Ο μέσος άνθρωπος δεν σκέφτεται τη φύση των σημάτων, αλλά μερικές φορές σκέφτεται τη διαφορά μεταξύ αναλογικής και ψηφιακής μετάδοσης ή μορφών. Από προεπιλογή, πιστεύεται ότι οι αναλογικές τεχνολογίες αποτελούν παρελθόν και σύντομα θα αντικατασταθούν πλήρως από τις ψηφιακές. Αξίζει να γνωρίζουμε τι εγκαταλείπουμε υπέρ των νέων τάσεων.

Αναλογικό σήμα- ένα σήμα δεδομένων που περιγράφεται από συνεχείς συναρτήσεις του χρόνου, δηλαδή, το πλάτος των ταλαντώσεων του μπορεί να λάβει οποιαδήποτε τιμή εντός του μέγιστου.

Ψηφιακό σήμα- ένα σήμα δεδομένων που περιγράφεται από διακριτές συναρτήσεις του χρόνου, δηλαδή, το πλάτος των ταλαντώσεων παίρνει μόνο αυστηρά καθορισμένες τιμές.

Στην πράξη, αυτό μας επιτρέπει να πούμε ότι ένα αναλογικό σήμα συνοδεύεται από μεγάλη ποσότητα θορύβου, ενώ ένα ψηφιακό σήμα το φιλτράρει με επιτυχία. Το τελευταίο είναι ικανό να επαναφέρει τα αρχικά δεδομένα. Επιπλέον, ένα συνεχές αναλογικό σήμα συχνά μεταφέρει πολλές περιττές πληροφορίες, γεγονός που οδηγεί στον πλεονασμό του - πολλά ψηφιακά σήματα μπορούν να μεταδοθούν αντί για ένα αναλογικό σήμα.

Αν μιλάμε για τηλεόραση και είναι αυτός ο τομέας που ανησυχεί τους περισσότερους καταναλωτές με τη μετάβασή του στο "ψηφιακό", τότε μπορούμε να θεωρήσουμε το αναλογικό σήμα εντελώς ξεπερασμένο. Ωστόσο, προς το παρόν, τα αναλογικά σήματα μπορούν να ληφθούν από οποιονδήποτε εξοπλισμό έχει σχεδιαστεί για αυτό το σκοπό, ενώ τα ψηφιακά σήματα απαιτούν ειδικό εξοπλισμό. Είναι αλήθεια ότι με την εξάπλωση της ψηφιακής τηλεόρασης, ολοένα και λιγότερες αναλογικές τηλεοράσεις και η ζήτηση για αυτές μειώνεται καταστροφικά.

Ένα άλλο σημαντικό χαρακτηριστικό ενός σήματος είναι η ασφάλεια. Από αυτή την άποψη, η αναλογική επιδεικνύει πλήρη ανυπεράσπιστη προστασία έναντι εξωτερικών επιρροών ή εισβολών. Η ψηφιακή κρυπτογραφείται αποδίδοντάς της έναν κωδικό από ραδιοπαλμούς, ώστε να αποκλείονται τυχόν παρεμβολές. Είναι δύσκολο να μεταδοθούν ψηφιακά σήματα σε μεγάλες αποστάσεις, επομένως χρησιμοποιείται ένα σχήμα διαμόρφωσης-αποδιαμόρφωσης.

Ιστοσελίδα συμπερασμάτων

1. Το αναλογικό σήμα είναι συνεχές, το ψηφιακό σήμα είναι διακριτό.
2. Κατά τη μετάδοση ενός αναλογικού σήματος, υπάρχει μεγαλύτερος κίνδυνος απόφραξης του καναλιού από παρεμβολές.
3. Το αναλογικό σήμα είναι περιττό.
4. Το ψηφιακό σήμα φιλτράρει το θόρυβο και αποκαθιστά τα αρχικά δεδομένα.
5. Το ψηφιακό σήμα μεταδίδεται σε κρυπτογραφημένη μορφή.
6. Μπορούν να σταλούν πολλαπλά ψηφιακά σήματα αντί για ένα αναλογικό.

Ένα άτομο μιλάει στο τηλέφωνο κάθε μέρα, παρακολουθεί διάφορα τηλεοπτικά κανάλια, ακούει μουσική και σερφάρει στο Διαδίκτυο. Όλα τα περιβάλλοντα επικοινωνιών και άλλων πληροφοριών βασίζονται στη μετάδοση σημάτων διαφόρων τύπων. Πολλοί άνθρωποι κάνουν ερωτήσεις σχετικά με το πώς διαφέρουν οι αναλογικές πληροφορίες από άλλους τύπους δεδομένων, τι είναι ένα ψηφιακό σήμα. Η απάντηση σε αυτά μπορεί να ληφθεί με την κατανόηση του ορισμού των διαφόρων ηλεκτρικών σημάτων και τη μελέτη των θεμελιωδών διαφορών τους μεταξύ τους.

Αναλογικό σήμα

Ένα αναλογικό σήμα (συνεχές) είναι ένα φυσικό σήμα πληροφοριών που έχει έναν ορισμένο αριθμό παραμέτρων που περιγράφονται από μια συνάρτηση χρόνου και ένα συνεχές σύνολο όλων των πιθανών τιμών.

Οι ανθρώπινες αισθήσεις συλλαμβάνουν όλες τις πληροφορίες από το περιβάλλον σε αναλογική μορφή. Για παράδειγμα, αν κάποιος δει ένα φορτηγό να περνά κοντά, τότε η κίνησή του παρατηρείται και αλλάζει συνεχώς. Εάν ο εγκέφαλος λάμβανε πληροφορίες για την κίνηση των οχημάτων μία φορά κάθε 15 δευτερόλεπτα, τότε οι άνθρωποι θα έπεφταν πάντα κάτω από τους τροχούς του. Ένα άτομο αξιολογεί την απόσταση αμέσως, και σε κάθε χρονική στιγμή είναι καθορισμένη και διαφορετική.

Το ίδιο συμβαίνει και με άλλες πληροφορίες - οι άνθρωποι ακούν τον ήχο και αξιολογούν την ένταση του ήχου, αξιολογούν την ποιότητα του σήματος βίντεο και άλλα παρόμοια. Αντίστοιχα, όλα τα είδη δεδομένων έχουν αναλογικό χαρακτήρα και αλλάζουν συνεχώς.

Σε μια σημείωση.Τα αναλογικά και τα ψηφιακά σήματα εμπλέκονται στη μετάδοση της ομιλίας των συνομιλητών που επικοινωνούν μέσω τηλεφώνου, το Διαδίκτυο λειτουργεί με βάση την ανταλλαγή αυτών των καναλιών σήματος μέσω ενός καλωδίου δικτύου. Αυτοί οι τύποι σημάτων είναι ηλεκτρικού χαρακτήρα.

Ένα αναλογικό σήμα περιγράφεται από μια μαθηματική συνάρτηση χρόνου παρόμοια με ένα ημιτονοειδές κύμα. Εάν κάνετε μετρήσεις, για παράδειγμα, της θερμοκρασίας του νερού, το θερμαίνετε και το ψύχετε περιοδικά, τότε το γράφημα της συνάρτησης θα εμφανίσει μια συνεχή γραμμή που αντικατοπτρίζει την τιμή του σε κάθε χρονική περίοδο.

Για την αποφυγή παρεμβολών, τέτοια σήματα πρέπει να ενισχύονται χρησιμοποιώντας ειδικά μέσα και συσκευές. Εάν το επίπεδο παρεμβολής σήματος είναι υψηλό, τότε πρέπει να ενισχυθεί περισσότερο. Αυτή η διαδικασία συνοδεύεται από μεγάλες δαπάνες ενέργειας. Ένα ενισχυμένο ραδιοφωνικό σήμα, για παράδειγμα, μπορεί συχνά να γίνει παρεμβολή για άλλα κανάλια επικοινωνίας.

Ενδιαφέρον να γνωρίζεις.Τα αναλογικά σήματα χρησιμοποιούνταν στο παρελθόν σε όλους τους τύπους επικοινωνιών. Ωστόσο, τώρα αντικαθίσταται παντού ή έχει ήδη αντικατασταθεί (κινητές επικοινωνίες και Διαδίκτυο) από πιο προηγμένα ψηφιακά σήματα.

Η αναλογική και η ψηφιακή τηλεόραση εξακολουθούν να συνυπάρχουν, αλλά ο ψηφιακός τύπος τηλεοπτικής και ραδιοφωνικής μετάδοσης αντικαθιστά γρήγορα την αναλογική μέθοδο μετάδοσης δεδομένων λόγω των σημαντικών πλεονεκτημάτων της.

Για την περιγραφή αυτού του τύπου σήματος πληροφοριών, χρησιμοποιούνται τρεις κύριες παράμετροι:

• συχνότητα;
• μήκος κύματος;
• εύρος.

Μειονεκτήματα αναλογικού σήματος

Ένα αναλογικό σήμα έχει τις ακόλουθες ιδιότητες, οι οποίες δείχνουν τη διαφορά τους από την ψηφιακή έκδοση:

1. Αυτός ο τύπος σήματος χαρακτηρίζεται από πλεονασμό. Δηλαδή, οι αναλογικές πληροφορίες σε αυτά δεν φιλτράρονται - φέρουν πολλά περιττά δεδομένα πληροφοριών. Ωστόσο, είναι δυνατό να περάσουν πληροφορίες μέσω ενός φίλτρου, γνωρίζοντας πρόσθετες παραμέτρους και τη φύση του σήματος, για παράδειγμα, χρησιμοποιώντας τη μέθοδο συχνότητας.
2. Ασφάλεια. Είναι σχεδόν εντελώς ανήμπορος απέναντι σε μη εξουσιοδοτημένες εισβολές από το εξωτερικό.
3. Απόλυτη αδυναμία απέναντι σε διάφορες παρεμβολές. Εάν επιβληθεί οποιαδήποτε παρεμβολή στο κανάλι μετάδοσης δεδομένων, θα μεταδοθεί αμετάβλητη από τον δέκτη σήματος.
4. Δεν υπάρχει συγκεκριμένη διαφοροποίηση των επιπέδων δειγματοληψίας - η ποιότητα και η ποσότητα των μεταδιδόμενων πληροφοριών δεν περιορίζεται με κανέναν τρόπο.

Οι παραπάνω ιδιότητες είναι τα μειονεκτήματα της αναλογικής μεθόδου μετάδοσης δεδομένων, βάσει των οποίων μπορούμε να τη θεωρήσουμε εντελώς απαρχαιωμένη.

Ψηφιακά και διακριτά σήματα

Τα ψηφιακά σήματα είναι σήματα τεχνητών πληροφοριών, που παρουσιάζονται με τη μορφή κανονικών ψηφιακών τιμών που περιγράφουν συγκεκριμένες παραμέτρους των μεταδιδόμενων πληροφοριών.

Για πληροφορίες.Σήμερα, χρησιμοποιείται κυρίως μια απλή στην κωδικοποίηση ροή bit - ένα δυαδικό ψηφιακό σήμα. Αυτός είναι ο τύπος που μπορεί να χρησιμοποιηθεί στα δυαδικά ηλεκτρονικά.

Η διαφορά μεταξύ του ψηφιακού τύπου μετάδοσης δεδομένων και της αναλογικής έκδοσης είναι ότι ένα τέτοιο σήμα έχει συγκεκριμένο αριθμό τιμών. Στην περίπτωση ροής bit, υπάρχουν δύο από αυτά: "0" και "1".

Η μετάβαση από το μηδέν στο μέγιστο σε ένα ψηφιακό σήμα είναι απότομη, επιτρέποντας στον εξοπλισμό λήψης να το διαβάσει πιο καθαρά. Εάν παρουσιαστεί συγκεκριμένος θόρυβος και παρεμβολές, θα είναι ευκολότερο για τον δέκτη να αποκωδικοποιήσει ένα ψηφιακό ηλεκτρικό σήμα παρά με την αναλογική μετάδοση πληροφοριών.

Ωστόσο, τα ψηφιακά σήματα διαφέρουν από την αναλογική έκδοση σε ένα μειονέκτημα: με υψηλό επίπεδο παρεμβολών, δεν μπορούν να αποκατασταθούν, αλλά είναι δυνατή η εξαγωγή πληροφοριών από ένα σήμα συνεχούς ροής. Ένα παράδειγμα αυτού θα ήταν μια τηλεφωνική συνομιλία μεταξύ δύο ατόμων, κατά την οποία ολόκληρες λέξεις και ακόμη και φράσεις ενός από τους συνομιλητές μπορεί να εξαφανιστούν.

Αυτό το φαινόμενο στο ψηφιακό περιβάλλον ονομάζεται εφέ διακοπής, το οποίο μπορεί να εντοπιστεί μειώνοντας το μήκος της γραμμής επικοινωνίας ή εγκαθιστώντας έναν επαναλήπτη, ο οποίος αντιγράφει πλήρως τον αρχικό τύπο σήματος και το μεταδίδει περαιτέρω.

Οι αναλογικές πληροφορίες μπορούν να μεταδοθούν μέσω ψηφιακών καναλιών αφού περάσει η διαδικασία ψηφιοποίησης με ειδικές συσκευές. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται μετατροπή αναλογικού σε ψηφιακό (ADC). Αυτή η διαδικασία μπορεί επίσης να αντιστραφεί - μετατροπή ψηφιακού σε αναλογικό (DAC). Ένα παράδειγμα συσκευής DAC θα ήταν ένας ψηφιακός δέκτης τηλεόρασης.

Τα ψηφιακά συστήματα διακρίνονται επίσης από την ικανότητα κρυπτογράφησης και κωδικοποίησης δεδομένων, η οποία έχει γίνει σημαντικός λόγος για την ψηφιοποίηση των κινητών επικοινωνιών και του Διαδικτύου.

Διακριτό σήμα

Υπάρχει ένας τρίτος τύπος πληροφοριών - η διακριτή. Ένα σήμα αυτού του είδους είναι διακοπτόμενο και αλλάζει με την πάροδο του χρόνου, λαμβάνοντας οποιαδήποτε από τις πιθανές (προδιαγεγραμμένες εκ των προτέρων) τιμές.

Η διακριτή μεταφορά πληροφοριών χαρακτηρίζεται από το γεγονός ότι οι αλλαγές συμβαίνουν σύμφωνα με τρία σενάρια:

1. Το ηλεκτρικό σήμα αλλάζει μόνο στο χρόνο, παραμένοντας συνεχές (αμετάβλητο) σε μέγεθος.
2. Αλλάζει μόνο σε μέγεθος, ενώ παραμένει συνεχής στο χρόνο.
3. Μπορεί επίσης να αλλάξει ταυτόχρονα τόσο σε μέγεθος όσο και σε χρόνο.

Η διακριτικότητα έχει βρει εφαρμογή στη μαζική μετάδοση μεγάλων ποσοτήτων δεδομένων σε υπολογιστικά συστήματα.

Ο σχεδιασμός ψηφιακών κυκλωμάτων είναι ο σημαντικότερος κλάδος που μελετάται σε όλα τα ανώτατα και δευτεροβάθμια εκπαιδευτικά ιδρύματα που εκπαιδεύουν ειδικούς στα ηλεκτρονικά. Ένας πραγματικός ραδιοερασιτέχνης θα πρέπει επίσης να γνωρίζει καλά αυτό το θέμα. Αλλά τα περισσότερα βιβλία και εγχειρίδια είναι γραμμένα σε μια γλώσσα που είναι πολύ δύσκολο να κατανοηθεί, και θα είναι δύσκολο για έναν αρχάριο ηλεκτρονικό μηχανικό (ίσως έναν μαθητή σχολείου) να μάθει νέες πληροφορίες. Μια σειρά από νέο εκπαιδευτικό υλικό από τον Master Keith έχει σχεδιαστεί για να καλύψει αυτό το κενό: τα άρθρα μας μιλούν για περίπλοκες έννοιες με τα πιο απλά λόγια.

8.1. Αναλογικά και ψηφιακά σήματα

Πρώτα πρέπει να καταλάβετε πώς διαφέρει το αναλογικό κύκλωμα από το ψηφιακό. Και η κύρια διαφορά είναι στα σήματα με τα οποία λειτουργούν αυτά τα κυκλώματα.
Όλα τα σήματα μπορούν να χωριστούν σε δύο βασικούς τύπους: αναλογικά και ψηφιακά.

Αναλογικά σήματα

Τα αναλογικά σήματα είναι τα πιο γνωστά σε εμάς. Μπορούμε να πούμε ότι ολόκληρος ο φυσικός κόσμος γύρω μας είναι αναλογικός. Η όραση και η ακοή μας, καθώς και όλες οι άλλες αισθήσεις, αντιλαμβάνονται τις εισερχόμενες πληροφορίες σε αναλογική μορφή, δηλαδή συνεχώς με την πάροδο του χρόνου. Μετάδοση ηχητικών πληροφοριών - ανθρώπινη ομιλία, ήχοι μουσικών οργάνων, βρυχηθμοί ζώων, ήχοι της φύσης κ.λπ. – πραγματοποιείται επίσης σε αναλογική μορφή.
Για να κατανοήσουμε ακόμα καλύτερα αυτό το ζήτημα, ας σχεδιάσουμε ένα αναλογικό σήμα (Εικ. 1):

Εικ.1. Αναλογικό σήμα

Βλέπουμε ότι το αναλογικό σήμα είναι συνεχές σε χρόνο και πλάτος. Για οποιαδήποτε στιγμή, μπορείτε να προσδιορίσετε την ακριβή τιμή του πλάτους του αναλογικού σήματος.

Ψηφιακά σήματα

Ας αναλύσουμε το πλάτος του σήματος όχι συνεχώς, αλλά διακριτικά, σε σταθερά διαστήματα. Για παράδειγμα, μία φορά το δευτερόλεπτο, ή πιο συχνά: δέκα φορές το δευτερόλεπτο. Το πόσο συχνά το κάνουμε αυτό ονομάζεται ρυθμός δειγματοληψίας: μία φορά ανά δευτερόλεπτο - 1 Hz, χίλιες φορές ανά δευτερόλεπτο - 1000 Hz ή 1 kHz.

Για λόγους σαφήνειας, ας σχεδιάσουμε γραφήματα αναλογικών (παραπάνω) και ψηφιακών (παρακάτω) σημάτων (Εικ. 2.):

Εικ.2. Αναλογικό σήμα (πάνω) και το ψηφιακό αντίγραφό του (κάτω)

Βλέπουμε ότι σε κάθε στιγμιαίο χρονικό διάστημα μπορούμε να βρούμε τη στιγμιαία ψηφιακή τιμή του πλάτους του σήματος. Δεν ξέρουμε τι συμβαίνει με το σήμα (σύμφωνα με ποιον νόμο αλλάζει, ποιο είναι το πλάτος του) μεταξύ των διαστημάτων "ελέγχου" αυτές οι πληροφορίες χάνονται. Όσο λιγότερο συχνά ελέγχουμε τη στάθμη του σήματος (όσο χαμηλότερη είναι η συχνότητα δειγματοληψίας), τόσο λιγότερες πληροφορίες έχουμε για το σήμα. Φυσικά, ισχύει και το αντίθετο: όσο υψηλότερος είναι ο ρυθμός δειγματοληψίας, τόσο καλύτερη είναι η ποιότητα της παρουσίασης του σήματος. Στο όριο, αυξάνοντας τη συχνότητα δειγματοληψίας στο άπειρο, παίρνουμε σχεδόν το ίδιο αναλογικό σήμα.
Αυτό σημαίνει ότι ένα αναλογικό σήμα είναι σε κάθε περίπτωση καλύτερο από ένα ψηφιακό; Θεωρητικά, ίσως, ναι. Αλλά στην πράξη, οι σύγχρονοι μετατροπείς αναλογικού σε ψηφιακό (ADC) λειτουργούν με τόσο υψηλό ρυθμό δειγματοληψίας (έως και αρκετά εκατομμύρια δείγματα ανά δευτερόλεπτο) και περιγράφουν το αναλογικό σήμα σε ψηφιακή μορφή τόσο ποιοτικά που οι ανθρώπινες αισθήσεις (μάτια, αυτιά) μπορούν να δεν αντιλαμβάνονται πλέον τη διαφορά μεταξύ του αρχικού σήματος και του ψηφιακού του μοντέλου. Ένα ψηφιακό σήμα έχει ένα πολύ σημαντικό πλεονέκτημα: είναι ευκολότερο να μεταδοθεί μέσω καλωδίων ή ραδιοκυμάτων, οι παρεμβολές δεν έχουν σημαντική επίδραση σε ένα τέτοιο σήμα. Επομένως, όλες οι σύγχρονες κινητές επικοινωνίες, οι τηλεοπτικές και ραδιοφωνικές εκπομπές είναι ψηφιακές.

Το κάτω γράφημα στο Σχ. Το 2 είναι εύκολο να φανταστεί κανείς σε άλλη μορφή - ως μια μεγάλη ακολουθία ενός ζεύγους αριθμών: χρόνος/πλάτος. Και οι αριθμοί είναι ακριβώς αυτό που χρειάζονται τα ψηφιακά κυκλώματα. Είναι αλήθεια ότι τα ψηφιακά κυκλώματα προτιμούν να εργάζονται με αριθμούς σε μια ειδική αναπαράσταση, αλλά θα μιλήσουμε για αυτό στο επόμενο μάθημα.

Τώρα μπορούμε να βγάλουμε σημαντικά συμπεράσματα:

Το ψηφιακό σήμα είναι διακριτό, μπορεί να προσδιοριστεί μόνο για μεμονωμένες χρονικές στιγμές.
- όσο μεγαλύτερη είναι η συχνότητα δειγματοληψίας, τόσο καλύτερη είναι η ακρίβεια της αναπαράστασης του ψηφιακού σήματος.

Καθημερινά οι άνθρωποι έρχονται αντιμέτωποι με τη χρήση ηλεκτρονικών συσκευών. Η σύγχρονη ζωή είναι αδύνατη χωρίς αυτά. Εξάλλου, μιλάμε για τηλεόραση, ραδιόφωνο, υπολογιστή, τηλέφωνο, πολυκουζινάκι κ.ο.κ. Προηγουμένως, μόλις πριν από λίγα χρόνια, κανείς δεν σκεφτόταν τι σήμα χρησιμοποιήθηκε σε κάθε συσκευή εργασίας. Τώρα οι λέξεις "αναλογικό", "ψηφιακό", "διακριτικό" υπάρχουν εδώ και πολύ καιρό. Ορισμένοι τύποι σημάτων που αναφέρονται είναι υψηλής ποιότητας και αξιόπιστοι.

Η ψηφιακή μετάδοση τέθηκε σε χρήση πολύ αργότερα από την αναλογική. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι ένα τέτοιο σήμα είναι πολύ πιο εύκολο να διατηρηθεί και η τεχνολογία εκείνη την εποχή δεν ήταν τόσο βελτιωμένη.

Κάθε άτομο αντιμετωπίζει την έννοια της «διακριτικότητας» όλη την ώρα. Εάν μεταφράσετε αυτή τη λέξη από τα λατινικά, θα σημαίνει "ασυνέχεια". Εμβαθύνοντας πολύ στην επιστήμη, μπορούμε να πούμε ότι ένα διακριτό σήμα είναι μια μέθοδος μετάδοσης πληροφοριών, η οποία συνεπάγεται μια αλλαγή στο χρόνο του φέροντος μέσου. Το τελευταίο παίρνει οποιαδήποτε αξία από όλα τα δυνατά. Τώρα η διακριτικότητα ξεθωριάζει στο παρασκήνιο, αφού πάρθηκε η απόφαση για παραγωγή συστημάτων σε τσιπ. Είναι ολιστικά και όλα τα συστατικά αλληλεπιδρούν στενά μεταξύ τους. Στη διακριτικότητα, όλα είναι ακριβώς το αντίθετο - κάθε λεπτομέρεια ολοκληρώνεται και συνδέεται με άλλες μέσω ειδικών γραμμών επικοινωνίας.

Σήμα

Ένα σήμα είναι ένας ειδικός κωδικός που μεταδίδεται στο διάστημα από ένα ή περισσότερα συστήματα. Αυτή η διατύπωση είναι γενική.

Στον τομέα των πληροφοριών και των επικοινωνιών, ένα σήμα είναι ένας ειδικός φορέας δεδομένων που χρησιμοποιείται για τη μετάδοση μηνυμάτων. Μπορεί να δημιουργηθεί, αλλά δεν είναι αποδεκτή η τελευταία συνθήκη δεν είναι απαραίτητη. Εάν το σήμα είναι μήνυμα, τότε η «σύλληψη» του θεωρείται απαραίτητη.

Ο περιγραφόμενος κώδικας καθορίζεται από μια μαθηματική συνάρτηση. Χαρακτηρίζει όλες τις πιθανές αλλαγές στις παραμέτρους. Στη θεωρία της ραδιομηχανικής, αυτό το μοντέλο θεωρείται βασικό. Σε αυτό, ο θόρυβος ονομαζόταν ανάλογο του σήματος. Αντιπροσωπεύει μια συνάρτηση χρόνου που αλληλεπιδρά ελεύθερα με τον μεταδιδόμενο κώδικα και τον παραμορφώνει.

Το άρθρο περιγράφει τους τύπους σημάτων: διακριτό, αναλογικό και ψηφιακό. Δίνεται επίσης εν συντομία η βασική θεωρία για το θέμα που περιγράφεται.

Τύποι σημάτων

Υπάρχουν πολλά διαθέσιμα σήματα. Ας δούμε ποιοι τύποι υπάρχουν.

1. Με βάση το φυσικό μέσο του φορέα δεδομένων, χωρίζονται σε ηλεκτρικά, οπτικά, ακουστικά και ηλεκτρομαγνητικά σήματα. Υπάρχουν πολλά άλλα είδη, αλλά είναι ελάχιστα γνωστά.
2. Σύμφωνα με τη μέθοδο ρύθμισης, τα σήματα χωρίζονται σε κανονικά και ακανόνιστα. Οι πρώτες είναι ντετερμινιστικές μέθοδοι μετάδοσης δεδομένων, οι οποίες καθορίζονται από μια αναλυτική συνάρτηση. Οι τυχαίες διατυπώνονται χρησιμοποιώντας τη θεωρία των πιθανοτήτων και παίρνουν επίσης οποιεσδήποτε τιμές σε διαφορετικές χρονικές περιόδους.
3. Ανάλογα με τις λειτουργίες που περιγράφουν όλες τις παραμέτρους του σήματος, οι μέθοδοι μετάδοσης δεδομένων μπορεί να είναι αναλογικές, διακριτές, ψηφιακές (μέθοδος που κβαντίζεται σε επίπεδο). Χρησιμοποιούνται για την τροφοδοσία πολλών ηλεκτρικών συσκευών.

Τώρα ο αναγνώστης γνωρίζει όλους τους τύπους μετάδοσης σήματος. Δεν θα είναι δύσκολο για κανέναν να τα καταλάβει το κύριο πράγμα είναι να σκεφτεί λίγο και να θυμηθεί το μάθημα της σχολικής φυσικής.

Γιατί υποβάλλεται σε επεξεργασία το σήμα;

Το σήμα υποβάλλεται σε επεξεργασία για τη μετάδοση και λήψη πληροφοριών που είναι κρυπτογραφημένες σε αυτό. Μόλις εξαχθεί, μπορεί να χρησιμοποιηθεί με διάφορους τρόπους. Σε ορισμένες περιπτώσεις θα επαναδιαμορφωθεί.

Υπάρχει ένας άλλος λόγος για την επεξεργασία όλων των σημάτων. Αποτελείται από μια ελαφρά συμπίεση συχνοτήτων (για να μην καταστρέφονται οι πληροφορίες). Μετά από αυτό, διαμορφώνεται και μεταδίδεται με χαμηλές ταχύτητες.

Τα αναλογικά και τα ψηφιακά σήματα χρησιμοποιούν ειδικές τεχνικές. Συγκεκριμένα, φιλτράρισμα, συνέλιξη, συσχέτιση. Είναι απαραίτητα για την επαναφορά του σήματος εάν είναι κατεστραμμένο ή έχει θόρυβο.

Δημιουργία και διαμόρφωση

Συχνά, απαιτείται ένας μετατροπέας αναλογικού σε ψηφιακό (ADC) για τη δημιουργία σημάτων Τις περισσότερες φορές, και οι δύο χρησιμοποιούνται μόνο σε περιπτώσεις όπου χρησιμοποιούνται τεχνολογίες DSP. Σε άλλες περιπτώσεις, μόνο η χρήση ενός DAC θα κάνει.

Κατά τη δημιουργία φυσικών αναλογικών κωδικών με την περαιτέρω χρήση ψηφιακών μεθόδων, βασίζονται στις πληροφορίες που λαμβάνονται, οι οποίες μεταδίδονται από ειδικές συσκευές.

Δυναμικό εύρος

Υπολογίζεται από τη διαφορά μεταξύ των υψηλότερων και χαμηλότερων επιπέδων έντασης, τα οποία εκφράζονται σε ντεσιμπέλ. Εξαρτάται πλήρως από την εργασία και τα χαρακτηριστικά της παράστασης. Μιλάμε τόσο για μουσικά κομμάτια όσο και για συνηθισμένους διαλόγους μεταξύ ανθρώπων. Αν πάρουμε, για παράδειγμα, έναν εκφωνητή που διαβάζει τις ειδήσεις, τότε το δυναμικό του εύρος κυμαίνεται γύρω στα 25-30 dB. Και κατά την ανάγνωση οποιουδήποτε έργου, μπορεί να ανέλθει στα 50 dB.

Αναλογικό σήμα

Το αναλογικό σήμα είναι μια χρονικά συνεχής μέθοδος μετάδοσης δεδομένων. Το μειονέκτημά του είναι η παρουσία θορύβου, που μερικές φορές οδηγεί σε πλήρη απώλεια πληροφοριών. Πολύ συχνά προκύπτουν καταστάσεις όπου είναι αδύνατο να προσδιοριστεί πού βρίσκονται τα σημαντικά δεδομένα στον κώδικα και πού υπάρχουν συνηθισμένες παραμορφώσεις.

Εξαιτίας αυτού, η ψηφιακή επεξεργασία σήματος έχει αποκτήσει μεγάλη δημοτικότητα και σταδιακά αντικαθιστά την αναλογική.

Ψηφιακό σήμα

Ένα ψηφιακό σήμα είναι ειδικό και περιγράφεται από διακριτές λειτουργίες. Το πλάτος του μπορεί να πάρει μια συγκεκριμένη τιμή από αυτές που έχουν ήδη καθοριστεί. Εάν ένα αναλογικό σήμα μπορεί να φτάσει με τεράστια ποσότητα θορύβου, τότε ένα ψηφιακό σήμα φιλτράρει το μεγαλύτερο μέρος του λαμβανόμενου θορύβου.

Επιπλέον, αυτός ο τύπος μετάδοσης δεδομένων μεταφέρει πληροφορίες χωρίς περιττό σημασιολογικό φορτίο. Μπορούν να σταλούν αρκετοί κωδικοί ταυτόχρονα μέσω ενός φυσικού καναλιού.

Δεν υπάρχουν τύποι ψηφιακού σήματος, αφού ξεχωρίζει ως ξεχωριστή και ανεξάρτητη μέθοδος μετάδοσης δεδομένων. Αντιπροσωπεύει μια δυαδική ροή. Σήμερα, αυτό το σήμα θεωρείται το πιο δημοφιλές. Αυτό οφείλεται στην ευκολία χρήσης.

Εφαρμογή ψηφιακού σήματος

Πώς διαφέρει ένα ψηφιακό ηλεκτρικό σήμα από άλλα; Το γεγονός ότι είναι ικανός να πραγματοποιήσει πλήρη αναγέννηση στον επαναλήπτη. Όταν ένα σήμα με την παραμικρή παρεμβολή φτάνει στον εξοπλισμό επικοινωνίας, αλλάζει αμέσως τη μορφή του σε ψηφιακό. Αυτό επιτρέπει, για παράδειγμα, σε έναν πύργο τηλεόρασης να παράγει ξανά σήμα, αλλά χωρίς το φαινόμενο θορύβου.

Εάν ο κωδικός φτάσει με μεγάλες παραμορφώσεις, τότε, δυστυχώς, δεν μπορεί να αποκατασταθεί. Εάν πάρουμε συγκριτικά τις αναλογικές επικοινωνίες, τότε σε παρόμοια κατάσταση ένας επαναλήπτης μπορεί να εξάγει μέρος των δεδομένων, ξοδεύοντας πολλή ενέργεια.

Όταν συζητάμε για κυψελοειδείς επικοινωνίες διαφορετικών μορφών, εάν υπάρχει έντονη παραμόρφωση σε μια ψηφιακή γραμμή, είναι σχεδόν αδύνατο να μιλήσουμε, καθώς δεν μπορούν να ακουστούν λέξεις ή ολόκληρες φράσεις. Σε αυτήν την περίπτωση, η αναλογική επικοινωνία είναι πιο αποτελεσματική, επειδή μπορείτε να συνεχίσετε να διεξάγετε διάλογο.

Ακριβώς λόγω τέτοιων προβλημάτων οι επαναλήπτες σχηματίζουν ένα ψηφιακό σήμα πολύ συχνά για να μειώσουν το κενό στη γραμμή επικοινωνίας.

Διακριτό σήμα

Σήμερα, κάθε άτομο χρησιμοποιεί ένα κινητό τηλέφωνο ή κάποιο είδος "dialer" στον υπολογιστή του. Ένα από τα καθήκοντα των συσκευών ή του λογισμικού είναι η μετάδοση ενός σήματος, σε αυτήν την περίπτωση μιας ροής φωνής. Για να μεταφέρει ένα συνεχές κύμα, απαιτείται ένα κανάλι που έχει το υψηλότερο επίπεδο απόδοσης. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο ελήφθη η απόφαση να χρησιμοποιηθεί ένα διακριτό σήμα. Δεν δημιουργεί το ίδιο το κύμα, αλλά την ψηφιακή του εμφάνιση. Γιατί; Επειδή η μετάδοση προέρχεται από τεχνολογία (για παράδειγμα, τηλέφωνο ή υπολογιστής). Ποια είναι τα πλεονεκτήματα αυτού του τύπου μεταφοράς πληροφοριών; Με τη βοήθειά του, ο συνολικός όγκος των μεταδιδόμενων δεδομένων μειώνεται και η ομαδική αποστολή είναι επίσης πιο εύκολη στην οργάνωση.

Η έννοια της «δειγματοληψίας» χρησιμοποιείται από καιρό σταθερά στο έργο της τεχνολογίας υπολογιστών. Χάρη σε αυτό το σήμα, δεν μεταδίδονται συνεχείς πληροφορίες, οι οποίες είναι πλήρως κωδικοποιημένες με ειδικά σύμβολα και γράμματα, αλλά δεδομένα που συλλέγονται σε ειδικά μπλοκ. Είναι ξεχωριστά και πλήρη σωματίδια. Αυτή η μέθοδος κωδικοποίησης έχει περάσει από καιρό στο παρασκήνιο, αλλά δεν έχει εξαφανιστεί εντελώς. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την εύκολη μετάδοση μικρών κομματιών πληροφοριών.

Σύγκριση ψηφιακών και αναλογικών σημάτων

Κατά την αγορά εξοπλισμού, σχεδόν κανείς δεν σκέφτεται ποιοι τύποι σημάτων χρησιμοποιούνται σε αυτήν ή εκείνη τη συσκευή, και ακόμη περισσότερο για το περιβάλλον και τη φύση τους. Αλλά μερικές φορές πρέπει ακόμα να κατανοήσετε τις έννοιες.

Είναι εδώ και καιρό σαφές ότι οι αναλογικές τεχνολογίες χάνουν τη ζήτηση, επειδή η χρήση τους είναι παράλογη. Σε αντάλλαγμα έρχεται η ψηφιακή επικοινωνία. Πρέπει να καταλάβουμε για τι μιλάμε και τι αρνείται η ανθρωπότητα.

Εν ολίγοις, ένα αναλογικό σήμα είναι μια μέθοδος μετάδοσης πληροφοριών που περιλαμβάνει την περιγραφή δεδομένων σε συνεχείς συναρτήσεις του χρόνου. Στην πραγματικότητα, μιλώντας συγκεκριμένα, το πλάτος των ταλαντώσεων μπορεί να είναι ίσο με οποιαδήποτε τιμή εντός ορισμένων ορίων.

Η επεξεργασία ψηφιακού σήματος περιγράφεται από διακριτές συναρτήσεις χρόνου. Με άλλα λόγια, το πλάτος των ταλαντώσεων αυτής της μεθόδου είναι ίσο με αυστηρά καθορισμένες τιμές.

Περνώντας από τη θεωρία στην πράξη, πρέπει να πούμε ότι το αναλογικό σήμα χαρακτηρίζεται από παρεμβολές. Δεν υπάρχουν τέτοια προβλήματα με την ψηφιακή, γιατί τα «λειαίνει» με επιτυχία. Χάρη στις νέες τεχνολογίες, αυτή η μέθοδος μεταφοράς δεδομένων είναι ικανή να επαναφέρει όλες τις αρχικές πληροφορίες από μόνη της χωρίς την παρέμβαση επιστήμονα.

Μιλώντας για την τηλεόραση, μπορούμε ήδη να πούμε με σιγουριά: η αναλογική μετάδοση έχει ξεπεράσει από καιρό τη χρησιμότητά της. Οι περισσότεροι καταναλωτές μεταβαίνουν σε ψηφιακό σήμα. Το μειονέκτημα του τελευταίου είναι ότι ενώ οποιαδήποτε συσκευή μπορεί να λάβει αναλογική μετάδοση, μια πιο σύγχρονη μέθοδος απαιτεί μόνο ειδικό εξοπλισμό. Αν και η ζήτηση για την απαρχαιωμένη μέθοδο έχει μειωθεί εδώ και πολύ καιρό, αυτοί οι τύποι σημάτων δεν είναι ακόμα σε θέση να εξαφανιστούν εντελώς από την καθημερινή ζωή.

Η έννοια της ψηφιακής διεπαφής PBX

Το CSC πρέπει να παρέχει μια διεπαφή (από κοινού) με αναλογικές και ψηφιακές συνδρομητικές γραμμές (SL) και συστήματα μετάδοσης.

Βαρέλιονομάζεται το όριο μεταξύ δύο λειτουργικών μπλοκ, το οποίο ορίζεται από λειτουργικά χαρακτηριστικά, γενικά χαρακτηριστικά της φυσικής σύνδεσης, χαρακτηριστικά σημάτων και άλλα χαρακτηριστικά ανάλογα με τις ιδιαιτερότητες.

Η διεπαφή παρέχει εφάπαξ προσδιορισμό των παραμέτρων σύνδεσης μεταξύ δύο συσκευών. Αυτές οι παράμετροι σχετίζονται με τον τύπο, τον αριθμό και τη λειτουργία των κυκλωμάτων διασύνδεσης, καθώς και τον τύπο, το σχήμα και τη σειρά των σημάτων που μεταδίδονται κατά μήκος αυτών των κυκλωμάτων.

Καθορίζεται ο ακριβής ορισμός των τύπων, του αριθμού, της μορφής και της ακολουθίας των συνδέσεων και η σχέση μεταξύ δύο λειτουργικών μπλοκ στη διεπαφή μεταξύ τους κοινή προδιαγραφή.

Οι διεπαφές ενός ψηφιακού PBX μπορούν να χωριστούν στις εξής:

Αναλογική διεπαφή συνδρομητή.

Ψηφιακή διεπαφή συνδρομητή.

διεπαφή συνδρομητή ISDN.

Δικτυακές (ψηφιακές και αναλογικές) συνδέσεις.

Συνδέσεις δαχτυλιδιών

Οι δομές δακτυλίου βρίσκουν εφαρμογή σε ένα ευρύ φάσμα πεδίων επικοινωνίας. Πρώτα απ 'όλα, αυτά είναι συστήματα μετάδοσης δακτυλίου με προσωρινή ομαδοποίηση, τα οποία ουσιαστικά έχουν μια διαμόρφωση μονοκατευθυντικών γραμμών συνδεδεμένων σε σειρά που σχηματίζουν ένα κλειστό κύκλωμα ή δακτύλιο. Σε αυτήν την περίπτωση, δύο κύριες συναρτήσεις υλοποιούνται σε κάθε κόμβο δικτύου:

1) κάθε κόμβος λειτουργεί ως αναγεννητής για να ανακτήσει το εισερχόμενο ψηφιακό σήμα και να το μεταδώσει ξανά.

στους κόμβους δικτύου αναγνωρίζεται η δομή του προσωρινού κύκλου ομαδοποίησης και η επικοινωνία πραγματοποιείται κατά μήκος του δακτυλίου μέσω

2) αφαίρεση και εισαγωγή ψηφιακού σήματος σε συγκεκριμένα διαστήματα καναλιών που εκχωρούνται σε κάθε κόμβο.

Η δυνατότητα ανακατανομής θυρίδων καναλιών μεταξύ αυθαίρετων ζευγών κόμβων σε ένα σύστημα δακτυλίου με ομαδοποίηση χρόνου σημαίνει ότι ο δακτύλιος είναι ένα κατανεμημένο σύστημα μετάδοσης και μεταγωγής. Η ιδέα της ταυτόχρονης μετάδοσης και μεταγωγής σε δομές δακτυλίου έχει επεκταθεί στα πεδία ψηφιακής μεταγωγής.

Σε ένα τέτοιο σχήμα, μια σύνδεση διπλής όψης μπορεί να δημιουργηθεί μεταξύ οποιωνδήποτε δύο κόμβων χρησιμοποιώντας ένα μόνο κανάλι. Με αυτή την έννοια, το κύκλωμα δακτυλίου εκτελεί έναν χωροχρονικό μετασχηματισμό των συντεταγμένων σήματος και μπορεί να θεωρηθεί ως μία από τις επιλογές για την κατασκευή ενός σταδίου S/T.

Αναλογικά, διακριτά, ψηφιακά σήματα

Στα τηλεπικοινωνιακά συστήματα, οι πληροφορίες μεταδίδονται με χρήση σημάτων. Η Διεθνής Ένωση Τηλεπικοινωνιών το ορίζει ως εξής: σήμα:

Ένα τηλεπικοινωνιακό σήμα είναι ένα σύνολο ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων που διαδίδονται κατά μήκος ενός μονόδρομου καναλιού μετάδοσης και προορίζονται να επηρεάσουν μια συσκευή λήψης.

1) αναλογικό σήμα- ένα σήμα στο οποίο κάθε αντιπροσωπευτική παράμετρος καθορίζεται από μια συνάρτηση συνεχούς χρόνου με ένα συνεχές σύνολο πιθανών τιμών

2) διακριτικό σήμα σε επίπεδο -ένα σήμα του οποίου οι τιμές αναπαράστασης παραμέτρων καθορίζονται από μια συνάρτηση συνεχούς χρόνου με ένα πεπερασμένο σύνολο πιθανών τιμών. Η διαδικασία δειγματοληψίας ενός σήματος ανά επίπεδο ονομάζεται κβαντισμός;

3) διακριτικό σήμα χρόνου -ένα σήμα στο οποίο κάθε αντιπροσωπευτική παράμετρος καθορίζεται από μια συνάρτηση διακριτού χρόνου με ένα συνεχές σύνολο πιθανών τιμών

4) ψηφιακό σήμα -ένα σήμα του οποίου οι τιμές αναπαράστασης παραμέτρων καθορίζονται από μια συνάρτηση διακριτού χρόνου με ένα πεπερασμένο σύνολο πιθανών τιμών

Διαμόρφωσηείναι η μετατροπή ενός σήματος σε άλλο αλλάζοντας τις παραμέτρους του φέροντος σήματος σύμφωνα με το μετατρεπόμενο σήμα. Ως φέρον σήμα χρησιμοποιούνται αρμονικά σήματα, περιοδικές ακολουθίες παλμών κ.λπ.

Για παράδειγμα, κατά τη μετάδοση ενός ψηφιακού σήματος μέσω μιας δυαδικής γραμμής κώδικα, μπορεί να εμφανιστεί ένα σταθερό στοιχείο του σήματος λόγω της υπεροχής αυτών σε όλες τις κωδικές λέξεις.

Η απουσία σταθερού στοιχείου στη γραμμή επιτρέπει τη χρήση αντιστοίχισης μετασχηματιστέςσε γραμμικές συσκευές, καθώς και παροχή απομακρυσμένης τροφοδοσίας σε αναγεννητές με συνεχές ρεύμα. Για να απαλλαγούμε από το ανεπιθύμητο στοιχείο DC ενός ψηφιακού σήματος, τα δυαδικά σήματα μετατρέπονται χρησιμοποιώντας ειδικούς κωδικούς πριν σταλούν στη γραμμή. Ο κωδικός HDB3 υιοθετείται για το πρωτεύον ψηφιακό σύστημα μετάδοσης (DTS).

Η κωδικοποίηση ενός δυαδικού σήματος σε ένα τροποποιημένο οιονεί τριμερές σήμα χρησιμοποιώντας τον κώδικα HDB3 πραγματοποιείται σύμφωνα με τους ακόλουθους κανόνες (Εικ. 1.5).

Ρύζι. 1.5.Δυαδικοί και αντίστοιχοι κωδικοί HDB3

Διαμόρφωση κωδικού παλμού

Η μετατροπή ενός συνεχούς πρωτεύοντος αναλογικού σήματος σε ψηφιακό κωδικό ονομάζεται διαμόρφωση κωδικού παλμού(ICM). Οι κύριες λειτουργίες στο PCM είναι οι λειτουργίες της δειγματοληψίας χρόνου, της κβαντοποίησης (δειγματοληψία από το επίπεδο ενός χρονικά διακριτού σήματος) και της κωδικοποίησης.

Δειγματοληψία χρόνου αναλογικού σήματοςείναι ένας μετασχηματισμός στον οποίο η αντιπροσωπευτική παράμετρος ενός αναλογικού σήματος καθορίζεται από ένα σύνολο τιμών του σε διακριτές χρονικές στιγμές, ή, με άλλα λόγια, από ένα συνεχές αναλογικό σήμα c(t)(Εικ. 1.6, α) λάβετε τιμές δείγματος Με"(Εικ. 1.6, β). Οι τιμές της αντιπροσωπευτικής παραμέτρου του σήματος που λαμβάνονται ως αποτέλεσμα της λειτουργίας δειγματοληψίας χρόνου ονομάζονται δείγματα.

Τα πιο διαδεδομένα είναι τα ψηφιακά συστήματα μετάδοσης που χρησιμοποιούν ομοιόμορφη δειγματοληψία του αναλογικού σήματος (δείγματα αυτού του σήματος γίνονται σε ίσα χρονικά διαστήματα). Με ομοιόμορφη δειγματοληψία, χρησιμοποιούνται οι ακόλουθες έννοιες: διάστημα δειγματοληψίας Στο(χρονικό διάστημα μεταξύ δύο γειτονικών δειγμάτων ενός διακριτού σήματος) και συχνότητα δειγματοληψίας Fd(το αντίστροφο του διαστήματος δειγματοληψίας). Το μέγεθος του διαστήματος δειγματοληψίας επιλέγεται σύμφωνα με το θεώρημα του Kotelnikov.

Σύμφωνα με το θεώρημα του Kotelnikov, ένα αναλογικό σήμα με περιορισμένο φάσμα και άπειρο διάστημα παρατήρησης μπορεί να ανακατασκευαστεί χωρίς σφάλματα από ένα διακριτό σήμα που λαμβάνεται με δειγματοληψία του αρχικού αναλογικού σήματος εάν η συχνότητα δειγματοληψίας είναι διπλάσια από τη μέγιστη συχνότητα του φάσματος αναλογικού σήματος:

Το θεώρημα του Kotelnikov

Το θεώρημα του Kotelnikov (στην αγγλική βιβλιογραφία - το θεώρημα Nyquist-Shannon) δηλώνει ότι εάν ένα αναλογικό σήμα x(t) έχει περιορισμένο φάσμα, τότε μπορεί να αποκατασταθεί μοναδικά και χωρίς απώλεια από τα διακριτά του δείγματα που λαμβάνονται με συχνότητα μεγαλύτερη από τη διπλάσια μέγιστη συχνότητα του φάσματος Fmax .