Аналоговые и цифровые сигналы. В системе связи информация распространяется от одной точки к другой посредством электрических сигналов

В системе связи информация распространяется от одной точки к другой посредством электрических сигналов.

Аналоговый сигнал представляет собой непрерывно изменяющуюся электромагнитную волну, которая может распространяться через множество сред, в зависимости от частоты; в качестве примеров таких сред можно назвать проводные линии, такие, как витая пара и коаксиальный кабель, оптоволокно; этот сигнал может также распространяться через атмосферу или космическое пространство.

Цифровой сигнал представляет собой последовательность импульсов напряжения, которые могут передаваться по проводной линии, при этом постоянный положительный уровень напряжения может использоваться для представления двоичного нуля, а постоянный отрицательный уровень — для представления двоичной единицы.

Основное преимущество цифровых сигналов состоит в том, что их передача в общем случае дешевле и менее восприимчива к помехам, чем передача аналоговых сигналов. Основной недостаток — цифровым сигналам затухание вредит больше, чем аналоговым. На рис. 2 показаны исходная последовательность импульсов напряжения, генерируемых источником, и эти же импульсы, прошедшие некоторое расстояние по передающей среде. Из-за затухания, или ослабления, мощности сигнала на высоких частотах импульсы становятся более сглаженными и низкими. Ясно, что это затухание довольно быстро может привести к потере информации, содержащейся в передаваемом сигнале.

Рис. 2. Ослабление цифровых сигналов

И аналоговые, и цифровые данные могут быть представлены, а, следовательно, и переданы, в форме как аналоговых, так и цифровых сигналов. Это показано на рис. 3. В общем случае аналоговые данные являются функцией времени и занимают ограниченный спектр частот.

Такие данные можно непосредственно представить электромагнитным сигналом, имеющим аналогичный спектр, наиболее наглядный пример — передача речи. Речь, представляя собой звуковые волны, содержит частотные составляющие в области 20 Гц - 20 кГц. Однако большая часть энергии речи находится в намного более узком диапазоне. Стандартный спектр речевых сигналов — 300-3400 Гц, и этого диапазона вполне хватает для разборчивой и четкой передачи речи. Именно такой диапазон обрабатывает телефонный аппарат. Все поступающие звуковые колебания в диапазоне 300-3400 Гц преобразуются в электромагнитный сигнал с подобными амплитудами и частотами. В другом аппарате выполняется обратный процесс: электромагнитная энергия преобразуется в звук.

а)

б)

Рис. 3. Аналоговые и цифровые сигналы аналоговых и цифровых данных

Цифровые данные также можно представить аналоговыми сигналами, применив с этой целью модем (модулятор/демодулятор). Модем преобразует последовательность двоичных (принимающих два значения) импульсов напряжения в аналоговый сигнал, модулируя их несущей частотой. Получившийся в результате сигнал занимает определенный спектр частот с центром на несущей частоте и может распространяться в среде, подходящей для этой несущей частоты. Наиболее распространенные модемы представляют цифровые данные в спектре частот, совпадающем со спектром речи, позволяя, таким образом, передавать эти данные по обычным телефонным линиям. На другом конце линии другой модем демодулирует сигнал и восстанавливает исходные данные.

С использованием очень похожего способа аналоговые данные могут представляться и цифровыми сигналами. Устройство, выполняющее функцию передачи речевой информации, называется кодеком (кодером/декодером). По существу кодек принимает аналоговый сигнал, непосредственно представляющий речевую информацию, и аппроксимирует этот сигнал потоком битов. Приемник, со своей стороны, использует этот поток битов для воспроизведения аналоговых данных.

Наконец, цифровые данные могут быть представлены непосредственно в двоичной форме, двумя уровнями напряжения. Однако для улучшения характеристик распространения двоичные данные часто перекодируются в цифровой сигнал более сложной формы.

Каждая из четырех возможных комбинаций (представлены в табл. 2) находит широкое применение. Причины выбора какой-либо конкретной комбинации различны.

Цифровые данные, цифровой сигнал. В общем случае оборудование для кодирования цифровых данных цифровым сигналом дешевле и проще, чем оборудование для модулирования цифровых данных аналоговым сигналом.

Аналоговые данные, цифровой сигнал. Преобразование аналоговых данных в цифровую форму позволяет использовать современное цифровое оборудование передачи и коммутации.

Цифровые данные, аналоговый сигнал. По некоторым передающим средам, таким, как ненаправляемые среды, могут распространяться только аналоговые сигналы.

Аналоговые данные, аналоговый сигнал. Аналоговые данные легко поддаются преобразованию в аналоговый сигнал.

Таблица 2. Аналоговая и цифровая передача