4. Скорость передачи: характеризует количество бит, передаваемых по каналу в единицу времени. Она измеряется в битах в секунду -- бит/с, а также производных единицах: Кбит/c, Мбит/c, Гбит/с. Скорость передачи зависит от ширины полосы пропускания канала, уровня шумов, вида кодирования и модуляции.

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.

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.

К величинам с непрерывными значениями относятся те, которые могут принять любое значение в определенных пределах. Например, при измерении температуры абсолютно реальны значения: -1.59°C, +52°C, -36.82°C, +198.4527°C. В данном случае нет фиксированных значений: температуру, как и многие физические величины, можно измерять до бесконечного количества знаков - все зависит от прибора измерения и отображения полученных значений. Такие величины называют аналоговыми .

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

В данной схеме

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:

….

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.

Характеристики

Используют следующие характеристики канала

Помехозащищённость

Помехозащищённость . Где - минимальное отношение сигнал/шум ;

Объём канала

Объём канала определяется по формуле: ,

где - время, в течение которого канал занят передаваемым сигналом;

Для передачи сигнала по каналу без искажений объём канала должен быть больше либо равен объёму сигнала , т.е. . Простейший случай вписывания объёма сигнала в объём канала - это достижение выполнения неравенств , > и . Тем не менее, может выполняться и в других случаях, что даёт возможность добиться требуемых характеристик канала изменением других параметров. Например, с уменьшением диапазона частот можно увеличить полосу пропускания.

Классификация

Существует множество видов каналов связи, среди которых наиболее часто выделяют каналы проводной связи (воздушные, кабельные, световодные и др.) и каналы радиосвязи (тропосферные, спутниковые и др.). Такие каналы в свою очередь принято квалифицировать на основе характеристик входного и выходного сигналов, а также по изменению характеристик сигналов в зависимости от таких явлений, происходящих в канале, как замирания и затухание сигналов.

По типу среды распространения каналы связи делятся на проводные , акустические , оптические , инфракрасные и радиоканалы.

Каналы связи также классифицируют на

• непрерывные (на входе и выходе канала - непрерывные сигналы),
• дискретные или цифровые (на входе и выходе канала - дискретные сигналы),
• непрерывно-дискретные (на входе канала - непрерывные сигналы, а на выходе - дискретные сигналы),
• дискретно-непрерывные (на входе канала - дискретные сигналы, а на выходе - непрерывные сигналы).

Каналы могут быть как линейными и нелинейными, временными и пространственно-временными . Возможна классификация каналов связи по диапазону частот.

Модели канала связи

Канал связи описывается математической моделью , задание которой сводится к определению математических моделей выходного и входного и , а также установлению связи между ними, характеризующейся оператором , т.е.

.

Модели непрерывных каналов

Модели непрерывных каналов можно классифицировать на модель канала с аддитивным гауссовским шумом, модель канала с неопределенной фазой сигнала и аддитивным шумом и модель канала с межсимвольной интерференцией и аддитивным шумом.

Модель идеального канала

Модель идеального канала используется тогда, когда можно пренебречь наличием помех. При использовании этой модели выходной сигнал является детерминированным, т.е.

где γ – константа, определяющая коэффициент передачи, τ – постоянная задержка.

Модель канала с неопределённой фазой сигнала и аддитивным шумом

Модель канала с неопределённой фазой сигнала и аддитивным шумом отличается от модели идеального канала тем, что является случайной величиной . Например, если входной сигнал является узкополосным, то сигнал на выходе канала с неопределённой фазой сигнала и аддитивным шумом определяется следующим образом:

,

где учтено, что входной сигнал может быть представлен в виде:

,

где - преобразование Гильберта , - случайная фаза, распределение которой считается обычно равномерным на интервале .

Модель канала с межсимвольной интерференцией и аддитивным шумом

Модель канала с межсимвольной интерференцией и аддитивным шумом учитывает появление рассеяния сигнала во времени из-за нелинейности фазо-частотной характеристики канала и ограниченности его полосы пропускания, т.е. например, при передаче дискретных сообщений через канал на значение выходного сигнала будут влиять отклики канала не только на переданный символ, но и на более ранние или более поздние символы. В радиоканалах на возникновение межсимвольной интерференции влияет многолучёвое распространение радиоволн.

Модели дискретных каналов связи

Для задания модели дискретного канала необходимо определить множество входных и выходных кодовых символов, а также множество условных вероятностей выходных символов при заданных входных .

Модели дискретно-непрерывных каналов связи

Также существуют модели дискретно-непрерывных каналов связи

См. также

Примечания

Литература

• Зюко А. Г., Кловский Д.Д., Коржик В. И., Назаров М.В., Теория электрической связи / Под ред. Д. Д. Кловского. - Учебник для ВУЗов. - М .: Радио и связь, 1999. - 432 с. -

Компьютерными телекоммуникационными системами называют обмен информацией на расстоянии между несколькими компьютерами.

Компьютерные каналы связи можно классифицировать по следующим признакам:

• по способу кодирования информации можно разделить на цифровые и аналоговые;
• по способу коммуникации можно разделить на выделенные и коммутируемые;
• по способу передачи информации разделяют на проводные и беспроводные, оптические.

Аналоговые - по аналоговым каналам информация, которая передается, представляется в непрерывной форме, то есть в виде непрерывного ряда значений какой-либо физической величины.

Цифровые - это каналы, по которым пересылаемая информация передается в виде цифровых (дискретных, импульсных) сигналов той или иной физической природы.

Коммутируемые - это каналы, созданные из отдельных участков только на время передачи по ним информации, после окончания сеанса связи такой канал разрывается.

Выделенные каналы - это каналы, которые организуются на длительное время и имеют постоянные характеристики по длине и пропускной способности.

К основным характеристикам каналов связи относят скорость передачи информации, надежность, стоимость, резервы развития.

Скорость передачи информации измеряется в бит/с и в бодах. Количество изменений информационного параметра сигнала в секунду измеряется в бодах.

Бод - это такая скорость, когда передается один сигнал (например, импульс) в секунду независимо от величины его изменения. Единица измерения бит/с соответствует единичному изменению сигнала в канале связи и при простых методах кодирования сигнала; когда любое изменение бывает только единичным, можно принять, что: 1 бод = 1 бит/с; 1 Кбод = 103 бит/с; 1 Мбод = 106 бит/с и т. д.

В случае если элемент данных может быть представлен не двумя, а большим количеством значений какого-либо параметра сигнала, значение 1 бод будет больше 1 бит в секунду.

Надежность - передача информации без ее потерь и изменений. Передатчик и приемник - это аппаратура передачи данных, связывают источник и приемник информации с каналом связи. Примерами аппаратуры передачи данных могут служить модемы, терминальные адаптеры, сетевые карты и т. д.

Для улучшения качества сигнала, передаваемого на большие расстояния, используется дополнительная аппаратура: повторители, коммутаторы, концентраторы, маршрутизаторы, мультиплексоры.

На этих принципах основана классификация, учитывающая пропускную способность канала связи:

• низкоскоростные каналы связи, скорость передачи информации в них составляет от 50 до 200 бит/с;
• среднескоростные каналы связи, скорость передачи в них от 300 до 9600 бит/с, а в новых стандартах до 56 000 бит/с;
• высокоскоростные (широкополосные) каналы связи, обеспечивающие скорость передачи информации выше 56 000 бит/с.

Скоростные характеристики канала во многом зависят от используемых кабелей.

Витая пара - это изолированные медные провода, обычный диаметр которых составляет 1 мм, попарно свитые один вокруг другого в виде спирали. Это позволяет уменьшить электромагнитное взаимодействие нескольких расположенных рядом витых пар.

Самым распространенным применением витой пары является телефонная линия. Витые пары, тянущиеся на большие расстояния, объединяются в кабель, на который надевается защитное покрытие. Если бы пары проводов, находящиеся внутри таких кабелей, не были свиты, то сигналы, проходящие по ним, накладывались бы друг на друга. Телефонные кабели диаметром несколько сантиметров можно видеть протянутыми на столбах.

Витые пары используются для передачи аналоговых и цифровых сигналов. Полоса пропускания зависит от диаметра и длины провода, но на больших расстояниях может достигнуть несколько мегабит в секунду.

Существуют два вида витой пары:

• Неэкранированные витые пары имеют довольно высокую пропускную способность, удобны в работе, не нуждаются в заземлении и благодаря невысокой цене широко распространены. Неэкранированная витая пара не применяется в локальной сети, в которой обрабатывается информация с ограниченным доступом, потому что она может усилить напряженность поля.
• Экранированные витые пары обладают хорошими техническими характеристиками, но имеют высокую стоимость, жестки и неудобны в работе и требуют заземления. Данный вид кабеля применяется в основном в сетях с ограниченным доступом к информации.

Коаксиальный кабель - средство передачи данных. Он лучше экранирован, чем витая пара, поэтому может обеспечить передачу данных на более дальние расстояния с более высокими скоростями. Широко применяются два типа кабелей. Один используется для передачи только цифрового сигнала, а другой тип кабеля - аналогового сигнала.

Коаксиальный кабель состоит из покрытого изоляцией твердого медного провода, расположенного в центре кабеля. Поверх изоляции натянут цилиндрический проводник, обычно выполненный в виде мелкой медной сетки. Он покрыт наружным защитным слоем изоляции (пластиковой оболочкой). Конструкция и специальный тип экранирования коаксиального кабеля обеспечивают высокую пропускную способность и отличную помехозащищенность.

Коаксиальные кабели для телекоммуникаций делятся на две группы:

• «толстые» коаксиалы;
• «тонкие» коаксиалы.

Толстый коаксиальный кабель имеет наружный диаметр 12,5 мм и достаточно толстый проводник (2,17 мм), обеспечивающий хорошие электрические и механические характеристики.

Скорость передачи данных по толстому коаксиальному кабелю до 50 Мбит/с, но, учитывая определенное неудобство работы с ним и его значительную стоимость, использовать его в сетях передачи данных можно не всегда.

Тонкий коаксиальный кабель имеет наружный диаметр 5-6 мм, он дешевле и удобнее в работе, но тонкий проводник в нем (0,9 мм) обусловливает худшие электрические и механические характеристики. Скорость передачи данных по «тонкому» коаксиалу не превышает 10 Мбит/с.

Коаксиальные кабели широко применялись в телефонных системах, но на линиях большой протяженности их заменяют оптоволоконными кабелями. Однако коаксиальные кабели широко используются для кабельного телевидения.

Оптоволоконные кабели по своей структуре напоминает витую пару. Основу волоконно-оптического кабеля составляет стеклянная сердцевина, по которой распространяется свет, окруженная твердым заполнителем и помещенная в защитную оболочку диаметром 125 мкм.

В одном кабеле может содержаться от одного до нескольких сотен таких сердечников. Сердечник покрыт слоем стекла с более низким, чем у сердечника, коэффициентом преломления. Он предназначен для более надежного предотвращения выхода света за пределы сердечника.

Внешним слоем служит пластиковая оболочка, защищающая остекление. Источником распространяемого по оптоволоконному кабелю светового луча является преобразователь электрических сигналов в оптические, например светодиод или полупроводниковый лазер.

Кодирование информации осуществляется изменением интенсивности светового луча. Физической основой передачи светового луча по волокну является принцип полного внутреннего отражения луча от стенок волокна, обеспечивающий минимальное затухание сигнала, наивысшую защиту от внешних электромагнитных полей и высокую скорость передачи. По оптоволоконному кабелю, имеющему большое число волокон, можно передавать огромное количество сообщений. На другом конце кабеля принимающий прибор преобразует световые сигналы в электрические.

Скорость передачи данных по оптоволоконному кабелю достигает 1000 Мбит/с, но он очень дорог и используется лишь для прокладки ответственных магистральных каналов связи. Такой кабель связывает столицы и крупные города большинства стран мира, а также материки.

В вычислительных сетях и в сети Интернет оптоволоконный кабель используется на наиболее ответственных их участках. Возможности оптоволоконных каналов поистине безграничны: по одному толстому магистральному оптоволоконному кабелю можно одновременно организовать несколько сот тысяч телефонных каналов, несколько тысяч видеотелефонных каналов и около тысячи телевизионных каналов.

В настоящее время широкое распространение получают беспроводные виды связи: радиоканалы, инфракрасные и миллиметровые излучения.

Радиоканал - это беспроводный канал связи, прокладываемый через эфир. Система передачи данных по радиоканалу включает в себя радиопередатчик и радиоприемник, настроенные на один и тот же радиоволновой диапазон, который определяется частотной полосой электромагнитного спектра, используемой для передачи данных.

Такую систему передачи данных называют просто радиоканалом. Скорости передачи данных по радиоканалу практически не ограничены (они ограничиваются полосой пропускания приемопередающей аппаратуры). Высокоскоростной радиодоступ предоставляет пользователям каналы со скоростью передачи 2 Мбит/с и выше. В ближайшем будущем ожидаются радиоканалы со скоростями 20-50 Мбит/с.

Инфракрасное и миллиметровое излучение без использования кабеля широко применяется для связи на небольших расстояниях. Дистанционные пульты управления для телевизоров и видео-магнитофонов используют инфракрасное излучение. Они относительно направленные, дешевые и легко устанавливаемые, но имеют один важный недостаток: инфракрасное излучение не проходит сквозь твердые объекты. С другой стороны, тот факт, что инфракрасные волны не проходят сквозь стены, является также и положительным. Ведь это повышает защищенность инфракрасной системы от прослушивания по сравнению с радиосистемой.

По этой причине для использования инфракрасной системы связи не требуется государственная лицензия в отличие от радиосвязи (кроме диапазонов ISM). Связь в инфракрасном диапазоне применяется в настольных вычислительных системах (например, для связи ноутбуков с принтерами), но все же не играет значимой роли в телекоммуникации.

Беспроводные каналы связи обладают плохой помехозащищенностью, но обеспечивают пользователю максимальную мобильность и оперативность связи. В вычислительных сетях беспроводные каналы связи для передачи данных используются чаще всего там, где применение традиционных кабельных технологий затруднено или просто невозможно.

Но в ближайшем будущем ситуация может измениться - активно ведется разработка новой технологии беспроводной связи Bluetooth. Bluetooth - это технология передачи данных по радио-каналам на короткие расстояния, позволяющая осуществлять связь беспроводных телефонов, компьютеров и различной периферии даже в тех случаях, когда нарушается требование прямой видимости.

Первоначально Bluetooth рассматривалась исключительно как альтернатива инфракрасным соединениям между различными портативными устройствами. Но сейчас специалисты предсказывают уже два направления широкого использования Bluetooth.

Первое - это домашние сети, включающие в себя различную электронную технику, в частности компьютеры, телевизоры и т.п. Второе, гораздо более важное, направление - локальные сети офисов небольших фирм, где стандарт Bluetooth позиционируется как замена традиционных проводных технологий. Недостатком Bluetooth является сравнительно низкая скорость передачи данных - она не превышает 720 Кбит/с, поэтому эта технология не способна обеспечить передачу видеосигнала.

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:

1. Амплитудная.
2. Частотная.
3. Фазовая.
4. Однополосная.
5. Кодово-импульсная.
6. Манипуляция:

• Частоты.
• Фазы.
• Амплитуды.

По форме волн

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

1. Аналоговые, изменяющиеся плавно.
2. Импульсные, отличающиеся короткой длительностью.
3. Дискретные искусственно разорваны. Цифровой сигнал отличается нормированием уровней символов 0, 1.

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:

1. Шифрованный – открытый.
2. Кодированный (например, псевдошумовым сигналом) – некодированный.
3. Широкополосный – узкополосный.
4. Дуплексный – односторонний.
5. Мультиплексный – без сжатия.
6. Скоростной – обычный.
7. Восходящий – нисходящий.
8. Широковещательный – индивидуальный.
9. Прямой – обратный (возвратный).

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

По корректирующему действию

Каналы изменяют проходящую информацию. Иногда намеренно:

1. Линейные. Исходный сигнал легко восстановить, зная характеристики канала.
2. Нелинейные. Часть информации безвозвратно теряется.
3. Стохастические. Помехи реальных каналов редко поддаются предсказанию, даже статистическими методами.

По среде распространения

Подраздел классификации касается электромагнитной энергии:

1. Проводные.
2. Беспроводные.

Принцип действия

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

1. Проводные (витая пара, кабель, оптическое волокно, медный провод).
2. Беспроводные (спутники, радио, тепловое излучение, свет).

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.

Сети

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:

1. Оценка полосы пропускания.
2. Вычисление битрейта.
3. Коэффициент использования канала.
4. Спектральная плотность сигнала.
5. Уровень дрожаний.
6. Процент ошибочно переданных битов.
7. Оценка отношения сигнал/шум.
8. Задержка линии.

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:

• Кадр.
• Пакет.
• Датаграмма.

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

• Симметричный цифровой канал – простейший пример передачи битов, учитывающий влияние шумов.
• Ошибка пакета битов (модель Гильберта – Эллиота). Описывает случай обязательного наличия неправильно принятых первого, последнего символов при длине отрезка выборки выше некоторого значения m, именуемого защитной полосой. «Неудачные» участки обычно разделены сравнительно длинными (превышают m) областями уверенного приёма.
• Стёртый бит. Модель введена Петером Элиасом (Массачусетский технологический институт, 1955), описывает случай системы, где периодически сигнал пропадает. Вводится определённая вероятность «стирания». Кажущаяся простота обманчива, широкий круг реальных проблем решается рядом допущений указанным путём.
• Стёртый пакет. Временами пропадает кусок кода.
• Произвольно меняющийся канал имитирует реальные непредсказуемые условия. Эксперты противопоставляют методику симметричной цифровой, предложенной Шенноном.

Аналоговые

Сами модели могут быть:

1. Линейными – нелинейными.
2. Непрерывными – дискретными.
3. Постоянной – динамической вероятности.
4. Узкополосные – широкополосные.
5. Инвариантные – переменные во времени.
6. Действительные (реальные) – комплексные.

1. Шумовая модель:
   • Аддитивная (белый Гауссовский шум) – линейная непрерывная постоянная.
   • Фазовое дрожание.
2. Интерференционная система: перекрёстные, межсимвольные помехи.
3. Искажения – нелинейные каналы.
4. Имитация амплитудно-частотной характеристики.
5. Групповая (фазовая) задержка.
6. Моделирование условий физического канала.
7. Расчёт распространения радиоволн.
   • Затухание мощности, вызванное ростом дальности.
   • Замирания: Рэлеевские, Райсовские, частотно-избирательные, теневые.
   • Доплеровский сдвиг, дополненный замираниями.
   • Трассировка лучей.
   • Моделирование сотовой связи.

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.

• Широковещательный вариант часто называют типом «точка-многоточие». Единственный передатчик посылает несколько сообщений. Удалённость узлов неодинакова. Представима большая часть беспроводных каналов, исключая радиолюбительскую, двухстороннюю связь. Отлично вписывается нисходящая ветвь трафика сотовых сетей, в особенности при отсутствии помех соседней вышки.
• Множественный доступ предусматривает параллельную отправку сообщений несколькими передатчиками. Число приёмников варьируется. Существующая схема доступа к ресурсам дополняется методами контроля среды, включая схемы мультиплексирования. Приемлемо описывает восходящую ветвь трафика мобильных сетей.
• Релейный канал дополняет передатчик взаимосвязанной системой репитеров. Модель отлично описывает стандарт LTE.
• Интерференционный канал предусматривает наличие взаимных помех двух базовых станций. Помимо перекрёстных образуются канальные. Концепция прямо намекает на сотовые ячейки мобильных операторов. Ситуация усугубляется отсутствием ортогональных методик кодирования.
• Индивидуальная передача описывает поведение мобильного телефона, получившего выделенный ресурс вышки.
• Широковещательная схема использовалась пейджерами. Система Хамелеон выступает неплохим примером.
• Групповое вещание описывает случай передачи сообщения фиксированной группе абонентов. Тесно касается стандарта LTE.