قناة اتصال
في علم الاتصالات، قد يُشير مُصطلح قناة الاتصال 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.
تحتاج المُعطيات إلى وسط فيزيائيّ لتنتقل من المصدر إلى الوجهة، يُسمى هذا الوسط قناة الاتصال، وهناك نوعين من أوساط النقل: 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.
في مجال الاتصالات، يُستخدم تعبير قناة الاتصال للإشارة إلى عدّة مفاهيم. يُعتبر كل ما يلي تعريفاً لقناة الاتصال:
إنّ جميع المفاهيم السابقة تتشارك في خاصية نقل المعلومات، يتم ترميز المعلومات على شكل إشارات تنتقل في هذه القنوات.
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 أو بسبب الضجيج أو التخميد (Fading) الحاصل للإشارة أثناء انتشارها في الوسط.
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:
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.
تكون نماذج قنوات الاتصال إماّ نماذج مُستمرة بالنسبة للزمن أو نماذج مُتقطعة بالنسبة للزمن. عمليّاً، تنقل ذات النماذج القنوات المستمرة مع الزمن الإشارات التشابهيّة أما ذات النماذج المُتقطعة فتنقل الإشارات 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:
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) أو لقناة عريضة الحزمة (Broadband)، أو لنطاق حزمة التمرير (Passband). تدرس بعض النماذج التفاوت الزمنيّ (Time Variance). من أهم النماذج الخاصّة بالقناة التشابهيّة:
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. إنّ حساب معاملات جودة الخدمة (QoS) الخاصّة بنظام الاتصالات، كزمن التأخير ومُعدّل الإنتاجيّة تساعد في قياس أداء القناة.
فيما يلي أهم المُحددات المُستعملة لقياس أداء قناة الاتصال، مع الواحدات المُعتبرة لكل منها وشرح بسيط عن معنى القيمة المقاسة.