Clasificación de canales de comunicación

Como se sabe, el canal es definido como el único camino por el cual se va a transmitir una señal específica, ya sea en una sola dirección o en ambas direcciones.

Con la gran variedad de posibilidades en el modelado y estudio del canal, es difícil definir un parámetro de carácter general aplicable a cualquiera de los modos de transmisión conocidos.

En efecto, el modo de transmisión utilizado en el sistema determina, en gran medida, las perturbaciones que experimentará la señal transmitida a través del canal.

2.2.1 Canales discretos sin memoria

En el modelo del canal discreto, la atención se concentra en los símbolos de

entrada, los símbolos de salida y el conjunto de probabilidades condicionales relativas al mismo modelo de canal.

Un factor importante, es la transición de probabilidades que contiene el canal y puede ser conocida sabiendo las características del canal y la estructura del receptor.

Se sabe que un canal discreto sin memoria es un modelo estadístico que tiene

como entrada un alfabeto finito de símbolos (E.g. ) y genera como

respuesta otro alfabeto finito de símbolos (E.g. ).

En un canal discreto sin memoria, un símbolo de salida actual dependerá solo de

un símbolo de entrada actual y no de entradas previas.

Un canal discreto sin memoria (DMC) es un modelo eficiente de las comunicaciones entre el modulador de forma de onda y la salida del demodulador. Un canal DMC incluye los efectos de la distorsión de la señal. Usando la salida de un canal DMC los decodificadores de canal intentan la reconstrucción de la secuencia origina de salida de la fuente.

El buen diseño de un sistema codificador/decodificador será capaz de corregir algunos de los errores de transmisión.

El ejemplo más común de modelado de canal es el canal binario simétrico sin memoria. En este canal se asume que tanto como la entrada y la salida del canal son binarios (0 y 1) y subsecuentemente los símbolos de salida dependen solamente de los símbolos de entrada.

En la figura 2.9 una descripción gráfica del proceso en un canal binario simétrico sin memoria:

Figura 2.9 Modelos de canales binarios sin memoria: a) Canal simétrico binario, b) Variante de canal simétrico binario, c) Canal BEC (Binary Erasure Channel)

En los modelos presentados en la imagen 2.9, la ocurrencia de error es considerada como la adición del símbolo de entrada con un error o .

2.2.2 Canales discretos con memoria

Ya que se habla de los canales con memoria donde la ocurrencia de error en un intervalo de símbolo particular no afecta la ocurrencia de error en símbolos posteriores, cabe destacar que en muchos canales, los errores no ocurren como eventos independientes. Estos canales se conocen como canales discretos con memoria. En ellos, el ruido impulsivo predomina sobre el ruido Gaussiano y los

errores ocurren en largas ráfagas infrecuentes. Debido al fenómeno físico tan complejo presentado en este proceso, la caracterización detallada de los canales con memoria es muy difícil. Canales telefónicos que son afectados por conmutaciones transitorias y enlaces de radio de microondas que son sometidos a desvanecimiento son ejemplos de canales con memoria.

2.2.3 Canales continuos

La fracción comprendida entre los puntos d y f del canal de comunicación

presentado en la figura 2.1, llamado proceso de modulación de canal, es analógica

o de naturaleza continua. En esa porción de canal, las señales de salidas son funciones continuas en el tiempo, y la función del canal es producir a su salida la forma de onda eléctrica presentada a su entrada. Un canal real logra esto solo de manera aproximada. Primero, el canal modifica la forma de onda de una manera determinística, y su efecto puede ser modelado adecuadamente tratando el canal

manera aleatoria, debido a ruido aditivo y multiplicativo. Generalmente los modelos del ruido se consideran aditivos, ya que los modelos multiplicativos de ruido tienen menor ocurrencia en la realidad. El ruido aditivo puede ser Gaussiano o impulsivo en su naturaleza. El ruido Gaussiano incluye ruido térmico y de disparo generado por el equipo y la radiación captada por la antena receptora. De acuerdo con el teorema de límite central, el ruido que resulta de los efectos sumados de varias fuentes suele tener una distribución Gaussiana. Debido a esta omnipresencia, el ruido Gaussiano es el más utilizado para la caracterización de la fracción análoga del canal de comunicación. Las técnicas de modulación y demodulación se diseñaron con el objetivo primario reducir los efectos del ruido Gaussiano.

El ruido impulsivo también es encontrado en el canal. El ruido impulsivo es caracterizado por largos intervalos seguidos de ráfagas de pulsos de ruido de gran amplitud. Este tipo de ruido es debido a conmutaciones transitorias, descargas, y golpes accidentales durante los trabajos de mantenimiento y así sucesivamente. La caracterización del ruido impulsivo es mucho más difícil que la caracterización del ruido Gaussiano. A demás, las técnicas analógicas de modulación no son tan adecuadas como los métodos digitales de codificación al momento de enfrentarse al fenómeno del ruido impulsivo. Por esas razones, los efectos del ruido impulsivo son a menudo incluidos la fracción discreta del canal, y solo el ruido Gaussiano es incluido en la fracción analógica del canal.

La porción analógica del canal puede ser modelada como se describe en la figura 2.10:

Imagen 2.10 Fracción analógica del canal de comunicaciones.

La entrada analógica al canal es un proceso aleatorio que consiste en una colección de todas las señales producidas por el modulador. El ruido aditivo a la salida del canal se considera ruido blanco Gaussiano limitado en banda con media cero . La capacidad de esta porción del canal se encontrará maximizando la tasa de transmisión de información con respecto a la distribución de .

El concepto de canal continuo es de gran utilidad para el entendimiento del uso de canales reales.