Канал связи относится либо к физической среде передачи , такой как провод, либо к логическому соединению через мультиплексированную среду, такую как радиоканал в телекоммуникациях и компьютерных сетях . Канал используется для передачи информации , например цифрового битового потока , от одного или нескольких отправителей к одному или нескольким получателям . Канал имеет определенную пропускную способность для передачи информации, часто измеряемую его полосой пропускания в Гц или скоростью передачи данных в битах в секунду .
Для передачи информационного сигнала на расстояние требуется какой-либо путь или среда. Эти пути, называемые каналами связи, используют два типа среды: телекоммуникационный кабель на основе линии передачи (например , витая пара , коаксиальный или оптоволоконный кабель ) и широковещательная передача (например, микроволновый , спутниковый , радио и инфракрасный порт ).
В теории информации канал относится к теоретической модели канала с определенными характеристиками ошибок. В этом более общем виде устройство хранения также является каналом связи, который можно отправлять (записывать) и получать (считывать), а также позволяет передавать информационный сигнал во времени.
Примеры каналов связи включают в себя:
Все эти каналы связи имеют общее свойство: они передают информацию. Информация переносится по каналу сигналом .
Можно создать математические модели канала, чтобы описать, как входной сигнал (передаваемый сигнал) отображается на выход (полученный сигнал). Существует множество типов и вариантов использования моделей каналов, специфичных для области коммуникации. В частности, формулируются отдельные модели для описания каждого уровня системы связи.
Канал можно смоделировать физически, пытаясь рассчитать физические процессы, которые изменяют передаваемый сигнал. Например, в беспроводной связи канал можно смоделировать путем расчета отражения от каждого объекта в окружающей среде. Также можно добавить последовательность случайных чисел для имитации внешних помех или электронного шума в приемнике.
Статистически канал связи обычно моделируется как кортеж , состоящий из входного алфавита, выходного алфавита и для каждой пары (i, o) входных и выходных элементов, вероятности перехода p(i, o) . Семантически вероятность перехода — это вероятность того, что символ o будет принят при условии, что i был передан по каналу.
Статистическое и физическое моделирование можно комбинировать. Например, в беспроводной связи канал часто моделируется случайным затуханием (известным как затухание ) передаваемого сигнала, за которым следует аддитивный шум. Термин затухание представляет собой упрощение основных физических процессов и отражает изменение мощности сигнала в ходе передачи. Шум в модели улавливает внешние помехи или электронный шум в приемнике. Если термин затухания является комплексным , он также описывает относительное время, необходимое сигналу для прохождения через канал. Статистические свойства затухания в модели определяются предыдущими измерениями или физическим моделированием.
Каналы связи также изучаются в схемах дискретно-алфавитной модуляции . Математическая модель состоит из вероятности перехода, которая определяет выходное распределение для каждой возможной последовательности входных каналов. В теории информации принято начинать с каналов без памяти, в которых распределение вероятностей на выходе зависит только от текущего входа канала.
Модель канала может быть цифровой или аналоговой.
В модели цифрового канала передаваемое сообщение моделируется как цифровой сигнал на определенном уровне протокола . Базовые уровни протокола заменяются упрощенной моделью. Модель может отражать показатели производительности канала, такие как скорость передачи данных , битовые ошибки , задержка , изменение задержки и т. д. Примеры моделей цифровых каналов включают в себя:
В модели аналогового канала передаваемое сообщение моделируется как аналоговый сигнал . Модель может быть линейной или нелинейной , непрерывной во времени или дискретной во времени (выборочной) , без памяти или динамической (приводящей к пакетным ошибкам ), не зависящей от времени или изменяющейся во времени (также приводящей к пакетным ошибкам), базовой полосы , полосы пропускания . (модель радиочастотного сигнала), модель сигнала с действительным или комплексным знаком . Модель может отражать следующие нарушения канала:
Ниже приведены примеры часто используемых показателей пропускной способности канала и производительности:
В сетях, в отличие от связи «точка-точка» , средства связи могут совместно использоваться несколькими конечными точками связи (терминалами). В зависимости от типа связи разные терминалы могут взаимодействовать или мешать друг другу. В общем, любую сложную многотерминальную сеть можно рассматривать как комбинацию упрощенных многотерминальных каналов. Следующие каналы являются основными многотерминальными каналами, впервые представленными в области теории информации :