Canal de comunicación

Un canal de comunicación se refiere tanto a un medio de transmisión físico , como un cable, como a una conexión lógica a través de un medio multiplexado , como un canal de radio en telecomunicaciones y redes informáticas . Un canal se utiliza para la transferencia de información , por ejemplo, un flujo de bits digitales , desde uno o varios emisores a uno o varios receptores . Un canal tiene una capacidad determinada para transmitir información, que suele medirse por su ancho de banda en Hz o su velocidad de datos en bits por segundo .

La transmisión de una señal de información a distancia requiere algún tipo de vía o medio. Estas vías, denominadas canales de comunicación, utilizan dos tipos de medios: cables de telecomunicaciones basados en líneas de transmisión (por ejemplo, par trenzado , coaxial y fibra óptica ) y radiodifusión (por ejemplo , microondas , satélite , radio e infrarrojos ).

En teoría de la información , un canal se refiere a un modelo teórico de canal con ciertas características de error. Desde esta perspectiva más general, un dispositivo de almacenamiento también es un canal de comunicación, que permite enviar (escribir) y recibir (leer) información, y facilita la transmisión de una señal informativa a lo largo del tiempo.

Ejemplos

Algunos ejemplos de canales de comunicación son:

Una conexión entre los puntos finales de comunicación de inicio y finalización de un circuito de telecomunicaciones .
Una única ruta proporcionada por un medio de transmisión a través de
- separación física, como por ejemplo mediante cable multipar o
- separación, como por ejemplo mediante multiplexación por división de frecuencia o por división de tiempo .
Un camino para transmitir señales eléctricas o electromagnéticas, que generalmente se distingue de otros caminos paralelos.
- Un dispositivo de almacenamiento de datos que puede comunicar un mensaje a lo largo del tiempo. ^{[ 1 ]}
- La porción de un soporte de almacenamiento, como una pista o banda, a la que puede acceder una estación o cabezal de lectura o escritura determinado.
- Un búfer desde el cual se pueden colocar y recibir mensajes .
En un sistema de comunicaciones , el enlace físico o lógico que conecta una fuente de datos con un receptor de datos.
Una frecuencia de radio específica , un par o una banda de frecuencias, generalmente designada con una letra, un número o una palabra clave, y a menudo asignada mediante un acuerdo internacional, por ejemplo:
- La radio marina VHF utiliza unos 88 canales en la banda VHF para la comunicación de voz bidireccional en FM. El canal 16 , por ejemplo, corresponde a 156.800 MHz. En Estados Unidos, se destinan siete canales adicionales, del WX1 al WX7, para las emisiones meteorológicas.
- Canales de televisión como el Canal 2 de Norteamérica a 55,25 MHz y el Canal 13 a 211,25 MHz. Cada canal tiene un ancho de banda de 6 MHz. Esto se basaba en el ancho de banda requerido por las señales de televisión analógicas . Desde 2006, la transmisión de televisión ha adoptado la modulación digital ( televisión digital ), que utiliza compresión de imagen para transmitir una señal de televisión con un ancho de banda mucho menor. Por lo tanto, cada uno de estos canales físicos se ha dividido en múltiples canales virtuales , cada uno de los cuales transmite un canal de televisión digital.
- La tecnología Wi-Fi original utiliza 13 canales en las bandas ISM , desde 2412 MHz hasta 2484 MHz, en pasos de 5 MHz.
- El canal de radio entre un repetidor de radioaficionados y un radioaficionado utiliza dos frecuencias separadas, generalmente, por 600 kHz (0,6 MHz). Por ejemplo, un repetidor que transmite en 146,94 MHz suele estar a la escucha de un radioaficionado que transmite en 146,34 MHz.

Todos estos canales de comunicación comparten la propiedad de que transfieren información. La información se transmite a través del canal mediante una señal .

Modelos de canal

Se pueden crear modelos matemáticos del canal para describir cómo se transforma la señal de entrada (la señal transmitida) en la señal de salida (la señal recibida). Existen muchos tipos y usos de modelos de canal específicos del campo de las comunicaciones. En particular, se formulan modelos independientes para describir cada capa de un sistema de comunicación.

Un canal puede modelarse físicamente calculando los procesos físicos que modifican la señal transmitida. Por ejemplo, en las comunicaciones inalámbricas, el canal puede modelarse calculando la reflexión de cada objeto en el entorno. También se puede añadir una secuencia de números aleatorios para simular interferencias externas o ruido electrónico en el receptor.

Estadísticamente, un canal de comunicación se suele modelar como una tupla que consta de un alfabeto de entrada, un alfabeto de salida y, para cada par (i, o) de elementos de entrada y salida, una probabilidad de transición p(i, o) . Semánticamente, la probabilidad de transición es la probabilidad de que se reciba el símbolo o dado que se transmitió i a través del canal.

Es posible combinar modelos estadísticos y físicos. Por ejemplo, en las comunicaciones inalámbricas, el canal se suele modelar mediante una atenuación aleatoria (conocida como desvanecimiento ) de la señal transmitida, seguida de ruido aditivo. El término de atenuación simplifica los procesos físicos subyacentes y refleja la variación de la potencia de la señal durante la transmisión. El ruido en el modelo representa la interferencia externa o el ruido electrónico en el receptor. Si el término de atenuación es complejo , también describe el tiempo relativo que tarda una señal en atravesar el canal. Las propiedades estadísticas de la atenuación en el modelo se determinan mediante mediciones previas o simulaciones físicas.

Los canales de comunicación también se estudian en esquemas de modulación de alfabeto discreto . El modelo matemático consiste en una probabilidad de transición que especifica una distribución de salida para cada posible secuencia de entradas del canal. En teoría de la información , es común comenzar con canales sin memoria, en los que la distribución de probabilidad de salida solo depende de la entrada actual del canal.

Un modelo de canal puede ser digital o analógico.

Modelos de canales digitales

En un modelo de canal digital, el mensaje transmitido se modela como una señal digital en una capa de protocolo determinada . Las capas de protocolo subyacentes se reemplazan por un modelo simplificado. El modelo puede reflejar medidas de rendimiento del canal, como la tasa de bits , los errores de bits , el retardo , la variación del retardo , etc. Algunos ejemplos de modelos de canal digital son:

Canal binario simétrico (BSC), un canal discreto sin memoria con una cierta probabilidad de error de bit.
Canal binario asimétrico (BAC), similar a BSC, pero la probabilidad de un cambio de 0 a 1 y viceversa es desigual.
Modelo de canal de error de bits binario en ráfagas , un canal con memoria
Canal de borrado binario (BEC), un canal discreto con una cierta probabilidad de detección (borrado) de errores de bits.
Canal de borrado de paquetes , donde los paquetes se pierden con una determinada probabilidad de pérdida de paquetes o tasa de error de paquetes.
Canal de variación arbitraria (AVC), donde el comportamiento y el estado del canal pueden cambiar aleatoriamente.

Modelos de canales analógicos

En un modelo de canal analógico, el mensaje transmitido se modela como una señal analógica . El modelo puede ser lineal o no lineal , continuo o discreto en el tiempo (muestreado) , sin memoria o dinámico (lo que genera errores en ráfagas ), invariante o variable en el tiempo (lo que también genera errores en ráfagas), de banda base , de banda de paso (modelo de señal de RF), de valor real o de valor complejo . El modelo puede reflejar las siguientes deficiencias del canal:

Modelo de ruido , por ejemplo
- Canal de ruido gaussiano blanco aditivo (AWGN), un modelo lineal continuo sin memoria
- modelo de ruido de fase
Modelo de interferencia , por ejemplo, diafonía ( interferencia cocanal ) e interferencia intersímbolo (ISI).
Modelo de distorsión , por ejemplo, un modelo de canal no lineal que causa distorsión de intermodulación (IMD).
Modelo de respuesta en frecuencia , incluyendo atenuación y desfase.
modelo de retardo de grupo
Modelado de las técnicas de transmisión de la capa física subyacente , por ejemplo, un modelo de banda base equivalente de valores complejos de modulación y respuesta en frecuencia.
Modelo de propagación de radiofrecuencia , por ejemplo
- Modelo de pérdida de trayectoria de distancia logarítmica
- Modelo de desvanecimiento , por ejemplo, desvanecimiento de Rayleigh , desvanecimiento de Rice , desvanecimiento por sombra log-normal y desvanecimiento selectivo en frecuencia (dispersivo).
- modelo de desplazamiento Doppler , que combinado con el desvanecimiento da como resultado un sistema variable en el tiempo
- Los modelos de trazado de rayos intentan modelar la propagación de la señal y las distorsiones para geometrías específicas de transmisor-receptor, tipos de terreno y antenas.
- El gráfico de propagación modela la dispersión de la señal representando el entorno de propagación de radio mediante un gráfico.
- Modelos de movilidad , lo que también genera un sistema variable en el tiempo.

Tipos

Canal digital ( discreto ) o analógico ( continuo )
Medio de transmisión , por ejemplo un cable de fibra óptica.
Canal multiplexado
Canal virtual de red informática
Canal de comunicación simplex , dúplex o semidúplex
Canal de retorno
Enlace ascendente o descendente ( canal ascendente o descendente )
Canal de difusión , canal unicast o canal multicast

Medidas de rendimiento del canal

Estos son ejemplos de medidas de capacidad y rendimiento de canales de uso común:

Ancho de banda espectral en Hertz
Tasa de símbolos en baudios , símbolos/s
El ancho de banda digital en bits/s mide: tasa de bits bruta (tasa de señalización), tasa de bits neta (tasa de información), capacidad del canal y rendimiento máximo.
utilización del canal
Eficiencia espectral
Relación señal/ruido en medidas de decibelios : relación señal/interferencia , E _b /N ₀
Tasa de error de bits (BER), tasa de error de paquetes (PER)
Latencia en segundos : tiempo de propagación , tiempo de transmisión , retardo de ida y vuelta , retardo de extremo a extremo.
Variación del retardo de los paquetes
Patrón ocular

Canales multiterminales, con aplicación a sistemas celulares.

En las redes, a diferencia de la comunicación punto a punto , el medio de comunicación puede compartirse entre múltiples puntos finales (terminales). Según el tipo de comunicación, los distintos terminales pueden cooperar o interferir entre sí. En general, cualquier red compleja de múltiples terminales puede considerarse como una combinación de canales simplificados de múltiples terminales. Los siguientes canales son los principales canales de múltiples terminales introducidos por primera vez en el campo de la teoría de la información :

Un canal punto a multipunto , también conocido como medio de difusión (que no debe confundirse con canal de difusión ): En este canal, un único emisor transmite múltiples mensajes a diferentes nodos de destino. Todos los canales inalámbricos, excepto los enlaces direccionales, pueden considerarse medios de difusión, pero no siempre proporcionan servicio de difusión. El enlace descendente de un sistema celular puede considerarse un canal punto a multipunto si solo se considera una celda y se ignora la interferencia de cocanal entre celdas. Sin embargo, el servicio de comunicación de una llamada telefónica es unicast .
Canal de acceso múltiple : En este canal, varios emisores transmiten múltiples mensajes diferentes a través de un medio físico compartido hacia uno o varios nodos de destino. Esto requiere un esquema de acceso al canal , que incluye un protocolo de control de acceso al medio (MAC) combinado con un esquema de multiplexación . Este modelo de canal tiene aplicaciones en el enlace ascendente de redes celulares.
Canal de retransmisión : En este canal, uno o varios nodos intermedios (denominados nodos de retransmisión, repetidores o de relleno de huecos ) cooperan con un emisor para enviar el mensaje a un nodo de destino final.
Canal de interferencia : En este canal, dos emisores diferentes transmiten sus datos a nodos de destino distintos. Por lo tanto, puede producirse diafonía o interferencia cocanal entre los emisores. La interferencia entre celdas en las comunicaciones inalámbricas celulares es un ejemplo de canal de interferencia. En sistemas de espectro ensanchado como 3G, también se produce interferencia dentro de la celda si se utilizan códigos no ortogonales.
Un canal unicast es un canal que proporciona un servicio unicast, es decir, que envía datos dirigidos a un usuario específico. Una llamada telefónica establecida es un ejemplo.
Un canal de difusión es un canal que proporciona un servicio de difusión, es decir, que envía datos dirigidos a todos los usuarios de la red. Ejemplos de redes celulares son el servicio de localización y el servicio de difusión multimedia multicast (MDM) .
Un canal de multidifusión es un canal donde los datos se dirigen a un grupo de usuarios suscriptores. Ejemplos de LTE son el canal físico de multidifusión (PMCH) y la red de frecuencia única de difusión de multidifusión (MBSFN).