قناة اتصال

في علم الاتصالات، قد يُشير مُصطلح قناة الاتصال (بالإنجليزية: Communication Channel)‏ إلى وسط النقل الفيزيائيّ كالأسلاك مثلاً، أو إلى اتصال ضمن وسط يحصل فيه إرسالٌ مُتعدد كقناة الاتصال الراديويّة أو قناة الاتصال في شبكات الحاسب. تستعمل القناة لنقل إشارة معلومات، كدفق من البتات، من طرف واحد أو أكثر، يُسمى المُرسل إلى طرف واحد أو أكثر يُسمّى المُستقبل. لكل قناة سعة لنقل المعلومات، وتُقاس هذه السعة بعرض نطاق القناة باستخدام واحدة الهرتز، أو بمعدل نقل المعطيات باستخدام واحدة البت في الثانية.

  لمعانٍ أخرى، طالع قناة (توضيح).
تصنيف قنوات الاتصال بحسب طبيعة وسط النقل.

تحتاج المُعطيات إلى وسط فيزيائيّ لتنتقل من المصدر إلى الوجهة، يُسمى هذا الوسط قناة الاتصال، وهناك نوعين من أوساط النقل:[1] الأوساط المُوجّهة (الكابلات المحوريّة والأسلاك المجدولة والأليّاف البصريّة) والأوساط غير المُوجّهة (الأمواج الميكرويّة والأمواج الراديويّة والأشعّة تحت الحمراء). تستخدم الكابلات المحوريّة والأسلاك المجدولة عناصر أو خلائط معدنية كوسطٍ ناقل، أمّا الأليّاف البصريّة فتصنع من الزجاج أو من البلاستيك.

في نظرية المعلومات، يُشير مُصطلح القناة إلى قناة نظريّة مع مُحددات خطأ مُعيّنة.[2]

تعاريف قناة الاتصال
كابلات الهاتف هي شكل من أشكال قنوات الاتصال.

في مجال الاتصالات، يُستخدم تعبير قناة الاتصال للإشارة إلى عدّة مفاهيم. يُعتبر كل ما يلي تعريفاً لقناة الاتصال:[3]

  1. فصل فيزيائي، كما في حالة عدد من الأسلاك أو الألياف المُتمايزة. ومن الأمثلة عنها حزمة الألياف البصريّة التي يشكل كل ليف فيها قناة اتصال مُستقلّة.
  2. فصل اعتماداً على خواص الوسط، كما في حالة الإرسال المُتعدد (تقسيم التردد، تقسيم الزمن، تقسيم الترميز).
  1. جهاز لتخزين البيانات، ينقل المعلومات مكانيّاً أو زمانيّاً.
  2. مسار في وسط تخزين، يمكن النفاذ إليه من أجل الكتابة والقراءة.
  3. مخزن مُؤقّت، يمكن أن تُضاف البيانات إليه أو تُزال منه.[4]
  • في الشبكات اللاسلكيّة، القناة هي مسار حقيقي أو وصلة افتراضيّة تربط بين مصدر المُعطيات وعقدة تجميع خاصة تُسمّى المصرف (Sink).
  • حزمة أو زوج من الترددات الراديويّة، يُشار إليها برمز خاصّ يجمع أرقاماً وأحرفاً بشكلٍ مُميّز، ويتمّ منح هذه الحزمة بموجب اتفاقيات قانونيّة ناظمة، من الأمثلة على ذلك:
  1. الحزمة الردايويّة البحريّة عالية التردد (بالإنجليزية: Marine VHF Radio)‏، وتمتد ضمن المجال التردديّ (156-174) ميغا هرتز، وتضمّ (88) قناة اتصال، وهي تستخدم على نطاق واسع في السفن الكبيرة والعبارات البحريّة.[5]
  2. قنوات الراديو المُخصصة لبث التوقعات الجويّة في الولايات المتحدة الأميركية، وهي سبع قنوات راديويّة تمتد كل منها على مجالٍ تردديّ هو (100) ميغا هرتز مع حزم حماية فاصلة هي (25) ميغا هرتز بين كل قناتين.[6]
  3. القنوات التلفزيونية، وتحدد اللجنة القومية لنظام التلفزيون مُحددات القنوات التلفزيونيّة كعرض نطاق القناة التردديّة وكيفيّة استعمال الطيف الترددي.[7]
  4. قنوات الشبكات المحليّة اللاسلكية، وتمتد على ثلاث مجالات ترددية مُحددة من قبل هيئة الاتصالات الفيدراليّة، هي المجالات (902-928) و(2400-2483.5) و(5725-5850) ميغا هرتز.[8]

إنّ جميع المفاهيم السابقة تتشارك في خاصية نقل المعلومات، يتم ترميز المعلومات على شكل إشارات تنتقل في هذه القنوات.

نمذجة قناة الاتصالات
نموذج قناة الاتصالات.

يُمكن نمذجّة قناة الاتصال من خلال حساب المُعاملات الفيزيائيّة التي تؤثّر على الإشارة المنقولة عبرها. على سبيل المثال، يمكن نمذجّة انتشار موجة في الهواء بين نقطتين من خلال حساب الانعكاسات الحاصلة على كل جسم في البيئة التي تنتشر فيها الإشارة، كما يُمكن إضافة بعض المُعاملات التي تمثل التداخُلات الحاصلة مع إشارات أخرى[9] أو بسبب الضجيج أو التخميد (Fading) الحاصل للإشارة أثناء انتشارها في الوسط.[10]

إحصائياً، يتمّ نمذجّة القناة بواسطة دالة تحويل تابعة للزمن (t) ولتردد الإشارة (f) التي تعبر القناة، تربط هذه الدالة بين دخل القناة (X) الذي يُمثّل بدالة تابعة للزمن ولتردد وخرجها (Y) الذي يُمثّل بدالة تتبع الزمن ولتردد أيضاً، وترتبط دالة التحويل بخواص الوسط نفسه، وتمثّل عوامل التغيير الحاصلة للإشارة. ويُمكن التعبير عن هذه العلاقة بالمُعادلة التالية:[11]

بحسب نظريّة المعلومات، فإنّ أبسط نموذج لقناة الاتصال هو قناة الاتصال عديمة الذاكرة (Memory-less). في هذه القناة، وفي أي لحظة زمنية، فإن خرج القناة لا يرتبط إلا بدخلها فقط.[12]

تكون نماذج قنوات الاتصال إماّ نماذج مُستمرة بالنسبة للزمن أو نماذج مُتقطعة بالنسبة للزمن.[13] عمليّاً، تنقل ذات النماذج القنوات المستمرة مع الزمن الإشارات التشابهيّة أما ذات النماذج المُتقطعة فتنقل الإشارات الرقميّة.

نماذج القناة الرقميّة

في نموذج القناة الرقمية، يجري نمذجة الرسالة المُرسلة على شكل إشارة رقميّة بحسب أحد بروتوكولات الاتصالات. يجب أن يشمل النموذج مُحددات قياس الأداء كمعدل النقل، ومعدل الخطأ والتأخير وتأرجح التأخير وغيرها. من الأمثلة عن نماذج القناة الرقميّة:

  • القناة الثنائيّة المُتناظرة (Binary Symmetric Channel BSC)، وهي قناة مُتقطّعة عديمة الذاكرة مع قيمة مُحددة لاحتمال الخطأ.[14]
  • القناة الثنائيّة ذات الضجيج الرشقيّ (Binary Burst-Noise Channel)، وهي قناة مُتقطّعة ذات ذاكرة.[15]
  • قناة المحو الثنائيّة، هي قناة متقطّعة مع احتمال مُحدد لخطأ البت.[16]
  • قناة التفاوت العشوائي (Arbitrarily varying channel AVC)، وهي قناة متقطّعة ذات حالة وسلوك متغيران بشكلٍ عشوائي.[17]

نماذج القناة التشابهيّة

قي نموذج القناة التشابهية، يتّم نمذجة الرسالة المرُسلة كإشارة تشابهيّة. قد يكون النموذج خطيّاً أو غير خطي، مستمراً أو متقطّعاً زمنياً، عديم الذاكرة أو بذاكرة. كما يغطي نموذج القناة التشابهية نطاق الترددات الخاص بالقناة، فقد يكون النموذج لقناة النطاق الأساسيّ (Baseband)[18] أو لقناة عريضة الحزمة (Broadband)،[19] أو لنطاق حزمة التمرير (Passband).[20] تدرس بعض النماذج التفاوت الزمنيّ (Time Variance).[21] من أهم النماذج الخاصّة بالقناة التشابهيّة:

  1. نموذج القناة ذات الضجيج الجمعيّ الأبيض الغوصيّ (AWGN)،[22] وهو نموذج لقناة خطيّة مُستمرة زمنيّاً عديمة الذاكرة.
  2. نموذج الضجيج الطوري.[23]
  • نماذج التداخل الراديوي، مثل نموذج التداخل مع القناة المجاورة (Co-channel Interference)[24] أو نماذج التداخل بين الرموز (Inter-symbol interference).[25]
  • نماذج التشوّه (Distortion)، ويشمل نماذج تشوّه الإشارة أثناء عبُورها للقناة،[26] وأيضاً نماذج التشوّه البينيّ (Inter-Modulation Distortion).[27]
  • نماذج الاستجابة التردديّة، وتشمل نماذج التضعيف (Attenuation)[8] والإزاحة الطوريّة (Phase-shifting).[28]
  • نماذج الانتشار (Propagation Model)، مثل نموذج أثر دوبلر[29] ونموذج تخميد رايلي (Rayleigh fading).[8]

قياس أداء القناة

إنّ معرفة المواصفات التي تُحدد مدى جودة القناة هو عامل أساسي لنقل المُعطيات بشكلٍ فعالٍ عبر هذه القناة. بحسب نظريّة المعلومات، فإنّ مُعدل النقل في قناة الاتصال يتبع بشكل مباشر لنسبة الإشارة إلى الضجيج (SNR) في تلك القناة، فزيادة نسبة الضجيج تؤثّر بشكل مباشر على جودة النقل في القناة.[30] إنّ حساب معاملات جودة الخدمة (QoS) الخاصّة بنظام الاتصالات، كزمن التأخير ومُعدّل الإنتاجيّة تساعد في قياس أداء القناة.[31]

فيما يلي أهم المُحددات المُستعملة لقياس أداء قناة الاتصال، مع الواحدات المُعتبرة لكل منها وشرح بسيط عن معنى القيمة المقاسة.

القيمة المُقاسةالواحدةالشرح
عرض نطاق الحزمة التردديّة[32]هرتزالفرق بين أدنى وأعلى تردد مُمكنين للإشارة التي تعبر القناة.
مُعدّل الرمز[33]البودعدد الرموز المرُسلة عبر القناة خلال ثانية واحدة من الزمن.
مُعدّل الإنتاجيّة[34]بت / ثانية أو رزمة / ثانيةوهو عدد البتات أو الرزم المُرسلة بشكل سليم عبر قناة الاتصال خلال ثانية واحدة.
كفاءة عرض النطاق[35]بت/ثانية/هرتزمعدّل المعلومات الذي يُمكن نقله باستعمال عرض نطاق ما ضمن قناة الاتصالات.
نسبة الإشارة إلى الضجيج[36]لا يوجد واحدة، يُمكن التعبير عنها بالديسبلنسبة بين استطاعة الإشارة المدورسة إلى استطاعة الضجيج في قناة الاتصالات.
مُعدّل خطأ البت[37]نسبة مئويّةنسبة عدد البتات المنقولة بشكل خاطئ إلى عدد البتات الإجمالي المنقول عبر قناة الاتصالات.
زمن التأخير[38]ثانيةيشمل حساب زمن التأخير قياس زمن الانتشار، وهو الزمن اللازم لانتقال جبهة الإشارة عبر قناة الاتصالات وزمن النقل وهو الوقت المُنقضي منذ بدء الإرسال حتى نهايته.
تأرجّح التأخير[39]ثانيةهو الانحراف المعياريّ لقيمة زمن التأخير.

انظر أيضاً

مراجع
  1. "Difference Between Guided and Unguided Media"، TechDifferences (باللغة الإنجليزية)، فبراير 2017، مؤرشف من الأصل في 13 أغسطس 2017، اطلع عليه بتاريخ 15 أغسطس 2017.
  2. E. Shanon, C. (يوليو 1948)، "A Mathematical Theory of Communication"، The Bell System Technical Journal، 27 (3)، doi:10.1002/j.1538-7305.1948.tb01338.x.
  3. "Federal Standard 1037C, Telecommunications: Glossary of Telecommunication Terms"، The Institute for Telecommunication Sciences (ITS) (باللغة الإنجليزية)، 7 أغسطس 1996، مؤرشف من الأصل في 1 أغسطس 2017، اطلع عليه بتاريخ 15 أغسطس2017. {{استشهاد ويب}}: تحقق من التاريخ في: |تاريخ الوصول= (مساعدة)
  4. Dumke, R., Rautenstrauch, C., Schmietendorf, A., Scholz,A. (2001)، Performance Engineering: State of the Art and Current Trends (باللغة الإنجليزية)، New Riders Publishing، ص. 307، ISBN 3540421459.{{استشهاد بكتاب}}: صيانة CS1: أسماء متعددة: قائمة المؤلفون (link)
  5. "RADIO INFORMATION FOR BOATERS"، U.S. Coast Guard Navigation Center (باللغة الإنجليزية)، مؤرشف من الأصل في 14 أغسطس 2017، اطلع عليه بتاريخ 15 أغسطس 2017.
  6. "NOAA Weather Radio (NWR) Frequencies and Information"، National Weather Service (باللغة الإنجليزية)، مؤرشف من الأصل في 14 أغسطس 2017، اطلع عليه بتاريخ 15 أغسطس 2017.
  7. "NTSC:Resolution, Bandwidth, Spectrum"، National Television System Committee (باللغة الإنجليزية)، مؤرشف من الأصل في 8 أغسطس 2017، اطلع عليه بتاريخ 15 أغسطس 2017.
  8. "RULES and REGULATIONS,FEDERAL COMMUNICATIONS COMMISSION"، Marcus Spectrum Solutions LLC (باللغة الإنجليزية)، مؤرشف من الأصل في 28 سبتمبر 2007، اطلع عليه بتاريخ 15 أغسطس 2017.
  9. Ivan, Ioana؛ Mitzenmacher؛ Thaler؛ Yuen (يوليو 2012)، "Continuous time channels with interference"، Information Theory Proceedings (ISIT), 2012 IEEE International Symposium، IEEE، : 2-7، doi:10.1109/ISIT.2012.6284683.
  10. Mittelbach, Martin؛ Mueller؛ Schubert؛ Finger (نوفمبر 2007)، "Ergodic Capacity of Discrete- and Continuous-Time, Frequency-Selective Rayleigh Fading Channels with Correlated Scattering"، Global Telecommunications Conference, 2007. GLOBECOM '07. IEEE، IEEE، doi:10.1109/GLOCOM.2007.632، ISSN 1930-529X.
  11. Haber, F.؛ Akki (فبراير 1986)، "A statistical model of mobile-to-mobile land communication channel"، IEEE Transactions on Vehicular Technology، IEEE، 35 (1): 2-7، doi:10.1109/T-VT.1986.24062.
  12. "Memoryless channel"، Encyclopedia of Mathematics (باللغة الإنجليزية)، مؤرشف من الأصل في 30 يوليو 2017، اطلع عليه بتاريخ 15 أغسطس 2017.
  13. Ezio Biglieri (2005)، Coding for Wireless Channels (باللغة الإنجليزية)، Springer، ص. 20، ISBN 1402080832.
  14. Arikan, Erdal (يوليو 2009)، "Channel Polarization: A Method for Constructing Capacity-Achieving Codes for Symmetric Binary-Input Memoryless ChannelsEvaluation"، IEEE Transactions on Information Theory، IEEE، 55 (7)، doi:10.1109/TIT.2009.2021379.
  15. Elliott, E. O. (سبتمبر 1963)، "Estimates of error rates for codes on burst-noise channels"، The Bell System Technical Journal، Nokia Bell Labs، 42 (5): 1977–1997، doi:10.1002/j.1538-7305.1963.tb00955.x، ISSN 0005-8580.
  16. Ashikhmin, A.؛ Kramer؛ ten Brink (أوكتوبر 2004)، "Extrinsic information transfer functions: model and erasure channel properties"، IEEE Transactions on Information Theory، IEEE، 50 (11): 2657–2673، doi:10.1109/TIT.2004.836693. {{استشهاد بدورية محكمة}}: تحقق من التاريخ في: |تاريخ= (مساعدة)
  17. Ahlswede, R. (سبتمبر 1986)، "Arbitrarily varying channels with states sequence known to the sender properties"، IEEE Transactions on Information Theory، IEEE، 32 (5): 621–629، doi:10.1109/TIT.1986.1057222.
  18. Zhang, W.؛ Miller (نوفمبر 1992)، "Baseband equivalents in digital communication system simulation"، IEEE Transactions on Education، IEEE، 35 (4): 376–382، doi:10.1109/13.168713.
  19. E, Haas (أغسطس 2002)، "Aeronautical channel modeling"، IEEE Transactions on Vehicular Technology، IEEE، 51 (2): 254–264، doi:10.1109/25.994803.
  20. "Passband Modulation with Adjacent Channel Interference"، The MathWorks, Inc. (باللغة الإنجليزية)، مؤرشف من الأصل في 7 أغسطس 2017، اطلع عليه بتاريخ 16 أغسطس 2017.
  21. Byun, Sung-Hoon؛ Kim؛ Lim؛ Seong (سبتمبر 2008)، "Time-varying Underwater Acoustic Channel Modeling for Moving Platform"، OCEANS 2007، IEEE، doi:10.1109/OCEANS.2007.4449361، ISBN 978-0933957-35-0، ISSN 0197-7385.
  22. "AWGN Channel"، The MathWorks, Inc. (باللغة الإنجليزية)، مؤرشف من الأصل في 15 أغسطس 2017، اطلع عليه بتاريخ 16 أغسطس 2017.
  23. Wu, Songping؛ Bar-Ness (نوفمبر 2004)، "OFDM systems in the presence of phase noise: consequences and solutions"، IEEE Transactions on Communications، IEEE، 52 (11): 1988–1996، doi:10.1109/TCOMM.2004.836441، ISSN 0090-6778.
  24. "Adjacent and Co-Channel Interference"، The MathWorks, Inc. (باللغة الإنجليزية)، مؤرشف من الأصل في 7 أغسطس 2017، اطلع عليه بتاريخ 16 أغسطس 2017.
  25. Cristofoli, Andrea؛ Palestri؛ Selmi؛ Da Dalt (يونيو 2012)، "Improved Modeling of Intersymbol Interference in High Speed Serial Links"، Ph.D. Research in Microelectronics and Electronics (PRIME), 2012 8th Conference، VDE، ISBN 978-3-8007-3442-9.
  26. Cheng, Jian-xin؛ Zhen-ming؛ Zhi-chao (يناير 2006)، "A channel distortion model for video over lossy packet networks"، Journal of Zhejiang University-SCIENCE A، Springer، 7 (1): 48–53، ISSN 1673-565X.
  27. Chen, J.؛ Feng؛ Phillips؛ Kundert (مايو 1999)، "Simulation and modeling of intermodulation distortion in communication circuits"، Custom Integrated Circuits، IEEE، doi:10.1109/CICC.1999.777232، ISBN 0-7803-5443-5.
  28. Neokosmidis, Ioannis؛ Kamalakis؛ Sphicopoulos (نوفمبر 2009)، "Multicanonical Monte Carlo Modeling of Wavelength Division Multiplexed Differential Phase Shift Keying Systemscircuits"، Journal of Lightwave Technology، IEEE، 27 (22): 5065–5072، doi:10.1109/JLT.2009.2028659.
  29. Tsakalozos, Nikolaos؛ Drakakis؛ Rickard (يناير 2010)، "Channel Models of the Doppler Effect". {{استشهاد بدورية محكمة}}: Cite journal requires |journal= (مساعدة)
  30. Vladimir Mitlin (2006)، Performance Optimization of Digital Communications Systems (باللغة الإنجليزية) (ط. الأولى)، Auerbach Publications، ص. 5، ISBN 0849368960.
  31. Kleinrock, L.؛ Lam (أبريل 1975)، "Packet Switching in a Multiaccess Broadcast Channel: Performance Evaluation"، IEEE Transactions on Communications، IEEE، 23 (4)، doi:10.1109/TCOM.1975.1092814، ISSN 0090-6778.
  32. Tim Fisher (أغسطس 2017)، "What Is Bandwidth?"، Lifewire (باللغة الإنجليزية)، مؤرشف من الأصل في 12 يوليو 2017، اطلع عليه بتاريخ 16 أغسطس 2017.
  33. Lou Frenzel (أبريل 2012)، "What's The Difference Between Bit Rate And Baud Rate?"، Penton (باللغة الإنجليزية)، مؤرشف من الأصل في 14 أغسطس 2017، اطلع عليه بتاريخ 16 أغسطس 2017.
  34. Gregg Schudel، "Bandwidth, Packets Per Second, and Other Network Performance Metrics"، Cisco Systems, Inc. (باللغة الإنجليزية)، مؤرشف من الأصل في 15 أغسطس 2017، اطلع عليه بتاريخ 15 أغسطس 2017.
  35. Sergio Benedetto؛ Ezio Biglieri (1999)، Principles of Digital Transmission: With Wireless Applications (باللغة الإنجليزية)، Springer، ISBN 0306457539.
  36. Don H. Johnson (2006)، "Signal-to-noise ratio"، Scholarpedia (باللغة الإنجليزية)، مؤرشف من الأصل في 14 أغسطس 2017، اطلع عليه بتاريخ 15 أغسطس 2017.
  37. Jit Lim (2010)، "Is BER the bit error ratio or the bit error rate?"، AspenCore (باللغة الإنجليزية)، مؤرشف من الأصل في 14 أغسطس 2017، اطلع عليه بتاريخ 15 أغسطس 2017.
  38. James Messer، "3.11] What is propagation delay? (Ethernet Physical Layer)"، StasoSphere.com (باللغة الإنجليزية)، مؤرشف من الأصل في 28 يوليو 2017، اطلع عليه بتاريخ 15 أغسطس 2017.
  39. Demichelis؛ Chimento (نوفمبر 2002)، "RFC 3393, IP Packet Delay Variation Metric for IP Performance Metrics (IPPM)"، The Internet Society (باللغة الإنجليزية)، مؤرشف من الأصل في 11 أغسطس 2012، اطلع عليه بتاريخ 16 أغسطس2017. {{استشهاد ويب}}: تحقق من التاريخ في: |تاريخ الوصول= (مساعدة)

وصلات خارجيّة
  • بوابة اتصال عن بعد
  • بوابة رياضيات
  • بوابة علم الحاسوب
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.