Mitä sähköisiä signaaleja kutsutaan digitaalisiksi. Signaalityypit: analoginen, digitaalinen, diskreetti

Signaalit ovat tietokoodeja, joita ihmiset käyttävät viestien välittämiseen tietojärjestelmässä. Signaali voidaan antaa, mutta sen vastaanottaminen ei ole välttämätöntä. Viestiä voidaan pitää vain signaalina (tai signaalien joukkona), jonka vastaanottaja on vastaanottanut ja dekoodannut (analoginen ja digitaalinen signaali).

Yksi ensimmäisistä tavoista siirtää tietoa ilman ihmisten tai muiden elävien olentojen osallistumista olivat signaalipalot. Kun vaara syntyi, tulipalot sytytettiin peräkkäin pylvästä toiseen. Seuraavaksi tarkastelemme menetelmää tiedon siirtämiseksi sähkömagneettisten signaalien avulla ja käsittelemme aihetta yksityiskohtaisesti analoginen ja digitaalinen signaali.

Mikä tahansa signaali voidaan esittää funktiona, joka kuvaa sen ominaisuuksien muutoksia. Tämä esitys on kätevä radiotekniikan laitteiden ja järjestelmien tutkimiseen. Radiotekniikan signaalin lisäksi on myös kohinaa, joka on sen vaihtoehto. Kohina ei sisällä hyödyllistä tietoa ja vääristää signaalia vuorovaikutuksessa sen kanssa.

Konsepti itsessään mahdollistaa tietyistä fysikaalisista suureista irtautumisen, kun tarkastellaan tiedon koodaamiseen ja dekoodaukseen liittyviä ilmiöitä. Signaalin matemaattinen malli tutkimuksessa antaa mahdollisuuden luottaa aikafunktion parametreihin.

Signaalityypit

Tietovälineen fyysiseen ympäristöön perustuvat signaalit jaetaan sähköisiin, optisiin, akustisiin ja sähkömagneettisiin.

Asetustavan mukaan signaali voi olla säännöllinen tai epäsäännöllinen. Säännöllinen signaali esitetään ajan deterministisenä funktiona. Radiotekniikassa epäsäännöllistä signaalia edustaa kaoottinen ajan funktio, ja se analysoidaan käyttämällä todennäköisyyspohjaista lähestymistapaa.

Signaalit voivat olla analogisia tai diskreettejä riippuen niiden parametreja kuvaavasta funktiosta. Diskreettiä signaalia, joka on kvantisoitu, kutsutaan digitaaliseksi signaaliksi.

Signaalinkäsittely

Analogiset ja digitaaliset signaalit käsitellään ja ohjataan lähettämään ja vastaanottamaan signaaliin koodattua tietoa. Kun tiedot on poimittu, niitä voidaan käyttää eri tarkoituksiin. Erityistapauksissa tiedot muotoillaan.

Analogisia signaaleja vahvistetaan, suodatetaan, moduloidaan ja demoduloidaan. Digitaalisia tietoja voidaan myös pakata, havaita jne.

Analoginen signaali

Aistimme havaitsevat kaiken niihin syötettävän tiedon analogisessa muodossa. Jos esimerkiksi näemme auton kulkevan ohi, näemme sen liikkeen jatkuvasti. Jos aivomme saisivat tietoa asennostaan 10 sekunnin välein, ihmiset joutuisivat jatkuvasti yli. Mutta voimme arvioida etäisyyden paljon nopeammin ja tämä etäisyys on selkeästi määritelty jokaisella ajanhetkellä.

Täysin sama asia tapahtuu muun tiedon kanssa, voimme arvioida äänenvoimakkuutta milloin tahansa, tuntea paineen, jota sormimme kohdistavat esineisiin jne. Toisin sanoen lähes kaikki luonnossa syntyvä tieto on analogista. Helpoin tapa välittää tällaista tietoa on analogisten signaalien kautta, jotka ovat jatkuvia ja määritelty milloin tahansa.

Ymmärtääksesi, miltä analoginen sähköinen signaali näyttää, voit kuvitella kaavion, joka näyttää amplitudin pystyakselilla ja ajan vaaka-akselilla. Jos esimerkiksi mitataan lämpötilan muutosta, niin kaavioon ilmestyy jatkuva viiva, joka näyttää sen arvon kullakin hetkellä. Tällaisen signaalin lähettämiseksi sähkövirralla meidän on verrattava lämpötila-arvoa jännitteen arvoon. Joten esimerkiksi 35,342 celsiusastetta voidaan koodata 3,5342 V:n jännitteeksi.

Analogisia signaaleja käytettiin kaikessa viestinnässä. Häiriöiden välttämiseksi tällaista signaalia on vahvistettava. Mitä korkeampi kohinataso eli häiriö, sitä enemmän signaalia on vahvistettava, jotta se voidaan vastaanottaa ilman vääristymiä. Tämä signaalinkäsittelymenetelmä kuluttaa paljon energiaa lämmön tuottamiseen. Tässä tapauksessa vahvistettu signaali voi itse aiheuttaa häiriöitä muille viestintäkanaville.

Nykyään analogisia signaaleja käytetään edelleen televisiossa ja radiossa mikrofonien tulosignaalin muuntamiseksi. Mutta yleensä tämäntyyppiset signaalit korvataan tai korvataan digitaalisilla signaaleilla kaikkialla.

Digitaalinen signaali

Digitaalinen signaali esitetään digitaalisten arvojen sarjana. Nykyään yleisimmin käytetyt signaalit ovat binäärisiä digitaalisia signaaleja, koska niitä käytetään binäärielektroniikassa ja niitä on helpompi koodata.

Toisin kuin edellinen signaalityyppi, digitaalisella signaalilla on kaksi arvoa "1" ja "0". Jos muistamme esimerkimme lämpötilan mittauksesta, signaali syntyy eri tavalla. Jos analogisen signaalin tuottama jännite vastaa mitatun lämpötilan arvoa, niin digitaaliseen signaaliin syötetään tietty määrä jännitepulsseja kullekin lämpötila-arvolle. Itse jännitepulssi on "1" ja jännitteen puuttuminen on "0". Vastaanottava laite purkaa pulssit ja palauttaa alkuperäiset tiedot.

Kun olet kuvitellut, miltä digitaalinen signaali näyttää kaaviossa, näemme, että siirtyminen nollasta maksimiin on äkillinen. Juuri tämä ominaisuus mahdollistaa vastaanottavan laitteen "näkemään" signaalin selkeämmin. Jos häiriöitä esiintyy, vastaanottimen on helpompi purkaa signaali kuin analogisessa lähetyksessä.

On kuitenkin mahdotonta palauttaa digitaalista signaalia erittäin korkealla kohinatasolla, kun taas on silti mahdollista "purkaa" tietoa analogisesta tyypistä, jossa on suuri vääristymä. Tämä johtuu kallioilmiöstä. Vaikutuksen ydin on, että digitaaliset signaalit voidaan lähettää tietyille etäisyyksille ja sitten yksinkertaisesti pysähtyä. Tämä vaikutus esiintyy kaikkialla ja se ratkaistaan yksinkertaisesti regeneroimalla signaali. Jos signaali katkeaa, sinun on asennettava toistin tai vähennettävä viestintälinjan pituutta. Toistin ei vahvista signaalia, vaan tunnistaa sen alkuperäisen muodon ja tuottaa siitä tarkan kopion ja sitä voidaan käyttää piirissä millä tahansa tavalla. Tällaisia signaalintoistomenetelmiä käytetään aktiivisesti verkkoteknologioissa.

Analogiset ja digitaaliset signaalit eroavat muun muassa myös tiedon koodaamis- ja salauskyvystään. Tämä on yksi syy matkaviestinnän siirtymiseen digitaaliseen.

Analoginen ja digitaalinen signaali sekä digitaali-analogimuunnos

Meidän on puhuttava hieman enemmän siitä, kuinka analogista tietoa siirretään digitaalisten viestintäkanavien kautta. Käytetäänpä taas esimerkkejä. Kuten jo mainittiin, ääni on analoginen signaali.

Mitä tapahtuu matkapuhelimissa, jotka välittävät tietoa digitaalisia kanavia pitkin

Mikrofoniin tuleva ääni käy läpi analogia-digitaalimuunnos (ADC). Tämä prosessi koostuu 3 vaiheesta. Yksittäiset signaaliarvot otetaan tasaisin aikavälein, prosessia kutsutaan näytteenotoksi. Kotelnikovin kanavakapasiteetin lauseen mukaan näiden arvojen ottotaajuuden tulisi olla kaksi kertaa niin korkea kuin signaalin suurin taajuus. Eli jos kanavallamme on 4 kHz:n taajuusraja, näytteenottotaajuus on 8 kHz. Seuraavaksi kaikki valitut signaaliarvot pyöristetään tai toisin sanoen kvantisoidaan. Mitä enemmän tasoja luodaan, sitä suurempi on rekonstruoidun signaalin tarkkuus vastaanottimessa. Kaikki arvot muunnetaan sitten binäärikoodiksi, joka lähetetään tukiasemalle ja saapuu sitten toiselle osapuolelle, joka on vastaanotin. Digitaalisesta analogiseksi muunnos (DAC) tapahtuu vastaanottimen puhelimessa. Tämä on käänteinen menettely, jonka tarkoituksena on saada lähdöstä signaali, joka on mahdollisimman identtinen alkuperäisen kanssa. Sitten analoginen signaali tulee äänen muodossa puhelimen kaiuttimesta.

Tänään yritämme selvittää, mitä analogiset ja digitaaliset signaalit ovat? Niiden edut ja haitat. Älkäämme heittäkö ympärille erilaisia tieteellisiä termejä ja määritelmiä, vaan yritetään ymmärtää tilanne yhdellä silmäyksellä.

Mikä on analoginen signaali?

Analoginen signaali perustuu sähköisen signaalin analogiaan (virta- ja jännitearvot) alkuperäisen signaalin arvon kanssa (pikselin väri, äänen taajuus ja amplitudi jne.). Nuo. tietyt virta- ja jännitearvot vastaavat tietyn pikselin värin tai äänisignaalin lähetystä.

Annan esimerkin analogisen videosignaalin käyttämisestä.

Johdon jännite on 5 volttia siniselle, 6 volttia vihreälle, 7 volttia punaiselle.

Jotta näytölle ilmestyisi punaisia, sinisiä ja vihreitä raitoja, sinun on syötettävä kaapeliin vuorotellen 5, 6, 7 volttia. Mitä nopeammin vaihdamme jännitteitä, sitä ohuempia raitoja saamme näyttöön. Pienentämällä jännitteen muutosten välinen aika minimiin, emme saa enää raitoja, vaan värillisiä pisteitä vuorotellen peräkkäin.

Analogisen signaalin tärkeä ominaisuus on se, että se lähetetään tiukasti lähettimestä vastaanottimeen (esimerkiksi antennista televisioon), palautetta ei ole. Siksi, jos häiriö häiritsee signaalin siirtoa (esimerkiksi kuuden voltin sijasta on neljä), pikselin väri vääristyy ja näytölle tulee aaltoilua.
Analoginen signaali on jatkuva.
Mikä on digitaalinen signaali?

Tiedonsiirto tapahtuu myös sähköisellä signaalilla, mutta näillä signaaleilla on vain kaksi merkitystä ja ne vastaavat arvoja 0 ja 1. Eli. Nollien ja ykkösten sarja lähetetään johtoja pitkin. Jotain tämän kaltaista: 01010001001 jne. Jotta vastaanottava laite (esimerkiksi televisio) ei sekoitu lähetettyyn dataan, numerot lähetetään erissä. Se tapahtuu jotakuinkin näin: 10100010 10101010 10100000 10111110. Jokainen tällainen paketti sisältää tietoa, esimerkiksi pikselin värin. Digitaalisen signaalin tärkeä ominaisuus on, että lähettävät ja vastaanottavat laitteet voivat kommunikoida keskenään ja korjata lähetyksen aikana mahdollisesti ilmeneviä toistensa virheitä.

Esimerkkejä digitaalisesta ja analogisesta signaalinsiirrosta

Digitaalisen signaalin lähetys menee suunnilleen näin:

Häiriöt: AHHHHHHHHHHH!
TV: Kumpi? En kuule!
VCR: Vihreä!
TV: Joo, sain sen! Piirrän vihreää.
TV: Varmista, että väri on punainen.
VCR: Vahvistan.
TV: Okei! Minä piirrän.

Analogisen signaalin lähetys:

VCR: Hei, TV, 120x300 koordinaatin pikselin väri on vihreä.
Häiriöt: AHHHHHHHHHHH!
TV: Kumpi? En kuule! Vittu, piirrän sinisellä.
VCR: Seuraava väri on punainen!
Häiriöt: BANG! PUOMI!
TV: Näyttää siltä, että se on punainen! Minä piirrän.
VCR: Lapio!
Häiriöt: PSHSHSHSHSH!
TV: ?!. Pitääkö sinun piirtää jotain?! Olkoon lapio!

Digitaalisten ja analogisten signaalien edut ja haitat

Edellä esitetystä voidaan päätellä, että muiden asioiden ollessa samat, tiedonsiirron laatu digitaalisia signaaleja käyttäen on korkeampi kuin signaalin analogisessa esityksessä. Samaan aikaan hyvällä melunsietokyvyllä nämä kaksi tekniikkaa voivat kilpailla tasavertaisesti.

Digitaalinen elektroniikka korvaa nyt yhä enemmän perinteistä analogista elektroniikkaa. Johtavat, monenlaisia elektroniikkalaitteita valmistavat yritykset ilmoittavat yhä useammin täydellisestä siirtymisestä digitaalitekniikkaan.

Elektronisten sirujen tuotantoteknologian kehitys on varmistanut digitaalisen teknologian ja laitteiden nopean kehityksen. Digitaalisten signaalinkäsittely- ja siirtomenetelmien käyttö voi parantaa merkittävästi viestintälinjojen laatua. Puhelimen signaalinkäsittelyn ja kytkennän digitaaliset menetelmät mahdollistavat kytkinlaitteiden paino- ja kokoominaisuuksien usean pienentämisen, viestinnän luotettavuuden lisäämisen ja lisätoimintojen tuomisen.

Nopeiden mikroprosessorien, suurten hajasaantimuistisirujen ja pienikokoisten tiedontallennuslaitteiden tulo suurivolyymiisille kovalevyille mahdollisti melko edullisien yleiskäyttöisten henkilökohtaisten elektronisten tietokoneiden (tietokoneiden) luomisen, jotka ovat löytäneet erittäin laajan sovelluksen. jokapäiväisessä elämässä ja tuotannossa.

Digitaalinen tekniikka on korvaamaton automatisoidussa tuotannossa käytettävissä kauko- ja kauko-ohjausjärjestelmissä, etäkohteiden, kuten avaruusalusten, kaasunpumppuasemien jne. ohjauksessa. Digitaalinen teknologia on ottanut vahvan paikan myös sähkö- ja radiomittausjärjestelmissä. Nykyaikaiset signaalien tallennus- ja toistolaitteet ovat myös mahdottomia ajatella ilman digitaalisten laitteiden käyttöä. Digitaalisia laitteita käytetään laajalti kodinkoneiden ohjaamiseen.

On hyvin todennäköistä, että digitaaliset laitteet hallitsevat elektroniikkamarkkinoita tulevaisuudessa.

Ensin annetaan joitakin perusmääritelmiä.

Signaali on mikä tahansa fysikaalinen suure (esimerkiksi lämpötila, ilmanpaine, valon voimakkuus, virran voimakkuus jne.), joka muuttuu ajan myötä. Tämän ajan muutoksen ansiosta signaali voi kuljettaa jonkin verran tietoa.

Sähköinen signaali on sähköinen suure (esimerkiksi jännite, virta, teho), joka muuttuu ajan myötä. Kaikki elektroniikka toimii ensisijaisesti sähköisillä signaaleilla, vaikka viime aikoina on käytetty yhä enemmän valosignaaleja, jotka edustavat ajan mukaan vaihtelevaa valonvoimakkuutta.

Analoginen signaali on signaali, joka voi ottaa minkä tahansa arvon tietyissä rajoissa (esimerkiksi jännite voi muuttua tasaisesti nollasta kymmeneen volttiin). Laitteita, jotka toimivat vain analogisilla signaaleilla, kutsutaan analogisiksi laitteiksi.

Digitaalinen signaali on signaali, joka voi ottaa vain kaksi arvoa (joskus kolme arvoa). Lisäksi jotkut poikkeamat näistä arvoista ovat sallittuja (kuva 1.1). Esimerkiksi jännitteellä voi olla kaksi arvoa: 0 - 0,5 V (nollataso) tai 2,5 - 5 V (yksikkötaso). Laitteita, jotka toimivat yksinomaan digitaalisilla signaaleilla, kutsutaan digitaalisiksi laitteiksi.

Luonnossa lähes kaikki signaalit ovat analogisia, eli ne muuttuvat jatkuvasti tietyissä rajoissa. Tästä syystä ensimmäiset elektroniset laitteet olivat analogisia. He muunsivat fyysiset suureet niihin verrannollisiksi jännitteiksi tai virroiksi, suorittivat niille joitain toimintoja ja suorittivat sitten käänteisiä muunnoksia fysikaalisiksi suureiksi. Esimerkiksi ihmisen ääni (ilmavärähtely) muunnetaan sähköisiksi värähtelyiksi mikrofonin avulla, sitten nämä sähköiset signaalit vahvistetaan elektronisella vahvistimella ja muunnetaan akustisen järjestelmän avulla jälleen ilmavärähtelyksi, kovemmaksi ääneksi.

Riisi. 1.1. Sähköiset signaalit: analoginen (vasen) ja digitaalinen (oikea).

Kaikki elektronisten laitteiden signaaleille suorittamat toiminnot voidaan jakaa kolmeen suureen ryhmään:

Käsittely (tai muuntaminen);

Lähettää;

Varastointi.

Kaikissa näissä tapauksissa loissignaalit - kohina, häiriöt, häiriöt - vääristävät hyödyllisiä signaaleja. Lisäksi signaaleja käsiteltäessä (esimerkiksi vahvistuksen, suodatuksen aikana) niiden muoto vääristyy myös elektronisten laitteiden epätäydellisyydestä ja epätäydellisyydestä johtuen. Ja pitkiä matkoja lähetettäessä ja varastoinnin aikana signaalit myös heikkenevät.

Riisi. 1.2. Analogisen signaalin (vasemmalla) ja digitaalisen signaalin (oikealla) kohinasta ja häiriöistä johtuva vääristymä.

Analogisten signaalien tapauksessa kaikki tämä heikentää merkittävästi hyödyllistä signaalia, koska kaikki sen arvot ovat sallittuja (kuva 1.2). Siksi jokainen muunnos, jokainen välimuisti, jokainen lähetys kaapelin tai ilman kautta heikentää analogista signaalia, joskus jopa sen täydelliseen tuhoutumiseen asti. Meidän on myös otettava huomioon, että kaikkia kohinaa, häiriöitä ja häiriöitä on pohjimmiltaan mahdotonta laskea tarkasti, joten on täysin mahdotonta kuvata tarkasti analogisten laitteiden käyttäytymistä. Lisäksi ajan myötä kaikkien analogisten laitteiden parametrit muuttuvat elementtien ikääntymisen vuoksi, joten näiden laitteiden ominaisuudet eivät pysy vakiona.

Toisin kuin analogiset signaalit, digitaaliset signaalit, joilla on vain kaksi sallittua arvoa, ovat paljon paremmin suojattuja kohinalta, häiriöiltä ja häiriöiltä. Pienet poikkeamat sallituista arvoista eivät vääristä digitaalista signaalia millään tavalla, koska sallittujen poikkeamien vyöhykkeitä on aina (kuva 1.2). Siksi digitaaliset signaalit mahdollistavat paljon monimutkaisemman ja monivaiheisemman käsittelyn, paljon pidemmän häviöttömän tallennustilan ja paljon laadukkaamman lähetyksen kuin analogiset signaalit. Lisäksi digitaalisten laitteiden käyttäytyminen voidaan aina laskea ja ennustaa täysin tarkasti. Digitaaliset laitteet ovat paljon vähemmän herkkiä ikääntymiselle, koska niiden parametrien pienet muutokset eivät vaikuta niiden toimintaan millään tavalla. Lisäksi digitaaliset laitteet on helpompi suunnitella ja korjata. On selvää, että kaikki nämä edut varmistavat digitaalisen elektroniikan nopean kehityksen.

Digitaalisilla signaaleilla on kuitenkin myös suuri haittapuoli. Tosiasia on, että digitaalisen signaalin on pysyttävä kullakin sallitulla tasollaan vähintään jonkin vähimmäisajan, muuten sitä on mahdotonta tunnistaa. Ja analoginen signaali voi saada minkä tahansa arvon äärettömän pienessä ajassa. Voimme sanoa sen toisella tavalla: analoginen signaali määritellään jatkuvassa ajassa (eli milloin tahansa ajankohtana) ja digitaalinen signaali on määritelty diskreetissä ajassa (eli vain valituissa ajankohdissa). Siksi analogisten laitteiden suurin saavutettavissa oleva suorituskyky on aina olennaisesti suurempi kuin digitaalisten laitteiden. Analogiset laitteet voivat käsitellä nopeammin muuttuvia signaaleja kuin digitaaliset. Analogisen laitteen tiedonkäsittelyn ja tiedonsiirron nopeus voidaan aina tehdä korkeammaksi kuin sen käsittelyn ja siirron nopeus digitaalisella laitteella.

Lisäksi digitaalinen signaali välittää tietoa vain kahdella tasolla ja vaihtamalla toista tasoaan toiselle, kun taas analoginen signaali välittää tietoa myös jokaisella tasonsa nykyisellä arvolla, eli se on informaationsiirron kannalta kapasitiivisempi. Siksi yhden analogisen signaalin sisältämän hyödyllisen tiedon siirtämiseksi on useimmiten tarpeen käyttää useita digitaalisia signaaleja (yleensä 4 - 16).

Lisäksi, kuten jo todettiin, luonnossa kaikki signaalit ovat analogisia, eli niiden muuntamiseksi digitaalisiksi signaaleiksi ja käänteiseksi muuntamiseksi tarvitaan erikoislaitteita (analogi-digitaali- ja digitaali-analogi-muuntimet). . Mikään ei siis tule ilmaiseksi, ja digitaalisten laitteiden eduista maksettava hinta voi joskus olla liian korkea.

Kun käsittelet televisio- ja radiolähetyksiä sekä nykyaikaisia viestintätyyppejä, törmäät hyvin usein termeihin, kuten "analoginen signaali" Ja "digitaalinen signaali". Asiantuntijoille näissä sanoissa ei ole mysteeriä, mutta tietämättömille ihmisille "digitaalisen" ja "analogisen" ero voi olla täysin tuntematon. Samaan aikaan on erittäin merkittävä ero.

Kun puhumme signaalista, tarkoitamme yleensä sähkömagneettisia värähtelyjä, jotka indusoivat EMF:ää ja aiheuttavat virran vaihteluita vastaanotinantennissa. Näiden värähtelyjen perusteella vastaanottava laite - televisio, radio, radiopuhelin tai matkapuhelin - muodostaa "idean" siitä, mikä kuva näytetään ruudulla (jos on videosignaali) ja mitä ääniä tämän videosignaalin mukana tulee. .

Joka tapauksessa radioaseman tai matkapuhelintornin signaali voi esiintyä sekä digitaalisessa että analogisessa muodossa. Loppujen lopuksi esimerkiksi ääni itsessään on analoginen signaali. Radioasemalla mikrofonin vastaanottama ääni muunnetaan jo mainituiksi sähkömagneettisiksi aalloksi. Mitä korkeampi äänen taajuus, sitä korkeampi lähtövärähtelytaajuus, ja mitä kovemmin kaiutin puhuu, sitä suurempi amplitudi.

Tuloksena olevat sähkömagneettiset värähtelyt tai aallot leviävät avaruudessa lähetysantennin avulla. Jotta radioaallot eivät tukkeutuisi matalataajuisista häiriöistä ja jotta eri radioasemilla olisi mahdollisuus työskennellä rinnakkain toisiaan häiritsemättä, äänen vaikutuksesta johtuvat värähtelyt summataan eli "päälle asetetaan" muihin värähtelyihin, joilla on vakiotaajuus. Viimeistä taajuutta kutsutaan yleensä "kantoaaloksi", ja sen havaitsemiseksi viritämme radiovastaanottimemme "saatakseen" radioaseman analogisen signaalin.

Vastaanottimessa tapahtuu käänteinen prosessi: kantoaaltotaajuus erotetaan ja antennin vastaanottamat sähkömagneettiset värähtelyt muunnetaan äänivärähtelyiksi ja kaiuttimesta kuuluu kuuluttajan tuttu ääni.

Mitä tahansa voi tapahtua, kun äänisignaali lähetetään radioasemalta vastaanottimeen. Kolmannen osapuolen häiriöitä saattaa esiintyä, taajuus ja amplitudi voivat muuttua, mikä tietysti vaikuttaa radiovastaanottimen tuottamiin ääniin. Lopuksi sekä lähetin että vastaanotin aiheuttavat virheen signaalin muuntamisen aikana. Siksi analogisen radion toistamassa äänessä on aina jonkin verran vääristymiä. Ääni saattaa toistua täysin muutoksista huolimatta, mutta taustalla on häiriön aiheuttamaa suhinaa tai jopa vinkumista. Mitä vähemmän luotettava vastaanotto on, sitä voimakkaampia ja selvempiä nämä ylimääräiset kohinavaikutukset ovat.

Lisäksi maanpäällisen analogisen signaalin suojausaste on erittäin heikko luvattomalta käytöltä. Julkisten radioasemien kannalta tällä ei tietenkään ole merkitystä. Mutta ensimmäisiä matkapuhelimia käytettäessä oli yksi epämiellyttävä hetki, joka liittyi siihen, että melkein mikä tahansa kolmannen osapuolen radiovastaanotin voitiin helposti virittää halutulle aallonpituudelle puhelinkeskustelun salakuuntelemiseksi.

Analogisella lähetyksellä on tällaisia haittoja. Niiden takia esimerkiksi televisio lupaa muuttua täysin digitaaliseksi suhteellisen lyhyessä ajassa.

Digitaalisen viestinnän ja lähetysten katsotaan olevan paremmin suojattuja häiriöiltä ja ulkoisilta vaikutuksilta. Asia on siinä, että "digitaalista" käytettäessä analoginen signaali lähetysaseman mikrofonista salataan digitaaliseksi koodiksi. Ei, tietenkään luku- ja numerovirta ei leviä ympäröivään tilaan. Yksinkertaisesti, radiopulssien koodi on määritetty tietyn taajuuden ja äänenvoimakkuuden äänelle. Pulssien kesto ja taajuus on asetettu valmiiksi - se on sama sekä lähettimessä että vastaanottimessa. Impulssin läsnäolo vastaa yhtä, poissaolo nollaa. Siksi tällaista viestintää kutsutaan "digitaaliseksi".

Laitetta, joka muuntaa analogisen signaalin digitaaliseksi koodiksi, kutsutaan analogia-digitaalimuunnin (ADC). Ja vastaanottimeen asennettua laitetta, joka muuntaa koodin analogiseksi signaaliksi, joka vastaa ystäväsi ääntä GSM-matkapuhelimen kaiuttimessa, kutsutaan "digital-to-analog converteriksi" (DAC).

Digitaalisen signaalinsiirron aikana virheet ja vääristymät käytännössä eliminoituvat. Jos impulssista tulee hieman voimakkaampi, pitempi tai päinvastoin, järjestelmä tunnistaa sen silti yksikkönä. Ja nolla pysyy nollana, vaikka jokin satunnainen heikko signaali ilmestyisi tilalle. ADC:lle ja DAC:lle ei ole muita arvoja, kuten 0,2 tai 0,9 - vain nolla ja yksi. Siksi häiriöillä ei ole juuri mitään vaikutusta digitaaliseen viestintään ja lähetyksiin.

Lisäksi "digitaalinen" on myös paremmin suojattu luvattomalta käytöltä. Loppujen lopuksi, jotta laitteen DAC voi purkaa signaalin salauksen, sen on "tunnettava" salauksen purkukoodi. ADC voi signaalin ohella lähettää myös vastaanottimeksi valitun laitteen digitaalisen osoitteen. Siten, vaikka radiosignaali siepattaisiin, sitä ei voida tunnistaa, koska ainakin osa koodista puuttuu. Tämä on erityisen totta.

Joten tässä digitaalisten ja analogisten signaalien erot:

1) Analogista signaalia voi vääristää häiriö, ja digitaalinen signaali voi joko olla täysin tukossa häiriöstä tai saapua ilman säröä. Digitaalinen signaali on joko ehdottomasti läsnä tai puuttuu kokonaan (joko nolla tai yksi).

2) Analoginen signaali on kaikkien laitteiden käytettävissä, jotka toimivat samalla periaatteella kuin lähetin. Digitaalinen signaali on suojattu turvallisesti koodilla, ja sitä on vaikea siepata, jos sitä ei ole tarkoitettu sinulle.

Tietosignaali - fyysinen prosessi, joka koskee henkilöä tai teknistä laitetta tiedottava merkitys. Se voi olla jatkuva (analoginen) tai diskreetti

Termi "signaali" tunnistetaan hyvin usein käsitteillä "data" ja "informaatio". Itse asiassa nämä käsitteet liittyvät toisiinsa, eivätkä ne ole olemassa ilman toisiaan, vaan kuuluvat eri luokkiin.

Signaali on informaatiotoiminto, joka välittää viestin minkä tahansa fyysisen järjestelmän, kohteen tai ympäristön fyysisistä ominaisuuksista, tilasta tai käyttäytymisestä, ja signaalinkäsittelyn tarkoituksena voidaan katsoa olevan tietyn näissä signaaleissa näkyvän informaation poimiminen (in lyhyt - hyödyllinen tai kohdetieto) ja muuntaa nämä tiedot sellaiseen muotoon, joka on kätevä havaita ja käyttää edelleen.

Tieto välitetään signaalien muodossa. Signaali on fyysinen prosessi, joka kuljettaa tietoa. Signaali voi olla ääni, valo, postin muodossa jne.

Signaali on materiaalinen tiedon välittäjä, joka välitetään lähteestä kuluttajalle. Se voi olla diskreetti ja jatkuva (analoginen)

Analoginen signaali- datasignaali, jossa jokainen edustava parametri on kuvattu ajan funktiolla ja jatkuvalla mahdollisten arvojen joukolla.

Analogisia signaaleja kuvataan jatkuvilla ajan funktioilla, minkä vuoksi analogista signaalia kutsutaan joskus jatkuvaksi signaaliksi. Analogiset signaalit erotetaan diskreetistä (kvantisoitu, digitaalinen).

Esimerkkejä jatkuvista tiloista ja vastaavista fysikaalisista suureista: (suora: sähköjännite; ympyrä: roottorin, pyörän, vaihteen, analogisen kellon osoittimen tai kantoaaltosignaalin vaiheen sijainti; segmentti: männän, ohjausvivun, nestelämpömittarin asento , tai sähkösignaali, jonka amplitudi on rajoitettu erilaisissa moniulotteisissa tiloissa: väri, kvadratuurimoduloitu signaali.)

Analogisten signaalien ominaisuudet ovat suurelta osin kvantisoidun tai digitaalisen vastakkaiset ominaisuudet signaaleja.

Selkeästi erotettavissa olevien diskreettien signaalitasojen puuttuminen tekee mahdottomaksi soveltaa informaation käsitettä siinä muodossa kuin se ymmärretään digitaalitekniikassa kuvaamaan sitä. Yhden lukeman "informaation määrää" rajoittaa vain mittauslaitteen dynaaminen alue.

Ei redundanssia. Arvoavaruuden jatkuvuudesta seuraa, että signaaliin tuotu kohina on mahdotonta erottaa itse signaalista, joten alkuperäistä amplitudia ei voida palauttaa. Itse asiassa suodatus on mahdollista esimerkiksi taajuusmenetelmillä, jos tämän signaalin ominaisuuksista (erityisesti taajuuskaistasta) tiedetään jotain lisätietoa.

Sovellus:

Analogisia signaaleja käytetään usein edustamaan jatkuvasti muuttuvia fyysisiä suureita. Esimerkiksi termoparista otettu analoginen sähköinen signaali kuljettaa tietoa lämpötilan muutoksista, mikrofonista tuleva signaali ääniaallon paineen nopeista muutoksista jne.

Diskreetti signaali koostuu laskettavasta joukosta (eli joukosta, jonka elementit voidaan laskea) elementtejä (sanotaan - informaatioelementtejä). Esimerkiksi "tiili"-signaali on erillinen. Se koostuu seuraavista kahdesta elementistä (tämä on tämän signaalin syntaktinen ominaisuus): punainen ympyrä ja valkoinen suorakulmio ympyrän sisällä, joka sijaitsee vaakasuunnassa keskellä. Lukijan parhaillaan hallitsema tieto esitetään erillisen signaalin muodossa. Voit erottaa seuraavat elementit: osiot (esimerkiksi "Tiedot"), alaosat (esimerkiksi "Ominaisuudet"), kappaleet, lauseet, yksittäiset lauseet, sanat ja yksittäiset merkit (kirjaimet, numerot, välimerkit jne.). Tämä esimerkki osoittaa, että signaalin pragmatiikasta riippuen voidaan erottaa erilaisia informaatioelementtejä. Itse asiassa tietystä tekstistä tietojenkäsittelytiedettä opiskelevalle henkilölle suuremmat tietoelementit, kuten osiot, alakohdat ja yksittäiset kappaleet, ovat tärkeitä. Niiden avulla hän voi helpommin navigoida materiaalin rakenteessa, omaksua sen paremmin ja valmistautua kokeeseen. Tämän metodologisen materiaalin laatijalle on ilmoitettujen tietoelementtien lisäksi tärkeitä myös pienemmät, esimerkiksi yksittäiset lauseet, joiden avulla tämä tai toinen idea esitetään ja jotka toteuttavat tämän tai toisen saavutettavuusmenetelmän. materiaali. Diskreetin signaalin pienimpien elementtien joukkoa kutsutaan aakkosiksi ja itse diskreetti signaalia myös ns. viesti.

Näytteenotto on jatkuvan signaalin muuntamista diskreetiksi (digitaaliseksi).

Ero diskreetin ja jatkuvan tiedon esityksen välillä näkyy selvästi kellon esimerkissä. Digitaalisella kellotaululla varustetussa elektronisessa kellossa tiedot esitetään diskreetti - numeroina, joista jokainen eroaa selvästi toisistaan. Mekaanisessa kellossa, jossa on osoitinkello, tiedot esitetään jatkuvasti - kahden osoittimen asennot ja osoittimen kaksi eri asentoa eivät aina ole selvästi erotettavissa (varsinkin jos kellotaulussa ei ole minuuttimerkkejä).

Jatkuva signaali– heijastuu johonkin tiettyyn aikaväliin muuttuvaan fyysiseen suureen, esimerkiksi sointiin tai äänenvoimakkuuteen. Tämä tieto esitetään jatkuvan signaalin muodossa niille opiskelijoille - kuluttajille, jotka osallistuvat tietojenkäsittelytieteen luentoihin ja havaitsevat materiaalin ääniaaltojen (eli luennoitsijan äänen) kautta, jotka ovat luonteeltaan jatkuvia.

Kuten tulemme myöhemmin näkemään, diskreetti signaali soveltuu paremmin muunnoksille, ja siksi sillä on etuja jatkuvaan signaaliin verrattuna. Samaan aikaan teknisissä järjestelmissä ja todellisissa prosesseissa jatkuva signaali hallitsee. Tämä pakottaa meidät kehittämään tapoja muuntaa jatkuva signaali erilliseksi.\

Jatkuvan signaalin muuntamiseksi diskreetiksi kutsutaan menettelyä kvantisointi.

Digitaalinen signaali on datasignaali, jossa jokainen edustava parametri on kuvattu diskreetillä aikafunktiolla ja äärellisellä joukolla mahdollisia arvoja.

Diskreetti digitaalinen signaali on vaikeampi lähettää pitkiä etäisyyksiä kuin analoginen signaali, joten se esimoduloidaan lähettimen puolella ja demoduloidaan tiedon vastaanottimen puolella. Algoritmien käyttö digitaalisen tiedon tarkistamiseen ja palauttamiseen digitaalisissa järjestelmissä voi merkittävästi lisätä tiedonsiirron luotettavuutta.

Kommentti. On pidettävä mielessä, että todellinen digitaalinen signaali on fyysiseltä luonteeltaan analoginen. Kohinasta ja siirtolinjan parametrien muutoksista johtuen siinä on vaihteluita amplitudissa, vaiheessa/taajuudessa (värinä) ja polarisaatiossa. Mutta tämä analoginen signaali (pulssi ja diskreetti) on varustettu luvun ominaisuuksilla. Tämän seurauksena on mahdollista käyttää numeerisia menetelmiä (tietokonekäsittely) sen käsittelemiseen.