通信チャネル

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通信チャネルをサポートするさまざまなタイプの物理伝送メディア

通信チャネルとは、有線などの物理的な伝送媒体、または電気通信コンピュータネットワークの無線チャネルなどの多重化された媒体を介した論理接続のいずれかを指しますチャネルは、1つまたは複数の送信機(または送信機)から1つまたは複数の受信機に情報信号(たとえば、デジタルビットストリーム)を伝達するために使用されます。チャネルには、情報を送信するための特定の容量があり、多くの場合Hz単位の帯域幅またはデータレートで測定されます。ビット/秒単位

宇宙を介して情報信号を通信するには、何らかの形の経路または媒体が必要です。通信チャネルと呼ばれるこれらの経路は、ケーブル(ツイストペア線、ケーブル、光ファイバーケーブル)と放送(マイクロ波、衛星、ラジオ、赤外線)の2種類のメディアを使用します。ケーブルまたはワイヤーラインメディアは、ケーブルの物理的なワイヤーを使用してデータと情報を送信します。ツイストペア線と同軸ケーブルは銅でできており、光ファイバーケーブルはガラスでできています。

情報理論では、チャネルは特定のエラー特性を持つ理論的なチャネルモデルを指します。このより一般的な見方では、記憶装置は通信チャネルでもあり、これは送信(書き込み)および受信(読み取り)が可能であり、時間の経過とともに情報信号を通信することを可能にする。

通信チャネルの例は次のとおりです。

  1. 電気通信回路通信エンドポイントの開始と終了の間の接続
  2. いずれかを介し て伝送媒体によって提供される単一のパス
  3. 電気信号または電磁信号を伝送するためのパス。通常、他の並列パスとは区別されます。
    • 時間の経過とともにメッセージを通信できるストレージ。[要出典]
    • 特定の読み取りまたは書き込みステーションまたはヘッドにアクセスできる、トラックまたはバンドなどの記憶媒体の部分。
    • メッセージを「put」および「got」にすることができるバッファー。チャネルの使用に関する議論については、アクターモデルとプロセス計算を参照してください。
  4. 通信システムにおいて、データソースをデータシンクに接続する物理的または論理的なリンク。
  5. 特定の無線周波数、周波数のペアまたは帯域。通常は文字、数字、またはコードワードで名前が付けられ、多くの場合、国際協定によって割り当てられます。
    例:

これらの通信チャネルはすべて、情報を転送するという特性を共有しています。情報は、信号によってチャネルを介して運ばれます。

チャネルモデル

チャネルの数学モデルは、入力(送信信号)が出力(受信信号)にどのようにマッピングされるかを説明するために作成できます。通信分野に固有のチャネルモデルには、多くの種類と用途があります。特に、通信システムの各層を記述するために、個別のモデルが作成されます。

送信信号を変更する物理プロセスを計算することにより、チャネルを物理的にモデル化できます。たとえば、無線通信では、環境内のすべてのオブジェクトの反射を計算することでチャネルをモデル化できます。受信機の外部干渉や電子ノイズをシミュレートするために、一連の乱数を追加することもできます。

統計的に、通信チャネルは通常、入力アルファベット、出力アルファベット、および入力要素と出力要素の各ペア(i、o)の遷移確率p(i、o)で構成されるトリプルとしてモデル化されます。意味的には、遷移確率は、iがチャネルを介して送信された 場合にシンボル oが受信される確率です。

統計的モデリングと物理的モデリングを組み合わせることができます。たとえば、無線通信では、チャネルは送信信号のランダムな減衰(フェージングと呼ばれる)とそれに続く加法性ノイズによってモデル化されることがよくあります。減衰項は、基礎となる物理プロセスを単純化したものであり、送信中の信号電力の変化をキャプチャします。モデルのノイズは、受信機の外部干渉や電子ノイズをキャプチャします。減衰項が複雑な場合は、信号がチャネルを通過するのにかかる相対時間も表します。ランダム減衰の統計的特性は、以前の測定または物理シミュレーションによって決定されます。

チャネルモデルは、それらの値をどの程度正確に定義できるかに制限がないという点で、連続チャネルモデルである可能性があります。

通信チャネルも、個別のアルファベット設定で調査されます。これは、アナログ→デジタルおよびデジタル→アナログブロックが設計者の制御の及ばない現実世界の通信システムを抽象化することに対応します。数学モデルは、チャネル入力の可能なシーケンスごとに出力分布を指定する遷移確率で構成されます。情報理論では、出力確率分布が現在のチャネル入力のみに依存するメモリレスチャネルから始めるのが一般的です。

チャネルモデルは、デジタル(定量化、たとえばバイナリ)またはアナログのいずれかです。

デジタルチャネルモデル

デジタルチャネルモデルでは、送信されたメッセージは特定のプロトコル層でデジタル信号としてモデル化されます。物理層伝送技術などの基礎となるプロトコル層は、簡略化されたモデルに置き換えられています。モデルは、ビットレートビットエラー遅延/遅延遅延ジッターなどのチャネルパフォーマンス測定値を反映する場合があります。デジタルチャネルモデルの例は次のとおりです。

アナログチャネルモデル

アナログチャネルモデルでは、送信されるメッセージはアナログ信号としてモデル化されます。モデルは、線形または非線形、時間連続または時間離散(サンプリング)、メモリレスまたは動的(バーストエラーが発生する)、時不変または時変(バーストエラーも発生)、ベースバンドパスバンドにすることができます。 (RF信号モデル)、実数値または複素数値の信号モデル。モデルは、次のチャネル障害を反映している可能性があります。

タイプ

チャネルパフォーマンス測定

これらは、一般的に使用されるチャネル容量とパフォーマンス測定の例です。

セルラーシステムへの応用を伴う多端末チャネル

ネットワークトポロジも参照してください

ネットワークでは、ポイントツーポイント通信とは対照的に、通信メディアは複数の通信エンドポイント(端末)間で共有されます。通信の種類に応じて、異なる端末が相互に協力または干渉する可能性があります。一般に、複雑なマルチターミナルネットワークは、単純化されたマルチターミナルチャネルの組み合わせと見なすことができます。以下のチャネルは、情報理論の分野で最初に導入された主要なマルチターミナルチャネルです[要出典]

  • ブロードキャストメディアとも呼ばれるポイントツーマルチポイントチャネル(ブロードキャストチャネルと混同しないでください):このチャネルでは、1人の送信者が複数のメッセージを異なる宛先ノードに送信します。無線リンクを除くすべての無線チャネルは放送メディアと見なすことができますが、必ずしも放送サービスを提供するとは限りません。セルラーシステムのダウンリンクは、1つのセルのみが考慮され、セル間の同一チャネル干渉が無視される場合、ポイントツーマルチポイントチャネルと見なすことができます。ただし、電話の通信サービスはユニキャストです。
  • マルチアクセスチャネル:このチャネルでは、複数の送信者が、共有物理メディアを介して1つまたは複数の宛先ノードに複数の異なるメッセージを送信します。これには、多重化スキームと組み合わせたメディアアクセス制御(MAC)プロトコルを含むチャネルアクセススキームが必要です。このチャネルモデルには、セルラーネットワークのアップリンクでのアプリケーションがあります。
  • リレーチャネル:このチャネルでは、1つまたは複数の中間ノード(リレー、リピーター、またはギャップフィラーノードと呼ばれます)が送信者と連携して、メッセージを最終的な宛先ノードに送信します。リレーノードは、 3GPP Long Term Evolution(LTE)などの今後のセルラー規格で可能なアドオンと見なされます。
  • 干渉チャネル:このチャネルでは、2つの異なる送信者がデータを異なる宛先ノードに送信します。したがって、送信者が異なれば、相互の信号にクロストークまたは同一チャネル干渉が発生する可能性があります。セルラー無線通信におけるセル間干渉は、干渉チャネルの一例です。3Gのようなスペクトラム拡散システムでは、非直交コードが使用されている場合、干渉もセル内で発生します。
  • ユニキャストチャネルは、ユニキャストサービスを提供するチャネルです。つまり、1人の特定のユーザーにアドレス指定されたデータを送信します。確立された電話はその一例です。
  • ブロードキャストチャネルは、ブロードキャストサービスを提供するチャネルです。つまり、ネットワーク内のすべてのユーザーにアドレス指定されたデータを送信します。セルラーネットワークの例は、ページングサービスとマルチメディアブロードキャストマルチキャストサービスです。
  • マルチキャストチャネルは、データがサブスクライブしているユーザーのグループにアドレス指定されるチャネルですLTEの例としては、物理マルチキャストチャネル(PMCH)とマルチキャストブロードキャスト単一周波数ネットワーク(MBSFN)があります。

上記の4つの基本的な多元接続チャネルのうち、容量領域がわかっているのは多元接続チャネルだけです。ガウスシナリオの特殊なケースでも、放送チャンネルを除く他の3チャンネルの容量領域は一般に不明です。

も参照してください

参考文献