ГЛАВА 4. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ КАНАЛОВ СВЯЗИ. ПРЕОБРАЗОВАНИЕ СИГНАЛОВ В КАНАЛАХ СВЯЗИ
4.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О КАНАЛАХ СВЯЗИ
В гл. 1 канал связи определён как совокупность средств, предназначенных для передачи сигналов (сообщений) между различными точками системы связи. Под "средством" понимают и технические устройства, и линию связи — физическую среду, в которой распространяется сигнал между пунктами связи. Канал связи можно представить как последовательное соединение устройств (блоков), выполняющих различные функции в общей системе связи.
Такое объяснение применительно к дискретной системе связи показано на рис. 1.5, и при необходимости анализа отдельных её блоков схему можно детализировать. Например, можно учесть ряд устройств (реализуемых электрическими цепями), размещённых в промежуточных пунктах линии связи между передатчиком и приёмником (например, усилительную и фильтровую аппаратуру вдоль линий дальней проводной связи или ретрансляторы радиорелейных линий связи).
В данном курсе не рассматриваются вопросы электрического сопряжения отдельных блоков, образующих канал связи. В первую очередь изучается выбор функциональных блоков канала, при котором была бы обеспечена наибольшая эффективность передачи сообщений (информации). В зависимости от решаемых задач под каналом связи можно понимать различную совокупность блоков, которая в ходе решения задачи считается заданной (см. § 1.2, рис. 1.3).
Классификация каналов связи возможна с использованием различных признаков. В зависимости от назначения систем каналы связи делят на телеграфные, фототелеграфные, телефонные, звукового вещания, передачи данных, телевизионные, телеметрические, смешанные и т.п. В зависимости от того, распространяются ли сигналы между пунктами связи в свободном пространстве или по направляющим линиям выделяют каналы радио- (в частности, космические каналы) и проводной связи (воздушные, кабельные, волоконно-оптические линии связи, волноводные СВЧ тракты и т.п.) В зависимости от характера связи между сигналами на входе и выходе канала различают каналы (звенья, цепи) линейные и нелинейные.
Различают каналы чисто временные (с сосредоточенными параметрами), в которых сигналы на входе и выходе описываются функциями одного скалярного параметра (времени t), и пространственно-временные каналы (с распределёнными параметрами), в которых сигналы на входе и (или) выходе описываются функциями более одного скалярного параметра (например, времени t и пространственных координат х, у, z). Такие сигналы называют полями.
Более существенна классификация каналов электрической связи по диапазону используемых ими частот. Так, на современных симметричных кабельных линиях связи применяют сигналы, занимающие полосы частот в диапазоне, ограниченном сверху частотой в несколько сотен килогерц. Дополнительные мероприятия по увеличению симметрии кабельных пар позволяют увеличить верхний предел используемого диапазона частот до тысячи килогерщ. Коаксиальные кабели, являющиеся основой сетей магистральной дальней связи, пропускают в настоящее время диапазон частот до сотен мегагерц. На воздушных
проводных линиях используют частоты не выше 150 кГц, так как на более высоких частотах в этих линиях сильно сказывается мешающее действие аддитивных помех и резко возрастает затухание в линии.
Радиосвязь осуществляется с помощью электромагнитных волн, распространяющихся в частично ограниченном (например, землей и ионосферой) пространстве. В настоящее время в радиосвязи применяют частоты примерно от 
до 
Гц. Этот диапазон принято в соответствии с десятичной классификацией подразделять следующим образом (см. табл. 4.1).
В таблице в скобках указаны нестандартные, но используемые названия диапазонов волн.
Таблица 4.1. (см. скан)
Диапазон децимиллиметровых волн уже вплотную подходит к диапазону инфракрасных волн. В настоящее время благодаря созданию и широкому внедрению квантовых генераторов (лазеров) освоен и диапазон световых волн (оптический диапазон). Практически в оптико-волоконных линиях связи используются частоты порядка 1014 Гц (длины волн 
Для современного этапа развития техники связи характерна тенденция к переходу на всё более высокие частоты. Это вызвано рядом причин, в частности необходимостью повышать скорость передачи сообщений, возможностью получить остронаправленное излучение при небольших размерах излучателей, меньшей интенсивностью атмосферных и многих видов промышленных помех в более высокочастотных диапазонах, возможностью применения помехоустойчивых широкополосных систем модуляции и т.п.
Для теории электрической связи большой интерес представляет классификация каналов связи по характеру сигналов на входе и выходе канала. Различают каналы:
а) непрерывные (по уровням), на входе и выходе которых сигналы непрерывны. Примером может служить канал, заданный между выходом модулятора и входом демодулятора в любой системе связи;
б) дискретные (по уровням), на входе и выходе которых сигналы дискретны. Таковы каналы, заданные между точками 
и 
на схеме рис. 1.5;
в) дискретные со стороны входа и непрерывные со стороны выхода или наоборот. Такие каналы называются дискретно-непрерывными или полунепрерывными (например, каналы, заданные между точками 
(см. рис. 1.5).
Всякий дискретный или полунепрерывный канал содержит внутри себя непрерывный канал. Следует помнить, что дискретность и непрерывность канала не связана с характером передаваемых сообщений: можно передавать дискретные сообщения по непрерывному каналу (см. гл. 5) и непрерывные сообщения по дискретному (см. гл 8). В ТЭС анализируются каналы (сигналы) с непрерывным и дискретным временем (см. гл. 10).
