Canal (telecomunicații)

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Cablurile vechi reprezintă o provocare pentru noile comunicații digitale

Un canal de telecomunicații , în domeniul telecomunicațiilor , este, în general, un mod de comunicare sau propagare a unui semnal , asumând apoi o varietate de semnificații mai mult sau mai puțin specifice în funcție de context, oricât de complementare sunt una cu alta. Este un element logic și fizic indispensabil în cadrul unui sistem de telecomunicații, adică în aparatul responsabil de transmiterea la distanță a informațiilor între utilizatori sau în cadrul dispozitivelor electronice, dând viață așa-numitei magistrale de conexiune de date între subsistemele electronice.

Descriere

Sensul mai general are origine istorică și indică o porțiune de bandă a spectrului electromagnetic pe care să poarte semnalele electromagnetice. De fapt, subdivizarea spectrului (radio și altele) în porțiuni a fost prima și inițial singura modalitate de a transmite și împărți semnalele informaționale ( FDM multiplexare prin diviziune de frecvență). conceptul a fost apoi ușor extins la comunicațiile electrice prin cablu . În prezent există mai multe modalități de canalizare , adică de separare a semnalelor.

Canalizare

Ca o extensie a ceea ce sa spus în definiția generală, termenul de canal indică, de asemenea, fiecare mod independent capabil să transporte un semnal fiecare cu propriile sale caracteristici. De exemplu, dacă un sistem dat separă comunicațiile în frecvență ( FDM ) și timp ( TDM ), fiecare porțiune din banda B și timp ( slot ) va fi un canal. Atunci când canalele sunt obținute din subdiviziunea resurselor fizice, ca în exemplul menționat tocmai, acestea se numesc canale fizice . Pe de altă parte, canalele logice sunt cele alcătuite din fluxuri independente de informații, dintre care un exemplu sunt cele ale GSM : BCCH, SCH, TCH, RACHMS etc.

Prin urmare, canalele fizice trebuie înțelese ca piste de transport, în timp ce canalele logice ca o subdiviziune a potențialului de transmisie oferit de canalul fizic în sine. Canalele logice sunt apoi mapate la canalele fizice cu reguli care depind de sistemul de telecomunicații particular implementat. Exemplul unui canal fizic prezentat aici este, de asemenea, un exemplu de multiplexare a unui sistem; de fapt, obținerea unui canal fizic înseamnă cel puțin luarea în considerare a multiplexării, dar, în plus, un canal fizic poate fi caracterizat și prin atribuirea unei modulații specifice și / sau a unei structuri de codare și / sau date respectivei resurse.

Pentru a înțelege versatilitatea și generalitatea termenului de canale, se poate face o analogie cu țevile. Există țevi din plastic sau cupru sau multe alte materiale. Există țevi de diferite secțiuni. Există țevi pentru diverse scopuri. Dacă iau două țevi identice și le unesc prin intermediul unei îmbinări adecvate, rezultatul este întotdeauna o țeavă.

Din punct de vedere istoric, prima formă de transmisie a semnalului a fost analogică , exclusiv cu multiplexarea frecvenței și cu foarte puțini alți parametri caracterizatori, astfel încât la început nu a existat nici un fel de ambiguitate: canalul fizic, logic și de televiziune (sau radio). .

Difuzat pe canal

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: Transmisie (telecomunicații) .

În general, un canal de transmisie sau comunicație poate transporta sau transmite orice tip de semnal. În telecomunicații, în cea mai mare parte, semnalele utilizate sunt semnale continue, iar modelul de canal este numit canal de undă continuă: adică este valabil atât pentru transmisiile analogice, cât și pentru cele digitale. În unele cazuri este posibil să transportați semnale digitale sau unde pătrate , dar numai în canale cablate și cu lățime de bandă mare, cum ar fi fibra optică, deoarece aceste semnale au o ocupație spectrală foarte mare, cu o pierdere a eficienței spectrale în transmisie. În conexiunile dintre componentele hardware electronice ale unui sistem de procesare sau în magistralele de comunicații, semnalul transportat este, pe de altă parte, digital (bit).

În general, canalul are propriul său răspuns de frecvență, adică, prin urmare, o bandă de transmisie adecvată în corespondență cu care transmite într-un mod mai mult sau mai puțin optim: tehnica de transmisie care permite exploatarea benzii proprii a canalului este cunoscută sub numele de modulație, deoarece operează o translația benzii din ceea ce se numește în mod obișnuit banda de bază a semnalului original în așa-numita bandă deplasată .

Pe de altă parte, tehnicile de acces multiplu / multiplexare sunt utilizate în mod obișnuit pentru a obține o transmisie care partajează sau distribuie resursele canalului către mai multe fluxuri de informații posibil de la sau către mai mulți utilizatori.

În transmisiile digitale , codarea sursă , prin operarea unei comprimări a informațiilor, permite în schimb utilizarea unei benzi de transmisie mai mici, optimizând astfel utilizarea canalului, în timp ce codarea canalului , introducând redundanță de biți, are scopul de a detecta și recupera erori introduse de zgomotul din canal. În cele din urmă, codificarea criptografică este utilizată pentru a ascunde conținutul necriptat al informațiilor transmise pe canal, care este de obicei partajat între mai mulți utilizatori.

În general, prin urmare, toate operațiunile de procesare a semnalului efectuate în lanțul de transmisie servesc la adaptarea semnalului însuși la transmisia pe canal într-un mod optim și eficient din punct de vedere al resurselor, pentru a preveni sau a compensa efectele nedorite nedorite introduse și pentru a compensa lipsurile în ceea ce privește fiabilitatea sau integritatea informației (eroare) și confidențialitate cu condiția ca acestea să fie reproduse într-un mod dual, complementar sau invers în recepție pentru a restabili informațiile analogice originale (operațiile de filtrare , amplificare și egalizare sunt excepții).

Tipuri de transmisie

Într-o transmisie putem identifica trei tipuri de canale:

  • Transmisie : destinatarii sunt toți cei la care a ajuns semnalul, astfel încât comunicarea este punctuală.
  • Multicast : destinatarii trebuie să fie doar unii dintre cei pe care îi atinge semnalul, astfel încât comunicarea este punct-la-multipunct.
  • Unicast : destinatarul este doar unul dintre cei la care a ajuns semnalul, astfel încât comunicarea este punct-la-punct ;

Semnificația celor trei tipuri de conexiuni este bine cunoscută în întreaga informație din sectorul Dell; referirea, de exemplu, la un canal de difuzare înseamnă referire la problemele de transmisie radio ale legăturii de difuzare.

În domeniul strict IT, transmiterea datelor de canal poate fi:

Canalul ca sistem fizic

Noisy channel.svg

Din punctul de vedere al sistemelor, adică logico-funcțional-comportamental, al teoriei sistemelor, canalul de comunicație este un sistem sau cutie neagră ( modelul cutiei negre ) care primește un semnal de intrare x (t) și produce ca ieșire în ieșire un anumit y (t) semnal. În cazul liniar, este caracterizat prin urmare printr-un răspuns de impuls h (t), o funcție de transfer H (s) și un răspuns de frecvență H (f). În cazul unui canal radio , funcția de transfer și răspunsul în frecvență variază de obicei în mod aleatoriu în virtutea mutabilității condițiilor fizice de propagare radio . Extinderea benzii de răspuns de frecvență f a răspunsului de frecvență determină banda de trecere B a canalului, în timp ce forma răspunsului de frecvență caracterizează posibila distorsiune a semnalului de intrare x (t) în această bandă. În cele din urmă, la acești parametri se adaugă atenuarea canalului și întârzierea de propagare a semnalului care determină defazarea în recepția semnalului purtător , parametri incluși în funcția de transfer.

Canale ideale și canale reale

Un canal de transmisie ideal ar trebui să aibă o bandă suficient de largă și uniformă, atât în ​​amplitudine cât și în fază, pentru a conține spectrul semnalului informațional fără a-l distorsiona (transmisie fidelă ) și ar trebui să fie capabil să îl transfere la orice distanță fără a introduce degradări în puterea electrică de origine; pe canalele reale , pe de altă parte, există de obicei factori de degradare, cum ar fi atenuarea, distorsiunea benzii și zgomotul. În special, atunci când canalul introduce distorsiunea benzii, se spune că este dispersiv, adică una sau mai multe frecvențe componente ale semnalului transmis și propagarea în acesta suferă diferite efecte de atenuare ( distorsiune de amplitudine ) și / sau diferențe de fază ( distorsiune de fază sau spectrală) lărgirea).

Zgomot în canal

Semnalul x (t) transmis în canal este, prin urmare, asociat în cazuri reale cu un zgomot aleatoriu n (t) care face ca comportamentul canalului în sine să fie aleatoriu: zgomotul este adesea adăugat în amplitudine semnalului util. Un zgomot mereu prezent, atât în ​​canal, cât și în dispozitivele de emisie-recepție, este zgomotul termic datorat agitației termice moleculare a constituenților fizici ai canalului. Prezența zgomotului va duce la introducerea unei distorsiuni pe semnalul transmis care, împreună cu distorsiunea din banda corespunzătoare a canalului, poate duce la alterarea formei de undă și, prin urmare, a semnalului transmis cu distorsiunea informațiilor conținute în el atât într-o transmisie analogică, cât într-o transmisie digitală printr-o eroare de decodare la recepție din cauza interferenței intersimbolice . Receptorul din aval, prin intermediul deciderului, va trebui, prin urmare, să revină la semnalul original transmis prin estimarea erorii și eliminarea acesteia ( FEC ) sau solicitarea retransmisiei ( ARQ ).

Interferență

Un alt tip de perturbare pe canal care generează distorsiunea semnalului este interferența datorată altor semnale de informații nedorite din banda de semnal utilă.

Efecte neliniare

În funcție de tipul de canal, efectele neliniare pot fi produse într-o manieră variabilă în funcție de puterea semnalului transmis, care au cel mai tipic efect de intermodulare , care este la rândul său o formă de distorsiune datorată -linearitatea semnalului.

Modele și tipuri de canale

Din punct de vedere logic, canalele pot fi modelate prin diferite tipuri de modele în funcție de scenariul ipotezat, dar, în general, în virtutea aleatoriei zgomotului, canalul va avea, de asemenea, un model aleatoriu, ca rezultat: exemple de canalele în acest sens sunt canalul AWGN , canalul LOS , canalul Rayleigh .

În cazul transmisiilor digitale, având în vedere fluxul de biți în amonte și în aval al canalului de undă continuă (adică așa-numitul canal discret ), modelul de canal rezultat respectiv poate fi schematizat ca un grup de simboluri în transmisie (constelație) și același grup de simboluri în recepție poate fi mapat între ele prin arcuri sau legături, care la rândul lor pot fi caracterizate printr-o anumită probabilitate de transmisie / recepție (suma probabilității egală cu una). Exemple în acest sens sunt canalul binar, canalul Z etc.

Din punctul de vedere al transportului informațional, un canal poate fi:

Protocoalele comunică între ele folosind disciplinele One Way , Two Way Alternate sau Two Way simultane .

În transmisiile digitale, dacă luăm în considerare doar canalul fizic dintre modulator și demodulator, acesta se numește canal de undă continuă, deoarece informațiile de intrare și ieșire sunt de tip analog; dacă modulatorul și demodulatorul sunt de asemenea incluse în canal, acesta se numește canal discret, deoarece informațiile de intrare și ieșire sunt digitale.

Resursele și performanța unui canal

Resursele unui canal sunt lățimea de bandă , timpul de disponibilitate a conexiunii t , puterea maximă transmisibilă fără a produce interferențe și / sau daune fizice mediului de transmisie. Aceste resurse sunt întotdeauna limitate, deci trebuie să fie utilizate cu moderare și cât mai eficient posibil. Dacă canalul este partajat de mai mulți utilizatori, sunt necesare tehnici de acces multiplu sau multiplexare pentru a exploata resursele canalului într-un mod echitabil ( corectitudine ) între mai mulți utilizatori. Parametrii de calitate ai canalului sunt în schimb viteza de transmisie a informațiilor exprimată în rata de biți , eficiența spectrală , cifra de zgomot , probabilitatea de eroare Pb introdusă de canal sau BER și orice diafragmă .

Măsura

Toți parametrii enumerați mai sus sunt acei parametri ai canalului sau ai transmisiei supuși măsurării pentru a verifica sau testa canalul în sine pe baza caracteristicilor și performanței acestuia. De obicei, instrumente precum osciloscoape , analizoare de spectru , instrumente și tehnici sunt utilizate pentru măsurarea atenuării, distorsiunii, lățimii de bandă, zgomotului, SNR, BER etc.

Canalul ca mediu de transmisie

Din punct de vedere fizic, termenul de canal este utilizat în mod obișnuit pentru a indica tipul de mediu cu fir ( linie de transmisie , pereche răsucită , ghid de undă , fibră optică ) care conectează emițătorul (receptorii) și receptorul (receptorii) pentru transmiterea fizică la distanță a informațiilor încredințate semnalelor sau, mai general, mediului fizic (mediu radio ) în care se propagă, ca în cazul comunicațiilor radio .

Alte proiecte

linkuri externe

  • ( EN ) Publicații științifice din sectorul IEEE
  • ( EN ) Organism de standardizare 3GPP