Kanal (Informationstheorie)
Ein Kanal (auch Informationskanal, Übertragungskanal, Übertragungsweg oder Shannon’sches Kanalmodell[1]) ist in der Informationstheorie ein Konzept, um den Informationsverlust durch Störungen bei der Übertragung zu modellieren. Der Kanal beschränkt sich dabei nicht nur auf das Medium, über das die Übertragung erfolgt, sondern beschreibt den gesamten Übertragungsweg vom Sender zum Empfänger. Auch die Senderausgangsstufe und die Empfängereingangsstufe, sowie ggf. zwischengeschaltete Geräte, können Störungen verursachen. Das Kanalkonzept ist zentraler Bestandteil des Sender-Empfänger-Modells.
In der Praxis ist ein Kanal typischerweise ein Kupfer- oder Glasfaserkabel oder beim Mobilfunk das relativ komplexe Zusammenspiel von Sende- und Empfangseinheit, sowie allen weiteren Störungen während der Funkübertragung, z. B. Mehrwegeausbreitung, Dispersion oder Dopplereffekt.
Auch ein Speichermedium (z. B. eine Festplatte oder DVD) ist in diesem Sinne ein Kanal, da Daten an es gesendet werden (hier: geschrieben) und später wieder davon empfangen (hier: gelesen) werden können.
Allgemein werden Daten über einen Kanal übertragen, damit sie eine räumliche oder zeitliche Distanz überbrücken. Eine räumliche Übertragung wäre z. B. eine Netzwerkverbindung (das Herunterladen einer Internetseite), eine zeitliche Übertragung z. B. eine Videoaufzeichnung auf einer DVD.
Die Theorie der Kanalkodierung beschäftigt sich damit, wie Informationen, trotz Störungen durch den Kanal, korrekt übertragen werden können.
Das Verhältnis von Störsignal zu Nutzsignal bezeichnet man als Signal-Rausch-Verhältnis. Ein Kanal hat eine bestimmte Kapazität, die die maximale Datenrate bestimmt.
Typen von Kanälen
Man unterscheidet zwischen verschiedenen Typen von Kanälen. Ein Kanal heißt
- deterministisch, falls keine Fehler durch Störung der Übertragung hinzukommen.
- gedächtnislos, wenn der Ausgangswert nur vom aktuellen Eingangswert, nicht aber vorangegangenen (oder gar zukünftigen) abhängt.
- störungsfrei, falls der Kanal sowohl verlustfrei als auch deterministisch ist.
- symmetrisch, falls alle Möglichkeiten zur Verfälschung von Daten durch Störungen gleich häufig auftreten.
- verlustfrei, falls keine Informationen bei der Übertragung verloren gehen.
Störungsfreie Kanäle existieren praktisch nicht. Durch geeignete Kanalkodierungsverfahren kann die Störung jedoch minimiert werden, bei entsprechendem Aufwand bis hin zur praktischen Störungsfreiheit.
Einzelnachweise
- ↑ Claude Elwood Shannon: A Mathematical Theory of Communication. In: Bell System Technical Journal. Short Hills N.J. 27.1948, (Juli, Oktober), S. 379–423, 623–656. ISSN 0005-8580