Аналоговый и цифровой сигналы — различия, преимущества и недостатки. Цифровой и аналоговый сигнал: в чем сходство и различие, достоинства и недостатки? Беспроводные каналы связи

Обычно нам нет дела до того, как работает телефонная линия (но только не тогда, когда приходится кричать изо всех сил в телефонную трубку: "Повторите пожалуйста, ничего не слышно!").

Телефонные компании предоставляют клиенту множество самых разных услуг. В прейскурантах этих услуг разобраться не так просто - что, собственно, предлагается, и сколько за какую услугу следует платить. В этой статье мы ни словом не обмолвимся о ценах, однако попытаемся выяснить, в чем различие между наиболее часто предлагаемыми продуктами и услугами в области телефонной связи.

АНАЛОГОВЫЕ ЛИНИИ, ЦИФРОВЫЕ ЛИНИИ

Во-первых, линии бывают аналоговые и цифровые. Аналоговый сигнал меняется непрерывным образом; он всегда имеет определенное значение, представляющее, например, громкость и высоту передаваемого голоса или цвет и яркость определенного участка изображения. Цифровые сигналы имеют только дискретные значения. Как правило, сигнал либо включен, либо выключен, либо он есть, либо его нет. Иными словами, его значение равно или 1 или 0.

Аналоговые телефонные линии используются в телефонии с незапамятных времен. Даже телефоны пятидесятилетней давности, скорее всего, удастся подключить к абонентскому шлейфу - линии между домашней телефонной розеткой и центральной телефонной станцией. (Центральная телефонная станция - это не сверкающий небоскреб в центре города; длина абонентского шлейфа в среднем не превышает 2,5 миль (четырех километров), так что "центральная телефонная станция", как правило, помещается в каком-нибудь невзрачном здании неподалеку.)

Во время телефонного разговора встроенный в телефонную трубку микрофон преобразует речь в аналоговый сигнал, передаваемый на центральную телефонную станцию, откуда он попадает либо на другой абонентский шлейф, либо на другие коммутационные устройства, если вызываемый номер находится вне зоны действия данной станции. При наборе номера телефонный аппарат генерирует передаваемые по тому же основному каналу сигналы (in-band signals), указывающие, кому предназначен данный вызов.

За время своего существования телефонные компании накопили большой опыт в передаче речи. Установлено, что для выполнения этой задачи в основном достаточен диапазон частот от 300 до 3100 Гц. Напомним, что аудиосистемы класса hi-fi способны воспроизводить звук без искажений в частотном диапазоне 20-20000 Гц, а значит, телефонного диапазона хватает обычно только для того, чтобы абонент мог узнать звонящего по голосу (для других применений этот диапазон с большой вероятностью окажется чересчур узок - для передачи музыки, например, телефонная связь совершенно не годится). Плавный спад амплитудно-частотной характеристики на высоких и низких частотах телефонные компании обеспечивают с помощью аналогового телефонного канала 4000 Гц.

Центральная телефонная станция, как правило, оцифровывает сигнал, предназначенный для дальнейшей передачи по телефонной сети. За исключением Джилбет Каунти (шт. Арканзас) и Рэт Форк (шт. Вайоминг), во всех американских телефонных сетях сигнал между центральными станциями передается в цифровом виде. Хотя во многих компаниях используются цифровые учрежденческие АТС и средства передачи данных, а все средства ISDN основаны на цифровой кодировке, абонентские шлейфы по-прежнему остаются "последним оплотом" аналоговой связи. Объясняется это тем, что большинство телефонов в частных домах не имеют средств оцифровки сигнала и не могут работать с линиями пропускной способностью свыше 4000 Гц.

НА ЧТО ХВАТАЕТ 4000 ГЦ?

Модем - это устройство, преобразующее цифровые сигналы компьютера в аналоговые сигналы с частотами, в пределах полосы пропускания телефонной линии. Максимальная пропускная способность канала напрямую связана с полосой пропускания. Точнее, величина пропускной способности (в битах/сек) определяется полосой пропускания и допуском на отношение сигнал/шум. В настоящее время максимальная пропускная способность модемов - 33,6 Кбит/с - уже близка к этому пределу. Пользователи модемов с пропускной способностью 28,8 Кбит/с хорошо знают, что зашумленные аналоговые линии редко обеспечивают их полную пропускную способность, которая часто оказывается куда ниже. Сжатие, кэширование и прочие увертки помогают несколько выправить ситуацию, и тем не менее мы скорее доживем до изобретения вечного двигателя, чем до появления модемов с пропускной способностью 50 или хотя бы 40 Кбит/с на обычных аналоговых линиях.

Телефонные компании решают обратную задачу - оцифровывают аналоговый сигнал. Для передачи получающегося цифрового сигнала используются каналы пропускной способностью 64 Кбит/с (это - мировой стандарт). Такой канал, именуемый DS0 (digital signal, нулевой уровень), является базовым кирпичиком, из которого строятся все прочие телефонные линии. Например, можно объединить (правильный термин - уплотнить) 24 канала DS0 в канал DS1. Арендуя линию T-1, пользователь фактически получает канал DS1. Подсчитывая суммарную пропускную способность DS1, надо помнить, что после каждых 192 информационных бит (то есть 8000 раз в секунду) передается один бит синхронизации: всего получается 1,544 Мбит/с (64000 умножить на 24 плюс 8000).

ВЫДЕЛЕННЫЕ ЛИНИИ, КОММУТИРУЕМЫЕ ЛИНИИ

Помимо линии Т-1 клиент может арендовать выделенные линии или пользоваться обычными коммутирующими линиями. Арендуя у телефонной компании канал T-1 или низкоскоростную линию передачи данных, например цифровую линию dataphone (dataphone digital service, DDS), абонент фактически берет напрокат прямое соединение и в результате становится единственным пользователем канала с пропускной способностью 1,544 Мбит/с (T-1) или 56 Кбит/с (низкоскоростная линия).

Хотя технология frame relay и предполагает коммутацию индивидуальных кадров, соответствующие услуги предлагаются пользователю в виде виртуальных каналов связи между фиксированными конечными точками. С точки зрения архитектуры сети, frame relay следует рассматривать, скорее, как выделенную, нежели как коммутируемую линию; немаловажен тот факт, что цена такой услуги при той же пропускной способности существенно ниже.

Коммутационные услуги (примером их может служить обслуживание обычного квартирного телефона) - это услуги, приобретаемые у телефонной компании. Абоненту по требованию предоставляется осуществляемое с помощью сети коммутаторов общего пользования соединение с любым узлом телефонной сети. В отличие от ситуации с выделенными линиями, плата в этом случае взимается за время соединения или реальный объем трафика и зависит большей частью от частоты и объема пользования сетью. Коммутационные услуги цифровой связи могут предоставляться на основе протоколов X.25, Switched 56, ISDN Basic Rate Interface (BRI), ISDN Primary Rate Interface (PRI), Switched Multimegabit Data Service (SMDS) и ATM. Некоторые организации, например университеты, железные дороги или муниципальные организации, создают частные сети с использованием собственных коммутаторов и арендованных, а порой даже своих собственных линий.

Если линия, полученная от телефонной компании, цифровая, то для обмена данными между телефонной сетью и оконечным оборудованием (этим термином телефонные компании обозначают такое оборудование, как компьютеры, факсимильные аппараты, видеотелефоны и цифровые телефонные аппараты) не требуется выполнять преобразование цифровых сигналов в аналоговые, а следовательно, необходимость в модеме отпадает. Тем не менее и в этом случае пользование телефонной сетью накладывает определенные требования на абонента. В частности, следует обеспечивать корректную концевую заделку абонентского шлейфа, правильную передачу трафика и поддержку диагностики, выполняемой телефонной компанией.

Линия, поддерживающая протокол ISDN BRI, должна быть подсоединена к устройству под названием NT1 (network termination 1). Помимо концевой заделки линии и поддержки диагностических процедур устройство NT1 осуществляет согласование двухпроводного абонентского шлейфа с четырехпроводной системой цифрового оконечного оборудования. При использовании арендованных цифровых линий T-1 или DDS, а также услуг цифровой связи в качестве нагрузки линии следует использовать модуль обслуживания канала (channel service unit, CSU). CSU работает как терминатор, обеспечивает корректную нагрузку линии и отрабатывает команды диагностики. Оконечное оборудование, имеющееся у клиента, взаимодействует с модулем обслуживания данных (data service unit, DSU), который преобразует цифровые сигналы к стандартному виду и передает их на CSU. Конструктивно CSU и DSU часто объединяются в один модуль под названием CSU/DSU. DSU можно встроить в маршрутизатор или мультиплексор. Таким образом, и в этом случае (хотя модемы здесь не нужны) потребуется установка определенных интерфейсных устройств.

НОСИТЕЛИ ДЛЯ ТЕЛЕФОННОЙ СВЯЗИ

Большинство аналоговых абонентских шлейфов лишь при очень благоприятных условиях могут обеспечить пропускную способность в 33,6 Кбит/с. С другой стороны, та же самая витая пара, соединяющая офис с центральной телефонной станцией, вполне может использоваться для работы с ISDN BRI, что дает пропускную способность по данным 128 Кбит/с и еще 16 Кбит/с для управления и настройки. В чем тут дело? Сигнал, передаваемый по аналоговым телефонным лииниям, подвергается фильтрации для подавления всех частот свыше 4 КГц. При использовании цифровых линий такой фильтрации не требуется, поэтому полоса пропускания витой пары оказывается существенно шире, а следовательно, повышается и пропускная способность.

Арендуемые линии с пропускной способностью 56 и 64 Кбит/с представляют собой двухпроводные или четырехпроводные цифровые линии (в последнем случае одна пара используется для передачи, а другая - для приема). Эти же линии пригодны в качестве носителя для предоставления услуг цифровой связи, например frame relay или Switched 56. В качестве носителя для T-1, а также ISDN PRI и frame relay часто применяются четырехпроводные линии или даже оптические кабели. Линии T-3 иногда представляют собой коаксиальный кабель, но чаще они все-таки выполняются на основе оптического.

Хотя ISDN по-прежнему и привлекает самое широкое внимание как средство высокоскоростной передачи сигнала на большие расстояния, в последнее время появились более новые средства связи для "последней мили" (т.е. абонентского шлейфа). Компании PairGain и AT&T Paradyne предлагают продукты на базе разработанной компанией Bellcore технологии высокоскоростного цифрового абонентского шлейфа (high bit-rate digital subscriber loop, HDSL). Данные продукты позволяют уравнять возможности всех имеющихся абонентских шлейфов; установив устройства HDSL на обоих концах линии, можно получить пропускную способность DS1 (1,544 Мбит/с) практически на всех существующих абонентских шлейфах. (HDSL длиной до 3,7 км может использоваться на абонентских шлейфах без повторителей в случае стандартных проводов 24 калибра. Для работы обычных линий T-1 необходимо ставить повторители через каждые километр-полтора). Альтернативой HDSL в достижении пропускной способности DS1 на "последней миле" является либо использование оптического кабеля (что весьма накладно), либо установка нескольких повторителей на каждой линии (это не так дорого, как оптоволоконная техника, но все равно недешево). Кроме того, в данном случае существенно возрастают расходы телефонной компании, а следовательно и клиента, на поддержание линии в рабочем состоянии.

Но даже и HDSL - не последнее слово техники в области увеличения пропускной способности на "последней миле". Ожидается, что наследник HDSL, технология асимметричного цифрового абонентского шлейфа (asymmetrical digital subscriber line, ASDL), сможет обеспечить пропускную способность 6 Мбит/с в одном направлении; пропускная способность другого существенно ниже - что-нибудь около 64 Кбит/с. В идеале или, как минимум, при отсутствии чьей-либо монополии - если считать, что стоимость услуги для клиента примерно соответствует ее себестоимости для телефонной компании - большая доля клиентов могла бы пользоваться ISDN PRI (или другими услугами на базе T-1) по цене, сравнимой с теперешней ценой ISDN BRI.

Однако сегодня сторонникам ISDN, скорее всего, беспокоиться не о чем; в большинстве случаев телефонные компании предпочтут увеличить пропускную способность линий и положить всю прибыль себе в карман без снижения стоимости услуг для клиента. Вовсе не очевидно, что тарифы на услуги должны быть основаны на здравом смысле.

Таблица 1. Типы телефонных услуг

Цифровой и аналоговый сигнал: сравнительная характеристика

Рация – востребованное средство связи?

• Мгновенно обмениваться сообщениями
• Разговаривать одновременно с несколькими абонентами
• Долговечны в эксплуатации, и работают в любых условиях

Аналоговые рации: преимущества и недостатки

• Звук передается незакодированным, что очень нравится большинству пользователей
• Огромный ассортимент разнообразных моделей и выбор всевозможных аксессуаров
• Простота эксплуатации и понимание пользователями использование частот

• На одном канале можно вести только один разговор одновременно
• Необходимость в наличии передатчика и приемника, специально настроенных на одну частоту
• Невозможность использования программ, разработанных для бизнеса

Цифровые рации: преимущества и недостатки

• Отличное подавление шумов
• Прекрасное качество звука на любом расстоянии
• Возможность на одном канале вести несколько разговоров одновременно
• Возможность передачи коротких сообщений
• Высокая плотность каналов
• Сигналы принимаются стандартными антеннами
• Цифровая обработка снижает фоновый шум
• Наличие программного обеспечения
• Цифровая платформа позволяет использовать и аналоговую и цифровую рации одновременно
• Можно отслеживать перемещение собеседников в одной сети

• Высокая стоимость
• Длительное обучение использованию
• Радиочастотные шумы мешают цифровым сигналом, может возникнуть ошибка

Из всего выше перечисленного можно сделать вывод, что цифровые радиостанции отличаются от аналоговых наличием более высоких эксплуатационных и функциональных характеристик. Главное преимущество цифровых устройств – более высокая устойчивость сигнала при наличии помех. Поэтому они становятся популярными.

Любой сигнал, аналоговый или цифровой — это электромагнитные колебания, которые распространяются с определенной частотой, в зависимости от того, какой сигнал передается, устройство, принимающее данный сигнал, переводит его в текстовую, графическую или звуковую информацию, удобную для восприятия пользователя или самого устройства. Для примера, телевизионный или радиосигнал, вышка или радиостанция может передавать и аналоговый и, на даный момент, цифровой сигнал. Приемное устройство, получая данный сигнал, преобразует его в изображение или звук, дополняя текстовой информацией (современные радиоприемники).

Звук передается в аналоговой форме и уже через приемное устройство преобразуется в электромагнитные колебания, а как уже говорилось, колебания распространяются с определенной частотой. Чем выше будет частота звука, тем выше будут колебания, а значит звук на выходе будет громче. Говоря общими словами, аналоговый сигнал распространяется непрерывно, цифровой сигнал — прерывисто (дискретно).

Так как аналоговый сигнал распространяется постоянно, то колебания суммируются и на выходе возникает несущая частота, которая в данном случае является основной и на нее осуществляется настройка приемника. В самом приемнике происходит отделение данной частоты от других колебаний, которые уже преобразуются в звук. К очевидным недостаткам передачи при помощи аналогового сигнала относятся — большое количество помех, невысокая безопасность передаваемого сигнала, а также большой объем передаваемой информации, часть из которой явлляется лишней.

Если говорить о цифровом сигнале, где данные передаются дискретно, стоит выделить его явные преимущества:

• высокий уровень защиты передаваемой информации за счет ее шифрования;
• легкость приема цифрового сигнала;
• отсутствие постороннего «шума»;
• цифровое вещание способно обеспечить огромное количество каналов;
• высокое качество передачи — цифровой сигнал обеспечивает фильтрацию принимаемых данных;

Для преобразования аналогового сигнала в цифровой и наоборот испльзуются специальные устройства — аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП). АЦП устанавливается в передатчике, ЦАП установлен в приемнике и преобразует дискретный сигнал в аналоговый.

Что касается безопасности, почему цифровой сигнал является более защищенным, чем аналоговый. Цифровой сигнал передается в зашифрованном виде и устройство, которое принимает сигнал, должно иметь код для расшифровки сигнала. Также стоит отметить, что АЦП может передавать и цифровой адрес приемника, если сигнал будет перехвачен, то полностью расшифровать его будет невозможно, тка как отсутствует часть кода — такой подход широко используется в мобильной связи.

Подведем итог, основное различие между аналоговым и цифровым сигналом заключается в структуре передаваемого сигнала. Аналоговые сигналы представляют из себя непрерывный поток колебаний с изменяющимися амплитудой и частотой. Цифровой сигнал представляет из себя дискретные колебания, значения которых зависят от передающей среды.

Сигналами называют информационные коды, которые применяются людьми для того, чтобы передавать сообщения в информационной системе. Сигнал может подаваться, но его получение не обязательно. Тогда как сообщением можно считать только такой сигнал (или совокупность сигналов), который был принят и декодирован получателем (аналоговый и цифровой сигнал).

Одними из первых методов передачи информации без участия людей или других живых существ были сигнальные костры. При возникновении опасности последовательно разводились костры от одного поста к другому. Далее мы будем рассматривать способ передачи информации при помощи электромагнитных сигналов и подробно остановимся на рассмотрении темы аналоговый и цифровой сигнал .

Любой сигнал может быть представлен в виде функции, которая описывает изменения его характеристик. Такое представление удобно для изучения устройств и систем радиотехники. Помимо сигнала в радиотехнике есть еще шум, который является его альтернативой. Шум не несет полезной информации и искажает сигнал, взаимодействуя с ним.

Само понятие дает возможность отвлечься от конкретных физических величин при рассмотрении явлений, связанных с кодированием и декодированием информации. Математическая модель сигнала в исследованиях позволяет опираться на параметры функции времени.

Типы сигналов

Сигналы по физической среде носителя информации делятся на электрические, оптические, акустические и электромагнитные.

По методу задания сигнал может быть регулярным и нерегулярным. Регулярный сигнал представляется детерминированной функцией времени. Нерегулярный сигнал в радиотехнике представлен хаотической функцией времени и анализируется вероятностным подходом.

Сигналы в зависимости от функции, которая описывает их параметры могут быть аналоговыми и дискретными. Дискретный сигнал, который был подвергнут квантованию называется цифровым сигналом.

Обработка сигнала

Аналоговый и цифровой сигнал обрабатывается и направлен на то, чтобы передать и получить информацию, закодированную в сигнале. После извлечения информации ее можно применять в разных целях. В частных случаях информация подвергается форматированию.

Аналоговые сигналы подвергаются усилению, фильтрации, модуляции и демодуляции. Цифровые же помимо этого еще могут подвергаться сжатию, обнаружению и др.

Аналоговый сигнал

Наши органы чувств воспринимают всю поступающую в них информацию в аналоговом виде. К примеру, если мы видим проезжающий мимо автомобиль, мы видим его движение непрерывно. Если бы наш мозг мог получать информацию о его положении раз в 10 секунд, люди бы постоянно попадали под колеса. Но мы можем оценивать расстояние куда быстрее и это расстояние в каждый момент времени четко определено.

Абсолютно то же самое происходит и с другой информацией, мы можем оценивать громкость в любой момент, чувствовать какое давление наши пальцы оказывают на предметы и т.п. Иными словами, практически вся информация, которая может возникать в природе имеет аналоговый вид. Передавать подобную информацию проще всего аналоговыми сигналами, которые являются непрерывными и определены в любой момент времени.

Чтобы понять, как выглядит аналоговый электрический сигнал, можно представить себе график, на котором будет отображена амплитуда по вертикальной оси и время по горизонтальной оси. Если мы, к примеру, замеряем изменение температуры, то на графике появится непрерывная линия, отображающая ее значение в каждый момент времени. Чтобы передать такой сигнал с помощью электрического тока, нам надо сопоставить значение температуры со значением напряжения. Так, например, 35.342 градуса по Цельсию могут быть закодированы как напряжение 3.5342 В.

Аналоговые сигналы раньше использовались во всех видах связи. Чтобы избежать помех такой сигнал нужно усиливать. Чем выше уровень шума, то есть помех, тем сильнее надо усиливать сигнал, чтобы его можно было принять без искажения. Такой метод обработки сигнала затрачивает много энергии на выделение тепла. При этом усиленный сигнал может сам стать причиной помех для других каналов связи.

Сейчас аналоговые сигналы еще применяются в телевидении и радио, для преобразования входного сигнала в микрофонах. Но, в целом, этот тип сигнала повсеместно вытеснен или вытесняется цифровыми сигналами.

Цифровой сигнал

Цифровой сигнал представлен последовательностью цифровых значений. Чаще всего сейчас применяются двоичные цифровые сигналы, так как они используются в двоичной электронике и легче кодируются.

В отличие от предыдущего типа сигнала цифровой сигнал имеет два значения «1» и «0». Если мы вспомним наш пример с измерением температуры, то тут сигнал будет сформирован иначе. Если напряжение, которое подается аналоговым сигналом соответствует значению измеряемой температуры, то в цифровом сигнале для каждого значения температуры будет подаваться определенное количество импульсов напряжения. Сам импульс напряжения тут будет равен «1», а отсутствие напряжения – «0». Приемная аппаратура будет декодировать импульсы и восстановит исходные данные.

Представив, как будет выглядеть цифровой сигнал на графике, мы увидим, что переход от нулевого значения к максимальному производится резко. Именно эта особенность позволяет принимающей аппаратуре более четко «видеть» сигнал. Если возникают какие-либо помехи, приемнику проще декодировать сигнал, нежели чем при аналоговой передаче.

Однако цифровой сигнал с очень большим уровнем шума восстановить невозможно, тогда как из аналогового типа при большом искажении еще есть возможность «выудить» информацию. Это связано с эффектом обрыва. Суть эффекта в том, что цифровые сигналы могут передаваться на определенные расстояния, а затем просто обрываются. Этот эффект возникает повсеместно и решается простой регенерацией сигнала. Там, где сигнал обрывается, нужно вставить повторитель или уменьшить длину линии связи. Повторитель не усиливает сигнал, а распознает его изначальный вид и выдает его точную копию и может использоваться сколь угодно в цепи. Такие способы повторения сигнала активно применяются в сетевых технологиях.

Помимо всего прочего аналоговый и цифровой сигнал различается и возможность кодирования и шифрования информации. Это является одной из причин перехода мобильной связи на «цифру».

Аналоговый и цифровой сигнал и цифро-аналоговое преобразования

Следует еще немного рассказать о том, как аналоговая информация передается по цифровым каналам связи. Вновь прибегнем к примерам. Как уже говорилось звук – это аналоговый сигнал.

Что происходит в мобильных телефонах, которые передают информацию по цифровым каналам

Звук, попадая в микрофон подвергается аналого-цифровому преобразованию (АЦП). Этот процесс состоит из 3 ступеней. Берутся отдельные значения сигнала через одинаковые отрезки времени, этот процесс называется дискретизация. По теореме Котельникова о пропускной способности каналов, частота взятия этих значений должна быть вдвое выше, чем самая высокая частота сигнала. То есть, если в нашем канале стоит ограничение на частоту в 4 кГц, то частота дискретизации будет составлять 8 кГц. Далее все выбранные значения сигнала округляются или, иначе говоря, квантуются. Чем больше уровней при этом будет создано, тем выше будет точность восстановленного сигнала на приемнике. Затем все значения преобразуются в двоичный код, который передается на базовую станцию и затем доходит до другого абонента, являющегося приемником. В телефоне приемника происходит процедура цифро-аналогового преобразования (ЦАП). Это обратная процедура, цель которой на выходе получить сигнал как можно более идентичный исходному. Далее уже аналоговый сигнал выходит в виде звука из динамика телефона.

Человек ежедневно разговаривает по телефону, смотрит передачи различных телеканалов, слушает музыку, бороздит по просторам интернета. Все средства связи и иная информационная среда основываются на передаче сигналов различных типов. Многие задаются вопросами о том, чем отличается аналоговая информация от других видов данных, что такое цифровой сигнал. Ответ на них можно получить, разобравшись в определении различных электросигналов, изучив их принципиальное отличие между собой.

Аналоговый сигнал

Аналоговый сигнал (континуальный) – естественный инфосигнал, имеющий некоторое число параметров, которые описываются временной функцией и беспрерывным множеством всевозможных значений.

Человеческие органы чувств улавливают всю информацию из окружающей среды в аналоговом виде. Например, если человек видит рядом проезжающий грузовик, то его движение наблюдается и изменяется непрерывно. Если бы мозг получал информацию о передвижении автотранспорта раз в 15 секунд, то люди всегда бы попадали под его колеса. Человек оценивает расстояние моментально, и в каждый временной момент оно определено и различно.

То же самое происходит и с иной информацией – люди слышат звук и оценивают его громкость, дают оценку качеству видеосигнала и тому подобное. Соответственно, все виды данных имеют аналоговую природу и постоянно изменяются.

На заметку. Аналоговый и цифровой сигнал учувствует в передаче речи собеседников, которые общаются по телефону, сеть интернет работает на основе обмена этих каналов сигналов по сетевому кабелю. Такого рода сигналы имеют электрическую природу.

Аналоговый сигнал описывается математической временной функцией, похожей на синусоиду. Если совершить замеры, к примеру, температуры воды, периодически нагревая и охлаждая ее, то на графике функции будет отображена беспрерывная линия, которая отражает ее значение в каждый временной промежуток.

Во избежание помех такие сигналы требуется усиливать посредством специальных средств и приборов. Если уровень помех сигнала высокий, то и усилить его нужно сильнее. Этот процесс сопровождается большими затратами энергии. Усиленный радиосигнал, например, нередко сам может стать помехой для иных каналов связи.

Интересно знать. Аналоговые сигналы ранее применялись в любых видах связи. Однако сейчас он повсеместно вытесняется или уже вытеснен (мобильная связь и интернет) более совершенными цифровыми сигналами.

Аналоговое и цифровое телевидение пока сосуществуют вместе, но цифровой тип телерадиовещания с большой скоростью сменяет аналоговый способ передачи данных из-за своих существенных преимуществ.

Для описания этого типа инфосигнала применяются три основных параметра:

• частота;
• протяженность волны;
• амплитуда.

Недостатки аналогового сигнала

Аналоговый сигнал имеют нижеследующие свойства, в которых прослеживается их разница от цифрового варианта:

1. Этот вид сигналов характеризуется избыточностью. То есть аналоговая информация в них не отфильтрована – несут много лишних информационных данных. Однако пропустить информацию через фильтр возможно, зная дополнительные параметры и природу сигнала, например, частотным методом;
2. Безопасность. Он практически полностью беспомощен перед неавторизированными вторжениями извне;
3. Абсолютная беспомощность перед разнородными помехами. Если на канал передачи данных наложена любая помеха, то она будет в неизменном виде передана сигнальным приемником;
4. Отсутствие конкретной дифференциации уровней дискретизации – качество и количество передаваемой информации ничем не ограничивается.

Вышеприведенные свойства являются недостатками аналогового способа передачи данных, на основании которых можно считать его полностью себя изжившим.

Цифровой и дискретный сигналы

Цифровые сигналы – искусственные инфосигналы, представленные в виде очередных цифровых значений, которые описывают конкретные параметры предаваемой информации.

Для информации. Сейчас преимущественно применяется простой в кодировании битовый поток – двоичный цифровой сигнал. Именно такой тип может использоваться в двоичной электронике.

Различие цифрового типа передачи данных от аналогового варианта состоит в том, что такой сигнал имеет конкретное число значений. В случае с битовым потоком их два: «0» и «1».

Переход от нулевого значения к максимальному в цифровом сигнале производится резко, что позволяет принимающему оборудованию более четко считывать его. При появлении определенных шумов и помех приемнику будет легче декодировать цифровой электросигнал, чем при аналоговой информационной передаче.

Однако цифровые сигналы отличаются от аналогового варианта одним недостатком: при высоком уровне помех их восстановить невозможно, а из континуального сигнала присутствует возможность извлечения информации. Примером этому может послужить разговор по телефону двух человек, в процессе которого могут пропадать целые слова и даже словосочетания одного из собеседников.

Этот эффект в цифровой среде называется эффектом обрыва, который можно локализовать уменьшением протяженности линии связи или установкой повторителя, какой полностью копирует изначальный вид сигнала и передает его дальше.

Аналоговая информация может передаваться по цифровым каналам, пройдя процесс оцифровки специальными устройствами. Такой процесс именуется аналогово-цифровым преобразованием (АЦП). Данный процесс может быть и обратным – цифро-аналоговое преобразование (ЦАП). Примером устройства ЦАП может послужить приемник цифрового ТВ.

Цифровые системы также отличает возможность шифрования и кодирования данных, которая стала важной причиной оцифровывания мобильной связи и сети интернет.

Дискретный сигнал

Существует и третий тип информации – дискретная. Сигнал такого рода является прерывистым и меняется за момент времени, принимая любое из возможных (предписанных заранее) значений.

Дискретная передача информации характеризуется тем, что изменения происходят по трем сценариям:

1. Электросигнал меняется только по времени, оставаясь непрерывным (неизменным) по величине;
2. Он изменяется только по уровню величины, оставаясь непрерывным по временному параметру;
3. Также он может изменяться одномоментно и по величине, и по времени.

Дискретность нашла применение при пакетной передаче большого объема данных в вычислительных системах.

На основании вышесказанного можно определить, что непрерывность и множественность значений – основные отличия аналоговой информации от дискретной и цифровой. Цифровая передача данных вытесняет аналоговую передачу, недаром человечество сейчас живет в век цифровых технологий.

Видео