İletişim kanalı - Communication channel
Bir iletişim kanalı , ya bir tel gibi fiziksel bir iletim ortamına ya da telekomünikasyon ve bilgisayar ağlarında bir radyo kanalı gibi çoklanmış bir ortam üzerinden mantıksal bir bağlantıya atıfta bulunur . Bir veya birkaç göndericiden (veya vericiden) bir veya birkaç alıcıya bir bilgi sinyalini, örneğin bir dijital bit akışını iletmek için bir kanal kullanılır . Bir kanal sık sık ölçülen bilgileri iletmek için belirli bir kapasitesi vardır bant genişliği içinde Hz ya da veri hızı olarak saniye başına bit .
Bir bilgi sinyalini uzayda iletmek, bir tür yol veya ortam gerektirir. İletişim kanalları adı verilen bu yollar iki tür ortam kullanır: kablo (bükümlü çift tel, kablo ve fiber optik kablo) ve yayın (mikrodalga, uydu, radyo ve kızılötesi). Kablo veya kablolu medya, veri ve bilgi iletmek için fiziksel kablo tellerini kullanır. Bükümlü çift tel ve koaksiyel kablolar bakırdan, fiber optik kablo ise camdan yapılmıştır.
Olarak bilgi teorisi , bir kanal, bir teorik belirtmektedir kanal modeli , belirli bir hata özelliklere sahip. Bu daha genel görünümde, bir depolama cihazı aynı zamanda gönderilebilen (yazılı) ve alınan (okuma) ve zaman içinde bir bilgi sinyalinin iletilmesine izin veren bir iletişim kanalıdır.
Örnekler
İletişim kanalları örnekleri şunları içerir:
- Başlatılması ve sona erdirilmesi arasında bir bağlantı iletişim uç noktaları a telekomünikasyon devresi .
- aracılığıyla
bir iletim ortamı tarafından sağlanan tek bir yol
- fiziksel ayırma, örneğin çok çiftli kablo veya
- frekans bölmeli veya zaman bölmeli çoğullama gibi elektriksel ayırma .
- Genellikle diğer paralel yollardan ayırt edilen, elektrik veya elektromanyetik sinyalleri iletmek için bir yol.
- Bir depolama zamanla bir ileti iletişim kurabilir.
- Belirli bir okuma veya yazma istasyonu veya kafası tarafından erişilebilen bir parça veya bant gibi bir depolama ortamının bölümü .
- Mesajların 'koyabileceği' ve 'alabileceği' bir arabellek. Kanalların kullanımıyla ilgili tartışma için Aktör modeli ve süreç hesaplarına bakın .
- Bir iletişim sisteminde , bir veri kaynağını bir veri havuzuna bağlayan fiziksel veya mantıksal bağlantı .
- Genellikle bir harf, sayı veya kod sözcüğü ile adlandırılan ve genellikle uluslararası anlaşmalarla tahsis edilen belirli bir radyo frekansı , frekans çifti veya bandı.
Örnekler:- Deniz VHF telsizi , iki yönlü FM sesli iletişimi için VHF bandında yaklaşık 88 kanal kullanır. Örneğin Kanal 16, 156.800 MHz'dir. ABD'de, hava durumu yayınları için yedi ek kanal, WX1 - WX7 tahsis edilmiştir.
- Kuzey Amerika TV Kanalı 2 = 55.25 MHz, Kanal 13 = 211.25 MHz gibi
- Wi-Fi , ISM bantlarında 5 MHz'lik adımlarla 2412 MHz'den 2484 MHz'e kadar 13 kanal kullanır .
- Bir amatör radyo tekrarlayıcı ve bir amatör arasındaki radyo kanalı, genellikle 600 kHz (0,6 MHz) aralıklı iki frekans kullanır. Örneğin, 146.94 MHz'de iletim yapan bir tekrarlayıcı, tipik olarak 146.34 MHz'de iletim yapan bir jambonu dinler.
Bu iletişim kanallarının tümü bilgi aktardıkları özelliği paylaşırlar. Bilgi, kanal boyunca bir sinyal ile taşınır .
Kanal modelleri
Girişin (iletilen sinyal) çıkışa (alınan sinyal) nasıl eşleştirildiğini açıklamak için kanalın matematiksel modelleri yapılabilir. İletişim alanına özgü birçok kanal modeli türü ve kullanım alanı bulunmaktadır. Özellikle, bir iletişim sisteminin her katmanını tanımlamak için ayrı modeller formüle edilmiştir.
Bir kanal, iletilen sinyali değiştiren fiziksel süreçleri hesaplamaya çalışarak fiziksel olarak modellenebilir. Örneğin kablosuz iletişimde ortamdaki her nesnenin yansıması hesaplanarak kanal modellenebilir. Alıcıdaki harici paraziti ve/veya elektronik gürültüyü simüle etmek için bir rasgele sayı dizisi de eklenebilir.
İstatistiksel olarak, bir iletişim kanalı genellikle bir giriş alfabesi, bir çıkış alfabesi ve giriş ve çıkış elemanlarının her çifti (i, o) için bir geçiş olasılığı p(i, o) içeren üçlü olarak modellenir . Semantik, geçiş olasılığı olasılığıdır sembolü O verilen alınış i kanalı üzerinden iletildi.
İstatistiksel ve fiziksel modelleme birleştirilebilir. Örneğin, kablosuz iletişimde kanal genellikle iletilen sinyalin rastgele bir zayıflaması ( solma olarak bilinir ) ve ardından ek gürültü ile modellenir . Zayıflama terimi, temeldeki fiziksel süreçlerin basitleştirilmesidir ve iletim boyunca sinyal gücündeki değişimi yakalar. Modeldeki gürültü, alıcıdaki harici paraziti ve/veya elektronik gürültüyü yakalar. Zayıflama terimi karmaşıksa, bir sinyalin kanaldan geçmesi için geçen nispi süreyi de tanımlar. Rastgele zayıflamanın istatistiksel özelliklerine önceki ölçümler veya fiziksel simülasyonlar tarafından karar verilir.
Kanal modelleri, değerlerinin ne kadar kesin olarak tanımlanabileceği konusunda bir sınır olmadığı için sürekli kanal modelleri olabilir.
İletişim kanalları da ayrı bir alfabe ortamında incelenir. Bu, analog → dijital ve dijital → analog blokların tasarımcının kontrolü dışında olduğu gerçek dünya iletişim sistemini soyutlamaya karşılık gelir. Matematiksel model, her olası kanal girdisi dizisi için bir çıktı dağılımını belirten bir geçiş olasılığından oluşur. Gelen bilgi teorisi , çıkış olasılık dağılımı yalnızca geçerli kanal girişine bağlıdır hangi hafızasız kanalları ile başlamak yaygındır.
Bir kanal modeli, dijital (nicelleştirilmiş, örneğin ikili) veya analog olabilir.
Dijital kanal modelleri
Dijital kanal modelinde, iletilen mesaj belirli bir protokol katmanında dijital bir sinyal olarak modellenir . Fiziksel katman iletim tekniği gibi temel protokol katmanları, basitleştirilmiş bir modelle değiştirilir. Model, bit hızı , bit hataları , gecikme / gecikme , gecikme titreşimi vb. gibi kanal performans ölçümlerini yansıtabilir . Dijital kanal modellerinin örnekleri şunlardır:
- İkili simetrik kanal (BSC), belirli bir bit hata olasılığına sahip ayrı bir belleksiz kanal
- İkili patlamalı bit hata kanalı modeli, "hafızalı" bir kanal
- İkili silme kanalı (BEC), belirli bir bit hatası algılama (silme) olasılığına sahip ayrı bir kanal
- Paketlerin belirli bir paket kaybı olasılığı veya paket hata oranı ile kaybolduğu paket silme kanalı
- Kanalın davranışının ve durumunun rastgele değişebildiği keyfi olarak değişen kanal (AVC)
- Z-kanalı (bilgi teorisi) (ikili asimetrik kanal), burada her 0 bit doğru olarak iletilir, ancak her 1 bitin 0 olarak yanlış iletilme olasılığı p vardır.
Analog kanal modelleri
Bir analog kanal modelinde, iletilen mesaj bir analog sinyal olarak modellenir . Model, doğrusal veya doğrusal olmayan, zamanla sürekli veya ayrık zamanlı (örneklenmiş), belleksiz veya dinamik ( çökme hatalarıyla sonuçlanan ), zamanla değişmeyen veya zamanla değişken (ayrıca patlama hatalarıyla sonuçlanan), temel bant , geçiş bandı olabilir. (RF sinyal modeli), gerçek değerli veya karmaşık değerli sinyal modeli. Model, aşağıdaki kanal bozukluklarını yansıtabilir:
-
Gürültü modeli, örneğin
- Katkılı beyaz Gauss gürültüsü (AWGN) kanalı, doğrusal sürekli belleksiz bir model
- Faz gürültüsü modeli
- Girişim modeli, örneğin karışma ( ortak kanal girişimi ) ve semboller arası girişim (ISI)
- Bozulma modeli, örneğin, intermodülasyon bozulmasına (IMD) neden olan doğrusal olmayan bir kanal modeli
- Zayıflama ve faz kayması dahil olmak üzere frekans yanıt modeli
- Grup gecikme modeli
- Altta yatan bir modelleme fiziksel katman iletim örneğin teknikler karmaşık-değerli eşdeğer baz-bandı modeli ve modülasyon ve frekans yanıtı
-
Örneğin
radyo frekansı yayılım modeli
- Günlük-mesafe yol kaybı modeli
- Sönümleme modeli, örneğin Rayleigh sönümlemesi , Ricean sönümlemesi , log-normal gölge sönümü ve frekans seçici (dağıtıcı) sönümleme
- Solma ile birleştirilen Doppler kaydırma modeli, zamanla değişen bir sistemle sonuçlanır
- Belirtilen verici-alıcı geometrileri, arazi türleri ve antenler için sinyal yayılımını ve bozulmaları modellemeye çalışan ışın izleme modelleri
- Yayılma grafiği , radyo yayılma ortamını bir grafikle temsil ederek sinyal dağılımını modeller.
- Zaman değişkenli bir sisteme de neden olan hareketlilik modelleri
Türler
- Dijital ( ayrık ) veya analog ( sürekli ) kanal
- İletim ortamı , örneğin bir fiber kanal
- çoğullanmış kanal
- Bilgisayar ağı sanal kanalı
- Tek yönlü iletişim , çift yönlü iletişim veya yarım çift yönlü iletişim kanalı
- Dönüş kanalı
- Yukarı Bağlantı ya da uydu-yer bağı ( akış yukarı veya akış aşağı kanal)
- Yayın kanalı , tek noktaya yayın kanalı veya çok noktaya yayın kanalı
Kanal performans ölçümleri
Bunlar, yaygın olarak kullanılan kanal kapasitesi ve performans ölçütlerinin örnekleridir:
- Hertz cinsinden spektral bant genişliği
- Baud, darbe/s veya sembol/s cinsinden sembol hızı
- Dijital bant genişliği bit/s ölçüleri: brüt bit hızı (sinyal hızı), net bit hızı (bilgi hızı), kanal kapasitesi ve maksimum verim
- Kanal kullanımı
- Bağlantı spektral verimliliği
- Sinyal-gürültü oranı önlemler: Sinyal-parazit oranı , Eb / No , taşıyıcı-parazit oranı olarak desibel
- Bit hata oranı (BER), paket hata oranı (PER)
- Gecikme olarak saniye : yayılma süresi , iletim zaman
- gecikme titreşimi
Hücresel sistemlere uygulamalı çok terminalli kanallar
- Ayrıca bkz. ağ topolojisi
Ağlarda, noktadan noktaya iletişimin aksine , iletişim ortamı çoklu iletişim uç noktaları (terminaller) arasında paylaşılır. İletişim türüne bağlı olarak, farklı terminaller işbirliği yapabilir veya birbirlerine müdahale edebilir. Genel olarak, herhangi bir karmaşık çok terminalli ağ, basitleştirilmiş çok terminalli kanalların bir kombinasyonu olarak düşünülebilir. Aşağıdaki kanallar, bilgi teorisi alanında ilk kez tanıtılan başlıca çok terminalli kanallardır:
- Bir noktadan-çok noktalı bir kanal , aynı zamanda ortam yayın olarak da bilinir, (kanal yayın ile karıştırılmamalıdır): Bu kanal, tek bir kopya, farklı hedef düğümleri için birden fazla mesaj iletir. Radyo linkleri dışındaki tüm kablosuz kanallar yayın ortamı olarak kabul edilebilir ancak her zaman yayın hizmeti vermeyebilir. Uydu-yer hattı tek bir hücre olarak kabul edilir ve hücreler arası yardımcı-kanal girişim ihmal edilmesi halinde bir hücresel sistemin, bir noktadan-çok noktaya kanalı olarak kabul edilebilir. Ancak, bir telefon görüşmesinin iletişim hizmeti tek noktaya yayındır .
- Çoklu erişim kanalı: Bu kanalda, birden fazla gönderici, paylaşılan bir fiziksel ortam üzerinden bir veya birkaç hedef düğüme birden fazla olası farklı mesajı iletir. Bu, bir çoğullama şemasıyla birleştirilmiş bir medya erişim kontrolü (MAC) protokolü içeren bir kanal erişim şemasını gerektirir . Bu kanal modeli, hücresel ağların yukarı bağlantısında uygulamalara sahiptir .
- Röle kanalı : Bu kanalda, bir veya birkaç ara düğüm (röle, tekrarlayıcı veya boşluk doldurma düğümleri olarak adlandırılır), mesajı nihai bir hedef düğüme göndermek için bir göndericiyle işbirliği yapar. Röle düğümleri, 3GPP Uzun Vadeli Evrim (LTE) gibi yaklaşan hücresel standartlarda olası bir eklenti olarak kabul edilir .
- Girişim kanalı : Bu kanalda iki farklı gönderici, verilerini farklı hedef düğümlere iletir. Bu nedenle, farklı göndericiler, birbirlerinin sinyalinde olası bir karışma veya ortak kanal girişimine sahip olabilir. Hücresel kablosuz iletişimdeki hücreler arası girişim, girişim kanalına bir örnektir. 3G gibi yayılı spektrum sistemlerinde, ortogonal olmayan kodlar kullanıldığında hücre içinde de girişim meydana gelir.
- Tek noktaya yayın kanalı, tek noktaya yayın hizmeti sağlayan, yani belirli bir kullanıcıya yönelik verileri gönderen bir kanaldır. Yerleşik bir telefon görüşmesi bir örnektir.
- Bir yayın kanalı, bir yayın hizmeti sağlayan, yani ağdaki tüm kullanıcılara yönelik verileri gönderen bir kanaldır. Hücresel ağ örnekleri, çağrı hizmetinin yanı sıra Multimedya Yayını Çok Noktaya Yayın Hizmetidir .
- Çok noktaya yayın kanalı, verilerin bir grup abone kullanıcıya yönlendirildiği bir kanaldır. LTE örnekleri, fiziksel çok noktaya yayın kanalı (PMCH) ve çok noktaya yayın yayın tek frekans ağıdır (MBSFN).
Yukarıdaki 4 temel çoklu terminal kanalından, kapasite bölgesi bilinen tek çoklu erişim kanalıdır. Gauss senaryosunun özel durumu için bile, yayın kanalı dışındaki diğer 3 kanalın kapasite bölgesi genel olarak bilinmemektedir.
Ayrıca bakınız
Referanslar
- CE Shannon , Matematiksel bir iletişim teorisi , Bell System Technical Journal , cilt. 27, s. 379-423 ve 623-656, (Temmuz ve Ekim 1948)
- Amin Shokrallahi, LDPC Kodları: Bir Giriş