Komunikačný kanál
Komunikačný kanál

Typický komunikačný systém obsahuje vysielací systém (vysielač), prijímací systém (prijímač) a prenosové cestu, čo v súhrne tvorí telekomunikačný kanál. Telekomunikačný kanál potom predstavuje súbor technických prostriedkov umožňujúcich iba jednosmerný prenos signálu medzi dvoma miestami bez ohľadu na druh použitých prostriedkov.

Telekomunikační okruh tvorí pár vzájomne priradených protismerných kanálov umožňujúci protismernú komunikáciu. Protismerná komunikácia môže byť buď simplexná (prenos signálu okruhom striedavo v jednom či druhom smere) alebo duplexná (prenos signálu okruhom súčasne v oboch smeroch).

Vzhľadom na signál prenášaný kanálom rozlišujeme dva druhy komunikačných systémov: analógový a digitálny. V nasledujúcej časti budú opísané oba systémy a ich základné funkčné bloky.

## Analógový komunikačný kanál

Analógová komunikácia je spôsob prenášania dát, ktorý využíva spojitý signál na prenos údajov ako reč, obraz, video, atď.

Analógový prenos je jednoduchší ako digitálny a umožňuje prenášať informácie od jedného bodu k jednému alebo viacerým bodom. Na prenos dát analógovými signálmi sa využíva proces modulácie. Preto je nutné, aby vysielač aj prijímač mali kompatibilné zariadenia – vhodný modulátor na strane vysielača a demodulátor na strane prijímača.

Zariadenie, ktoré sa používa na vysielanie aj prijímanie signálu, obsahuje v sebe modulátor aj demodulátor a nazýva sa MODEM (MOdulator+DEModulator).

Analógové obvody nezahŕňajú v sebe kvantizáciu informácie ako digitálne obvody, z čoho plynie ich veľká nevýhoda náhodných obmien chýb a poškodenie (degradácie) signálu, ktoré nevieme opraviť. Výsledkom je veľké zašumenie zvuku alebo videa. Platí, čím väčšia vzdialenosť, tým väčšie zašumenie.

## Digitálny komunikačný kanál

Vysielač

Aj keď je to číslicový komunikačný systém, je schopný spracovať aj analógový signál (napríklad hlas), ktorý je analógovo-čislicovým prevodníkom (analog-digital convertor, ADC) konvertovaný do číslicového tvaru. V tomto analógovo-čislicovom prevodníku prebieha proces digitalizácie signálu. Detailný postup je vysvetlený v kapitole Digitalizácia analógového signálu.

Ďalším blokom, ktorý už pracuje s digitálnym signálom je zdrojový kóder, ktorého všeobecnou vlastnosťou je, že efektívne konvertuje každý diskrétny symbol do vhodnej číslicovej reprezentácie (zvyčajne binárnej). Je nutné poznamenať, že v praxi obvykle býva proces prvotného priradenia číslicovej reprezentácie súčasťou ADC prevodníka. Digitálna správa vo väčšine prípadov obsahuje redundanciu (nadbytočnosť).

Principiálnou vlastnosťou zdrojového kódera je, že odstraňuje redundanciu. Efektívnejší kóder účinnejšie odstraňuje redundanciu, čo v konečnom dôsledku vedie k menšiemu počtu bitov (binárnych číslic, „0“ a „1“) potrebných pre prenos informácie. Ako príklad odstránenia nadbytočnosti možno uviesť: „a tak ďalej“, v písanom texte sa často používa „atď.“.

V niektorých systémoch, ktoré nedisponujú funkciou kanálového kódovania, je priamo výstup zdrojového kódera transformovaný do tvaru, ktorý je vhodný pre prenos kanálom. Ako bolo uvedené pri zdrojovom kóderi, jeho úlohou je redukovať nadbytočnosť v digitálnom signáli. Naopak je to pri kanálovom kódovaní, ktorého úlohou je pridať nadbytočnosť, ktorá slúži na detekciu a opravu chýb. Bez redundantnej informácie by nebolo možné zistiť a odstrániť chyby spôsobené šumom a interferenciou. Najjednoduchšie formy redundancie sú opakovanie a parita.

Posledným zariadením na strane vysielača je modulátor.

V prípade digitálnej modulácie, analógový nosný signál je modulovaný diskrétnym signálom.

Druh použitej modulácie závisí od druhu kanála a prenášaných dát. Niektoré modulátory sú určené pre zašumené kanály (ako rádio alebo WIFI), niektoré sú určené pre kanály s minimálnym rušením (ako optické káble).

Prijímač

V prijímači sa realizujú inverzné operácie k operáciám vysielača. Veľmi dôležitou úlohou v návrhu a optimalizácii digitálneho komunikačného systému je minimalizovať chyby pri prenose.

V prijatom signáli sa zvyčajne vyskytujú chyby zapríčinené šumom kanála a tieto chyby musia byť opravené na strane prijímača. Toto je úlohou demodulátora, ktorý mení numerické hodnoty na hodnoty signálu (napr. číslo 1 zodpovedá hodnote signálu 5, kde 5 môže byť ampér, volt, atď.). Podľa toho, ako sú prenášané parametre (amplitúda, fáza a frekvencia) v nosnom signáli, sa vyberie spôsob demodulácie. Ak je signál modulovaný lineárnou moduláciou ako AM, použije sa synchrónny detektor. V prípade uhlovej modulácie je potrebné použiť FM demodulátor alebo PM demodulátor. Tieto demodulátory sú realizované rôznymi elektrickými obvodmi.

Poslaním kanálového dekodéra je na výstupe rekonštruovať v čo najpresnejšom tvare výstup zdrojového kódera vysielača. V praxi sa vždy vyskytnú chyby v prenášanom signáli. Redundantná informácia pridaná kanálovým kóderom vysielača mu umožňuje korigovať tieto chyby vnesené kanálom a demodulátorom (čo nie je možné pri analógovom prenose).

Zdrojový dekodér realizuje presne inverznú funkciu ako vykonával zdrojový kóder vysielača, to znamená, že pridáva predtým odstránenú redundanciu. V prípade, ak výstup má zostať digitálny, potom výstup zo zdrojového dekodéra je výstupom celého prijímača.

Ak je potrebný analógový výstup (napr. reč) údaje zo zdrojového dekodéra postupujú do číslicovo-analógového prevodníka (digital-analog convertor, DAC). Číslicovo-analógový prevodník v súlade s teóriou vzorkovania rekonštruuje pôvodnú analógovú správu.

Obr.4.1: Bloková schéma digitálneho komunikačného systému