संचार चैनल

संचार चैनलों का समर्थन करने वाले विभिन्न प्रकार के भौतिक संचरण मीडिया

संचार चैनल या एक भौतिक संचरण माध्यम जैसे तार या बहुसंकेतन माध्यम जैसे कि दूरसंचार और कंप्यूटर नेटवर्क में रेडियो चैनल पर संपर्क-उन्मुख संचार को संदर्भित करता है। चैनल का उपयोग सूचना हस्तांतरण के लिए किया जाता है, उदाहरण- डिजिटल बिट स्ट्रीम, एक या कई प्रेषकों से एक या कई प्राप्तिकर्ताओं तक सूचना प्रसारित करने के लिए चैनल की एक निश्चित क्षमता होती है, जिसे अक्सर हर्ट्ज में इसकीबैंडविड्थ (सिग्नल प्रोसेसिंग) या प्रति सेकंड बिट्स में इसकी डेटा दर से मापा जाता है।

दूरी होने पर सूचना संकेत को संप्रेषित करने के लिए किसी प्रकार के मार्ग या माध्यम की आवश्यकता होती है जिसे संचार चैनल कहा जाता है, ये दो प्रकार के माध्यम का उपयोग करते हैं: संचरण रेखा (जैसे कि मुड़ी हुई-जोड़ी, समाक्षीय और फाइबर ऑप्टिक केबल) और प्रसारण (जैसे माइक्रोवेव संचरण, उपग्रह, रेडियो और अवरक्त)।

सूचना सिद्धांत में, चैनल कुछ त्रुटि विशेषताओं के साथ एक सैद्धांतिक चैनल प्रतिरूप को संदर्भित करता है। इस सामान्य दृश्य में भंडारण युक्ति भी एक संचार चैनल है, जिसे (लिखित) भेजा जा सकता है और (पढ़ने) से प्राप्त किया जा सकता है और समय के साथ सूचना संकेत के संचार की अनुमति देता है।

उदाहरण

संचार चैनलों के उदाहरणों में सम्मिलित हैं:

1. दूरसंचार परिपथ के संचार समापन बिंदुओं को आरंभ करने और समाप्त करने के बीच एक संबंध।
2. संचरण माध्यम द्वारा प्रदान किया गया एक मार्ग
   • भौतिक पृथक्करण, जैसे कि बहुसमरूप बिजली की तार (केबल) या
   • पृथक्करण, जैसे कि आवृत्ति-विभाजन या समय विभाजन बहुसंकेतन।
3. विद्युत या विद्युत चुम्बकीय संकेतों को व्यक्त करने के लिए एक मार्ग, प्रायः अन्य समानांतर पथों से भिन्न होता है।
   • एक डेटा भंडारण उपकरण जो समय के साथ संदेश भेज सकता है।
   • भंडारण माध्यम का वह भाग, जैसे कि ट्रैक (डिस्क ड्राइव) या बैंड जो किसी दिए गए पढ़ने या लिखने की स्थिति या प्रमुख के लिए सुलभ है।
   • एक अंतर्रोधी जिससे संदेश डाला और प्राप्त किया जा सकता है।
4. संचार प्रणाली में, भौतिक या तार्किक शृंखला जो डेटा स्रोत को डेटा सिंक से जोड़ता है।
5. एक विशिष्ट रेडियो आवृत्ति, जोड़ी या आवृत्तियों का गिरोह जिसे प्रायः एक अक्षर, संख्या या कोडवर्ड के साथ नामित किया जाता है और अक्सर अंतर्राष्ट्रीय समझौते द्वारा आवंटित किया जाता है, उदाहरण के लिए:
   • समुद्री वीएचएफ रेडियो दो-तरफ़ा एफएम स्वर संचार के लिए वीएचएफ गिरोह में कुछ 88 चैनलों का उपयोग करता है। उदाहरण के लिए चैनल 16 VHF, 156.800 मेगाहर्ट्ज है। अमेरिका में सात अतिरिक्त चैनल WX1 - WX7 मौसम प्रसारण के लिए आवंटित किए गए हैं।
   • टेलीविजन चैनल जैसे कि उत्तर अमेरिकी टीवी चैनल 2 पर 55.25 मेगाहर्ट्ज, चैनल 13 पर 211.25 मेगाहर्ट्ज प्रत्येक चैनल 6 मेगाहर्ट्ज चौड़ा है। यह पुराने अनुरूप टेलीविजन संकेतों द्वारा आवश्यक बैंडविड्थ पर आधारित था। 2006 के बाद से टेलीविजन प्रसारण डिजिटल मॉड्यूलेशन (अंकीय मॉडयूलन) में बदल गया है, जो बहुत छोटे बैंडविड्थ में टेलीविजन संकेत को प्रसारित करने के लिए छवि संपीड़न का उपयोग करता है इसलिए इनमें से प्रत्येक भौतिक चैनलों को एक डीटीवी चैनल को ले जाने वाले प्रत्येक आभासी चैनलों में विभाजित किया गया है।
   • मूल वाई-फाई 5 मेगाहर्ट्ज चरणों में 2412 मेगाहर्ट्ज से 2484 मेगाहर्ट्ज तक आईएसएम बैंड में 13 चैनलों का उपयोग करता है।
   • एक अव्यवसायी रेडियो पुनरावर्तक और एक अव्यवसायी रेडियो प्रचालक के बीच रेडियो चैनल अक्सर 600 किलोहर्ट्ज़ (0.6 मेगाहर्ट्ज) के अलावा भी दो आवृत्तियों का उपयोग करता है। उदाहरण, एक पुनरावर्तक जो 146.94 मेगाहर्ट्ज पर प्रसारित होता है प्राय: 146.34 मेगाहर्ट्ज पर प्रसारित होने वाले हैम के लिए माना जाता है।

ये सभी संचार चैनल उस संपत्ति को साझा करते हैं जिससे वे सूचना स्थानांतरित करते हैं। सूचना एक संकेत द्वारा चैनल के माध्यम से ले जाया जाता है।

चैनल प्रतिरूप (मॉडल)

चैनल एक गणितीय प्रतिरूप (मॉडल) का वर्णन करने के लिए बनाया जा सकता है जिसमें इनपुट (संचारित संकेत) को आउटपुट (प्राप्त संकेत) के लिए मानचित्र (मैप) किया जाता है। संचार क्षेत्र के लिए विशिष्ट चैनल मॉडल के कई प्रकार और उपयोग प्रस्तुत हैं। विशेष रूप से, संचार प्रणाली के प्रत्येक परत का वर्णन करने के लिए अलग-अलग प्रतिरूप तैयार किए जाते हैं।

प्रेषित संकेत को संशोधित करने वाली भौतिक प्रक्रियाओं की गणना करने की कोशिश करके एक चैनल को भौतिक रूप से तैयार किया जा सकता हैं। उदाहरण के लिए, वायरलेस संचार में, चैनल को पर्यावरण में प्रत्येक वस्तु के प्रतिबिंब की गणना करके चैनल को तैयार किया जा सकता है। प्राप्तिकर्ता में बाहरी हस्तक्षेप या इलेक्ट्रॉनिक शोर का अनुकरण करने के लिए यादृच्छिक संख्याओं का एक क्रम भी जोड़ा जा सकता है।

सांख्यिकीय रूप से, संचार चैनल को प्राय: एक ट्रिपल के रूप में तैयार किया जाता है जिसमें एक इनपुट वर्णमाला, एक आउटपुट वर्णमाला और इनपुट और आउटपुट तत्वों की प्रत्येक जोड़ी (i, o) के लिए, एक संक्रमण संभावना P (i, O) होती है। शब्दार्थ रूप से, संक्रमण प्रायिकता इस बात की प्रायिकता है कि i चैनल पर प्रसारित होने पर प्रतीक o प्राप्त हुआ है।

सांख्यिकीय और भौतिक प्रतिरूपण को एक साथ जोड़ा जा सकता है। उदाहरण के लिए, वायरलेस संचार में चैनल को अक्सर संचरित संकेतों के एक यादृच्छिक क्षीणन (जिसे फेडिंग के रूप में जाना जाता है) द्वारा तैयार किया जाता है, जिससे योगात्मक शोर होता है। क्षीणन शब्द अंतर्निहित भौतिक प्रक्रियाओं का एक सरलीकरण है और संचरण के दौरान संकेतिक शक्ति में परिवर्तन को दर्शाता है। मॉडल के शोर को प्राप्तिकर्ता में बाहरी हस्तक्षेप या इलेक्ट्रॉनिक शोर को दर्शाता है। यदि क्षीणन शब्द जटिल है, तो यह चैनल के माध्यम से प्राप्त होने वाले संकेत के सापेक्ष समय का भी वर्णन करता है। यादृच्छिक क्षीणन के सांख्यिकीय गुण पिछले माप या भौतिक सतत तंत्र (सिमुलेशन) द्वारा तय किए जाते हैं।

चैनल मॉडल निरंतर चैनल मॉडल हो सकते हैं जिसमें इसकी कोई सीमा नहीं है कि उनके मूल्यों को कितने उचित रूप से परिभाषित किया जा सकता है।

असतत-वर्णमाला पतिस्थिति (सेटिंग) में संचार चैनलों का भी अध्ययन किया जाता है। यह एक वास्तविक दुनिया की संचार प्रणाली को अमूर्त करने से मेल खाता है जिसमें एनालॉग → डिजिटल और डिजिटल → एनालॉग खंड की रचनाओं के नियंत्रण से बाहर हैं। गणितीय मॉडल में एक संक्रमण संभाव्यता होती है जो चैनल निविष्ट के प्रत्येक संभावित अनुक्रम के लिए आउटपुट वितरण निर्दिष्ट करती है। सूचना सिद्धांत में, स्मृतिहीन चैनलों के साथ प्रारम्भ करना आम है जिसमें आउटपुट संभाव्यता वितरण केवल वर्तमान चैनल निविष्ट पर निर्भर करता है।

एक चैनल मॉडल या तो डिजिटल (निर्धारित मात्रा , जैसे बाइनरी) या एनालॉग हो सकता है।

डिजिटल चैनल मॉडल

डिजिटल चैनल मॉडल में, प्रेषित संदेश को एक निश्चित प्रोटोकॉल परत पर डिजिटल संकेत (इलेक्ट्रॉनिक्स) के रूप में तैयार किया गया है। अंतर्निहित प्रोटोकॉल परतें, जैसे कि भौतिक परत संचरण तकनीक को सरलीकृत मॉडल द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है। मॉडल चैनल प्रदर्शन उपायों जैसे कि बिट दर, बिट त्रुटियां, विलंबता (इंजीनियरिंग) नेटवर्क विलंब, विलंबित जिटर उपायों को प्रतिबिंबित कर सकता है। डिजिटल चैनल मॉडल के उदाहरण हैं:

• बाइनरी सिमेट्रिक चैनल (BSC), एक असतत मेमोरीलेस चैनल जिसमें निश्चित बिट त्रुटि संभावना होती हैं।
• बाइनरी बर्स्टी बिट एरर चैनल मॉडल, "मेमोरी के साथ" वाला एक चैनल
• बाइनरी इरेज़र चैनल (BEC), निश्चित बिट त्रुटि का पता लगाने (इरेज़र) प्रायिकता वाला एक असतत चैनल
• पैकेट इरेज़र चैनल , जहां पैकेट एक निश्चित पैकेट हानि संभावना या पैकेट त्रुटि दर के साथ खो जाते हैं
• आरबिटरेरी वर्यिंग चैनल (AVC), जहां चैनल का व्यवहार और स्थिति बेतरतीब ढंग से बदल सकती है
• जेड-चैनल (सूचना सिद्धांत) (बाइनरी असममित चैनल), जहां प्रत्येक 0 बिट को सही ढंग से प्रेषित किया जाता है, लेकिन प्रत्येक 1 बिट में 0 के रूप में गलत तरीके से प्रेषित होने की संभावना होती है।

एनालॉग चैनल मॉडल

एनालॉग चैनल मॉडल में, प्रेषित संदेश को एनालॉग संकेत के रूप में प्रतिरूपित किया जाता है। मॉडल रैखिक या गैर-रैखिक, निरंतर संकेत हो सकता है। समय-निरंतर या समय-असतत (नमूना), स्मृतिहीनता या गतिशील (जिसके परिणामस्वरूप फट त्रुटियां होती हैं) समय-अपरिवर्तनीय या समय-भिन्न (जिसके परिणामस्वरूप फट त्रुटियां भी होती हैं) बेसबैंड, पासबैंड (आरएफ सिग्नल मॉडल), वास्तविक-मूल्यवान या जटिल-मूल्यवान सिग्नल मॉडल निम्नलिखित चैनल हानियों को दर्शा सकता है:

• इलेक्ट्रॉनिक शोर मॉडल, उदाहरण के लिए
  • एडिटिव व्हाइट गॉसियन नॉइज़ (AWGN) चैनल, एक रैखिक निरंतर मेमोरीलेस मॉडल
  • फेज शोर मॉडल
• हस्तक्षेप (संचार) मॉडल, उदाहरण के लिए क्रॉसस्टॉक ( सह-चैनल हस्तक्षेप) और इंटरसिम्बोल इंटरफेरेंस (आईएसआई)
• विरूपण मॉडल, उदाहरण के लिए गैर-रैखिक चैनल मॉडल जिसके कारण इंटरमोड्यूलेशन विरूपण (IMD) होता है
• आवृत्ति प्रतिक्रिया मॉडल, जिसमें क्षीणन और फेज-शिफ्ट सम्मिलित है
• समूह विलंब मॉडल
• अंतर्निहित भौतिक परत संचरण (दूरसंचार) तकनीकों की मॉडलिंग, उदाहरण के लिए मॉड्यूलेशन और आवृत्ति प्रतिक्रिया का एक जटिल मल्यवान समकक्ष बेसबैंड मॉडल
• रेडियो आवृत्ति प्रसार मॉडल, उदाहरण के लिए
  • लॉग-डिस्टेंस पाथ लॉस मॉडल
  • फेडिंग मॉडल, उदाहरण के लिए रेले फेडिंग, राइसन फेडिंग, लॉग-नॉर्मल शैडो फेडिंग और आवृत्ति चयनात्मक (डिस्पर्सिव) फेडिंग होती हैं
  • डॉपलर शिफ्ट मॉडल, जो समय-भिन्न प्रणाली में फेडिंग परिणामों के साथ संयुक्त है
  • रे ट्रेसिंग (भौतिकी) मॉडल, जो निर्दिष्ट ट्रांसमीटर-रिसीवर ज्यामिति के प्रकार और एंटेना के लिए संकेत प्रसारित और विकृतियों को मॉडल करने का प्रयास करते हैं
  • प्रसार ग्राफ मॉडल एक ग्राफ द्वारा रेडियो प्रसार वातावरण का प्रतिनिधित्व करके संकेत फैलाव करता है।
  • गतिशीलता मॉडल, जो एक समय-भिन्न प्रणाली का भी कारण बनता है

प्रकार

• डिजिटल (असतत) या एनालॉग (निरंतर) चैनल
• ट्रांसमिशन माध्यम, उदाहरण के लिए एक फाइबर चैनल
• मल्टीप्लेक्स चैनल
• कंप्यूटर नेटवर्क आभासी (वर्चुअल) चैनल
• सिंप्लेक्स संचार, द्वैध संचार या आधा द्वैध संचार चैनल
• रिटरन चैनल
• अपलिंक या डाउनलिंक (अपस्ट्रीम या डाउनस्ट्रीम चैनल)
• ब्रॉडकास्ट चैनल, यूनिकास्ट चैनल या मल्टीकास्ट चैनल

चैनल प्रदर्शन उपाय

ये सामान्य रूप से प्रयुक्त चैनल क्षमता और प्रदर्शन उपायों के उदाहरण हैं:

• स्पेक्ट्रल बैंडविड्थ हर्ट्ज में
• बॉड, पल्स/एस या सिंबल/एस में सिंबल रेट
• डिजिटल बैंडविड्थ बिट/एस उपाय: गेरास बिट दर (सिग्नलिंग दर), नेट बिट दर (सूचना दर), चैनल क्षमता और अधिकतम थ्रूपुट
• चैनल उपयोगिता
• लिंक वर्णक्रमीय दक्षता
• सिग्नल-टू-शोर अनुपात उपाय: सिग्नल-टू-इंटरफेरेंस अनुपात, ईबी/नो, कैरियर-टू-इंटरफेरेंस अनुपात डेसिबल में
• बिट एरर रेट (BER ), पैकेट-एरर रेट (PER)
• सेकंड में
• विलंबता (लेटेंसी) : प्रसार समय, संचारण समय
• डिले जिटर

मल्टी-टर्मिनल चैनल, सेलुलर सिस्टम के लिए आवेदन के साथ

नेटवर्क टोपोलॉजी भी देखें

नेटवर्क में, पॉइंट-टू-पॉइंट संचार के विपरीत संचार मीडिया को कई संचार समापन बिंदु (टर्मिनलों) के बीच साझा किया जाता है। संचार के प्रकार के आधार पर, विभिन्न टर्मिनल एक दूसरे पर सहयोग या हस्तक्षेप कर सकते हैं। सामान्य तौर पर, किसी भी जटिल बहु-टर्मिनल नेटवर्क को सरलीकृत बहु-टर्मिनल चैनलों के संयोजन के रूप में माना जा सकता है। निम्नलिखित चैनल प्रमुख बहु-टर्मिनल चैनल हैं जिन्हें सबसे पहले सूचना सिद्धांत के क्षेत्र में प्रस्तुत किया गया था:

• पॉइंट-टू-मल्टीपॉइंट चैनल, जिसे प्रसारण माध्यम के रूप में भी जाना जाता है (प्रसारण चैनल के साथ भ्रमित नहीं होना चाहिए): इस चैनल में, एक प्रेषक विभिन्न गंतव्य नोड्स में कई संदेशों को प्रसारित करता है। रेडियो लिंक को छोड़कर सभी वायरलेस चैनलों को प्रसारण मीडिया के रूप में माना जा सकता है लेकिन हमेशा प्रसारण सेवा प्रदान नहीं कर सकता है। यदि केवल एक सेल पर विचार किया जाता है और इंटर-सेल सह-चैनल हस्तक्षेप की उपेक्षा की जाती है, तो सेलुलर सिस्टम की डाउनलिंक को पॉइंट-टू-मल्टीपॉइंट चैनल के रूप में माना जा सकता है। हालांकि, फोन कॉल की संचार सेवा एक तरफा (यूनिकास्टिंग) है।
• मल्टीपल एक्सेस चैनल: इस चैनल में, कई प्रेषक साझा भौतिक माध्यम से एक या कई गंतव्य नोड्स पर कई संभावित विभिन्न संदेशों को प्रसारित करते हैं। इसके लिए एक चैनल एक्सेस स्कीम की आवश्यकता होती है, जिसमें एक मल्टीप्लेक्सिंग स्कीम के साथ संयुक्त मीडिया एक्सेस कंट्रोल (MAC) प्रोटोकॉल सम्मिलित है। इस चैनल मॉडल में सेलुलर नेटवर्क के अपलिंक में अनुप्रयोग हैं।
• रिले चैनल : इस चैनल में, एक या कई इंटरमीडिएट नोड्स (जिसे रिले, रिपीटर या गैप फिलर नोड्स कहा जाता है) एक अंतिम गंतव्य नोड को संदेश भेजने के लिए एक प्रेषक के साथ सहयोग करते हैं। रिले नोड्स को आगामी सेलुलर मानकों जैसे 3GPP लॉन्ग टर्म इवोल्यूशन (LTE) में संभावित ऐड-ऑन के रूप में माना जाता है।
• इंटरफेरेंस चैनल : इस चैनल में, दो अलग-अलग प्रेषक अपने डेटा को अलग-अलग गंतव्य नोड्स में प्रसारित करते हैं इसलिए अलग-अलग प्रेषकों के पास एक दूसरे के संकेत पर संभावित क्रॉसस्टॉक या सह-चैनल हस्तक्षेप हो सकता हैं। सेलुलर वायरलेस संचार में अंतर-सेल हस्तक्षेप, हस्तक्षेप चैनल का एक उदाहरण है। 3 जी जैसे स्प्रेड स्पेक्ट्रम सिस्टम में, अगर गैर-ऑर्थोगोनल कोड का उपयोग किया जाता है तो सेल के अंदर भी हस्तक्षेप होता है।
• यूनिकस्ट चैनल एक चैनल है जो यूनिकस्ट सेवा प्रदान करता है, अर्थात जो एक विशिष्ट उपयोगकर्ता को संबोधित डेटा भेजता है। स्थापित फोन कॉल एक उदाहरण है।
• प्रसारण चैनल एक चैनल है जो प्रसारण सेवा प्रदान करता है, अर्थात जो नेटवर्क में सभी उपयोगकर्ताओं को संबोधित डेटा भेजता है। पेजिंग सेवा के साथ-साथ मल्टीमीडिया प्रसारण मल्टीकास्ट सेवा सेलुलर नेटवर्क के उदाहरण हैं।
• मल्टीकास्ट चैनल एक चैनल है जहां डेटा स्वीकार करने वाले उपयोगकर्ताओं के समूह को संबोधित किया जाता है। LTE उदाहरण भौतिक मल्टीकास्ट चैनल (PMCH) और मल्टीकास्ट ब्रॉडकास्ट सिंगल फ्रीक्वेंसी नेटवर्क (MBSFN) हैं।

ऊपर दिए गए 4 बुनियादी बहु-टर्मिनल चैनलों मे से, मल्टीपल एक्सेस चैनल एकमात्र ऐसा है जिसकी क्षमता क्षेत्र ज्ञात है। यहां तक कि गाऊसी परिदृश्य के विशेष मामले के लिए भी प्रसारण चैनल को छोड़कर अन्य 3 चैनलों की क्षमता क्षेत्र सामान्य रूप से अज्ञात है।

यह भी देखें

• चैनल क्षमता
• चैनल एक्सेस विधि
• ट्रैफिक उत्पादन मॉडल

संदर्भ

• C. E. Shannon, A mathematical theory of communication, Bell System Technical Journal, vol. 27, pp. 379–423 and 623–656, (July and October, 1948)
• Amin Shokrollahi, LDPC Codes: An Introduction Archived 2017-05-17 at the Wayback Machine