Глава 4 математичні моделі каналів зв'язку

4.1 Загальні відомості про канали зв'язку

Як було відзначено вище, під каналом зв'язку розуміється сукупність засобів, призначених для передачі сигналів (повідомлень) між різними крапками системи зв'язку. Під «засобом» розуміють і технічні пристрої, і лінію зв'язку – фізичне середовище, у якій поширюється сигнал між пунктами зв'язку. Канал зв'язку можна представити як послідовне з'єднання пристроїв (блоків) і лінію зв'язку, що виконують різні функції в загальній системі зв'язку.

Таке пояснення стосовно до дискретної системи зв'язку зображене на рис. 1.8, і при необхідності аналізу окремих її блоків схему можна деталізувати. Наприклад, можна врахувати ряд пристроїв (реалізованих електричними колами), розміщених у проміжних пунктах лінії зв'язку між передавачем і приймачем (наприклад, підсилювальні пристрої, коммутирующая апаратура, розташовані вздовж ліній дальнього проводового зв'язку або ретранслятори радіорелейних ліній зв'язку).

У даному розділі не розглядаються питання електричного сполучення окремих блоків, що утворюють канал зв'язку. У першу чергу обґрунтовується вибір функціональних блоків каналу, при якому була б забезпечена найбільша ефективність передачі повідомлень (інформації). У залежності від розв'язуваних завдань під каналом зв'язку також можна розуміти різну сукупність блоків телекомунікаційної системи, що у ході вирішення завдання вважається заданою.

Класифікацію каналів зв'язку зручно розглядати з використанням різних ознак. У залежності від призначення систем зв'язку канали зв'язку поділяють на телеграфні, фототелеграфні, телефонні, звукового віщання, передачі даних, телевізійні, телеметричні, змішані і т.п. У залежності від того, чи поширюються сигнали між пунктами зв'язку у вільному просторі чи по направляючих лініях розрізняють канали радіо- (прямої видимості, супутникові і т.п.) і проводового зв'язку (повітряні, кабельні, волоконно-оптичні лінії зв'язку, хвилевідні СВЧ тракти і т.п.) У залежності від форми сигналів на вході і виході каналу розрізняють канали безперервні, дискретні, цифрові, змішані (наприклад дискретно-безперервні).

Розрізняють канали з зосередженими параметрами, у яких сигнали на вході і виході описуються функціями часу тільки одного скалярного параметра (наприклад, часу ), і канали з розподіленими параметрами, у яких сигнали на вході і (або) виході описуються функціями більше одного скалярного параметра (наприклад, часуі просторових координат,,). Такі сигнали називають електромагнітнимиполями.

Істотнішою є класифікація каналів електричного зв'язку за діапазоном (смугою) частот який вони займають. Так, на сучасних симетричних кабельних лініях зв'язку застосовують сигнали, що займають смуги частот у діапазоні, обмеженому зверху частотою до сотень кілогерців. Додаткові заходи щодо забезпечення симетрії кабельних пар дозволяють збільшити верхню межу використовуваного діапазону частот до одиниць мегагерц. У даний час коаксіальні кабелі пропускають сигнали в діапазоні частот до сотень мегагерц. На повітряних проводових лініях використовують частоти не вище 150 кГц, тому що на вищих частотах на цих лініях дуже відчутна заважаюча дія адитивних завад і різко зростає загасання в лінії.

Радіозв'язок здійснюється за допомогою електромагнітних хвиль, що поширюються в частково обмеженому (наприклад, землею й іоносферою) просторі. Зараз у радіозв'язку застосовують частоти приблизно від 3·10³ до 3·10¹² Гц. Цей діапазон підрозділяють відповідно до десяткової класифікації представленої в табл. 4.1 [42].

У табл. 4.1 у дужках зазначені нестандартні, але використовувані назви діапазонів хвиль. Діапазон дециміліметрових хвиль підходить до діапазону інфрачервоних хвиль. Нині, завдяки створенню і широкому впровадженню квантових генераторів (лазерів) освоєний і діапазон світлових хвиль (оптичний діапазон). Практично в оптоволоконих лініях зв'язку використовуються частоти порядку 10¹⁴ Гц (довжини хвиль 1,55; 1,35; 0,85 мкм).

Таблиця 4.1 – Класифікація діапазонів частот у радіоканалах

Найменування хвиль	Діапазон хвиль	Найменування частот	Діапазон частот
Декакілометрові (наддовгі, СВД)	100...10 км	ДНЧ дуже низькі	3...30 кГц
Кілометрові (довгі, ДВ)	10...1 км	НЧ низькі	30...300 кГц
Гектометрові (середні, СВ)	1000...100 м	СЧ середні	300...3000 кГц
Декаметрові (короткі, KB)	100...10 м	ВЧ високі	3...30 МГц
Метрові (ультра­ короткі, УКВ)	10...1 м	ДВЧ дуже високі	30...300 МГц
Дециметрові	100...10 см	УВЧ ультрависокі	300...3000 Мгц
Сантиметрові	10...1 см	НВЧ надвисокі	3...30 ГГц
Міліметрові	10...1 мм	ВВЧ вельмивисокі	30...300 ГГц
Дециміліметрові (субмиліметрові)	1...0,1 мм	ГПЧ гіпервисокі	300...3000 ГГц

Для сучасного етапу розвитку техніки зв'язку характерна тенденція до її переходу на усе більш високі частоти. Це викликано низкою причин, зокрема необхідністю підвищувати швидкість передачі повідомлень, можливістю одержати гостроспрямоване випромінювання при невеликих розмірах випромінювачів, меншою інтенсивністю атмосферних і багатьох видів промислових завад у більш високочастотних діапазонах, можливістю застосування завадостійких широсмугових систем модуляції і т.п.

Для теорії електричного зв'язку великий інтерес представляє класифікація каналів зв'язку за характером сигналів на вході і виході каналу, відповідно до якої розрізняють:

а) безперервні (по рівнях), на вході і виході яких сигнали безперервні (аналогові). Прикладом може служити канал, заданий між виходом модулятора і входом демодулятора в будь-якій системі зв'язку;

б) дискретні (по рівнях), на вході і виході яких сигнали дискретні. Такі канали, задані між точками іна схемі рис. 1.8;

в) дискретні з боку входу і безперервні з боку виходу або навпаки. Такі канали називаються дискретно-безперервними або напівбезперервними (наприклад, канали, задані між точками , (див.рис. 1.8).

У будь-якому дискретному або напівбезперервному каналі міститься безперервний канал. Варто пам'ятати, що дискретність і безперервність каналу не пов'язана з характером переданих повідомлень: можна передавати дискретні повідомлення по безперервному каналу і безперервні повідомлення по дискретному. У ТЕЗ аналізуються канали (сигнали) з безперервним і дискретним часом.