Segnali analogici e digitali: differenze, vantaggi e svantaggi. Segnale digitale e analogico: quali sono somiglianze e differenze, vantaggi e svantaggi? Canali di comunicazione senza fili

Di solito non ci interessa come funziona la linea telefonica (ma non quando dobbiamo gridare a squarciagola nel telefono: “Per favore ripeti, non sento niente!”).

Le compagnie telefoniche forniscono una varietà di servizi diversi ai clienti. Non è così facile capire i listini prezzi di questi servizi: cosa viene effettivamente offerto e quanto dovresti pagare per quale servizio. Non parleremo di prezzi in questo articolo, ma cercheremo di scoprire quali sono le differenze tra i prodotti e i servizi telefonici più comunemente offerti.

LINEE ANALOGICHE, LINEE DIGITALI

Innanzitutto, le linee possono essere analogiche e digitali. Il segnale analogico cambia continuamente; ha sempre un valore specifico, rappresentando, ad esempio, il volume e il tono della voce trasmessa, oppure il colore e la luminosità di una determinata area dell'immagine. I segnali digitali hanno solo valori discreti. Di norma il segnale è acceso o spento, è presente oppure no. In altre parole, il suo valore è 1 o 0.

Le linee telefoniche analogiche vengono utilizzate nella telefonia da tempi immemorabili. Anche i telefoni di cinquant'anni fa molto probabilmente possono essere collegati a un circuito locale, la linea tra la presa telefonica di casa e la centrale telefonica. (Una centrale telefonica non è un luccicante grattacielo nel centro di una città; la linea media degli abbonati non è lunga più di 2,5 miglia (quattro chilometri), quindi una "centrale telefonica" si trova solitamente in qualche edificio anonimo nelle vicinanze.)

Durante una conversazione telefonica, il microfono integrato nel ricevitore converte la voce in un segnale analogico, che viene trasmesso alla centrale telefonica, da dove va ad un altro circuito di abbonato o ad altri dispositivi di commutazione se il numero chiamato è al di fuori dell'area di copertura di questo scambio. Quando si compone un numero, il telefono genera segnali in banda trasmessi sullo stesso canale principale, indicando a chi è destinata la chiamata.

Nel corso della loro esistenza, le compagnie telefoniche hanno accumulato una vasta esperienza nella trasmissione vocale. È stato stabilito che per svolgere questo compito è generalmente sufficiente la gamma di frequenze compresa tra 300 e 3100 Hz. Ricordiamo che i sistemi audio hi-fi sono in grado di riprodurre il suono senza distorsioni nella gamma di frequenze di 20-20.000 Hz, il che significa che la portata del telefono è solitamente sufficiente solo affinché l'abbonato possa riconoscere il chiamante a voce (per altre applicazioni questo il raggio d'azione potrebbe essere troppo ristretto (ad esempio per trasmettere musica la comunicazione telefonica è del tutto inadatta). Le compagnie telefoniche forniscono una riduzione graduale della risposta in ampiezza in frequenza alle alte e basse frequenze utilizzando un canale telefonico analogico di 4000 Hz.

La centrale telefonica, di norma, digitalizza il segnale destinato all'ulteriore trasmissione sulla rete telefonica. Ad eccezione di Gilbeth County (Arkansas) e Rat Fork (Wyoming), tutte le reti telefoniche americane trasmettono digitalmente i segnali tra le stazioni centrali. Sebbene molte aziende utilizzino centralini digitali privati ​​e strutture di trasmissione dati, e tutte le strutture ISDN siano basate sulla codifica digitale, i circuiti degli abbonati rappresentano ancora “l’ultimo baluardo” delle comunicazioni analogiche. Ciò si spiega con il fatto che la maggior parte dei telefoni nelle case private non dispone di mezzi di digitalizzazione del segnale e non può funzionare con linee con una larghezza di banda superiore a 4000 Hz.

A COSA SERVONO 4000 Hz?

Un modem è un dispositivo che converte i segnali digitali del computer in segnali analogici con frequenze comprese nella larghezza di banda di una linea telefonica. Il throughput massimo di un collegamento è direttamente correlato alla larghezza di banda. Più precisamente, la quantità di throughput (in bit/sec) è determinata dalla larghezza di banda e dalla tolleranza del rapporto segnale/rumore. Attualmente la velocità massima dei modem - 33,6 Kbps - è già vicina a questo limite. Gli utenti di modem a 28,8 Kbps sanno bene che le linee analogiche rumorose raramente raggiungono la piena velocità di trasmissione, che spesso è molto inferiore. Compressione, memorizzazione nella cache e altri trucchi aiutano a migliorare un po' la situazione, eppure è più probabile che vivremo abbastanza per vedere l'invenzione di una macchina a moto perpetuo che per vedere l'avvento dei modem con una larghezza di banda di 50 o almeno 40 Kbps su analogici ordinari. linee.

Le compagnie telefoniche risolvono il problema opposto: digitalizzano il segnale analogico. Per trasmettere il segnale digitale risultante vengono utilizzati canali con una larghezza di banda di 64 Kbit/s (questo è lo standard mondiale). Questo canale, chiamato DS0 (segnale digitale, livello zero), è l'elemento base da cui vengono costruite tutte le altre linee telefoniche. Ad esempio, è possibile combinare (il termine corretto è condensare) 24 canali DS0 in un canale DS1. Noleggiando una linea T-1, l'utente riceve effettivamente un canale DS1. Nel calcolare il throughput totale di DS1, dobbiamo ricordare che dopo ogni 192 bit di dati (ovvero 8000 volte al secondo), viene trasmesso un bit di sincronizzazione: un totale di 1.544 Mbps (64000 volte 24 più 8000).

Linee affittate, linee commutate

Oltre alla linea T-1, il cliente può noleggiare linee affittate o utilizzare linee di commutazione regolari. Noleggiando un circuito T-1 o una linea dati a bassa velocità, come un servizio digitale dataphone (DDS), da una compagnia telefonica, l'abbonato affitta effettivamente una connessione diretta e, di conseguenza, diventa l'unico utente di un Circuito da 1.544 Mbps (T-1 ) o 56 Kbit/s (linea a bassa velocità).

Sebbene la tecnologia Frame Relay comporti la commutazione di singoli frame, i relativi servizi vengono offerti all'utente sotto forma di canali di comunicazione virtuali tra endpoint fissi. Da un punto di vista dell'architettura di rete, frame Relay dovrebbe essere considerata più una linea dedicata che una linea dial-up; È anche importante che il prezzo di tale servizio per la stessa larghezza di banda sia significativamente inferiore.

I servizi di commutazione (un esempio di questo potrebbe essere il servizio di un normale telefono residenziale) sono servizi acquistati dalla compagnia telefonica. Su richiesta, all'abbonato viene fornita una connessione tramite una rete di commutatori pubblici a qualsiasi nodo della rete telefonica. A differenza delle linee affittate, in questo caso il canone viene calcolato in base al tempo di connessione o al volume effettivo del traffico e dipende in gran parte dalla frequenza e dal volume di utilizzo della rete. I servizi di comunicazione digitale possono essere forniti sulla base dei protocolli X.25, Switched 56, ISDN Basic Rate Interface (BRI), ISDN Primary Rate Interface (PRI), Switched Multimegabit Data Service (SMDS) e ATM. Alcune organizzazioni, come università, ferrovie o comuni, creano reti private utilizzando i propri commutatori e linee affittate, e talvolta anche le proprie linee.

Se la linea che ricevete dalla compagnia telefonica è digitale, allora lo scambio di dati tra la rete telefonica e l'apparecchiatura terminale (che è il termine della compagnia telefonica per apparecchiature come computer, fax, videotelefoni e telefoni digitali) non avviene richiedono la conversione da digitale ad analogico e pertanto non è necessario un modem. Tuttavia, in questo caso, l'utilizzo della rete telefonica impone all'abbonato determinati requisiti. In particolare è necessario assicurarsi che la linea locale sia terminata correttamente, che il traffico venga trasportato correttamente e che la diagnostica della compagnia telefonica sia supportata.

La linea che supporta il protocollo ISDN BRI deve essere collegata ad un dispositivo denominato NT1 (terminazione di rete 1). Oltre a terminare la linea e supportare le procedure diagnostiche, il dispositivo NT1 coordina un circuito di abbonato a due fili con un sistema di apparecchiatura terminale digitale a quattro fili. Quando si utilizzano linee digitali affittate T-1 o DDS o servizi di comunicazione digitale, è necessario utilizzare un'unità di servizio canale (CSU) come carico di linea. La CSU funziona come terminatore, garantisce il corretto carico della linea ed elabora i comandi diagnostici. L'apparecchiatura terminale del cliente interagisce con un'unità di servizio dati (DSU), che converte i segnali digitali in una forma standard e li trasmette alla CSU. Strutturalmente, CSU e DSU sono spesso combinati in un unico modulo chiamato CSU/DSU. La DSU può essere integrata in un router o multiplexer. Pertanto, in questo caso (sebbene qui i modem non siano necessari), sarà necessaria l'installazione di alcuni dispositivi di interfaccia.

SUPPORTI PER LE COMUNICAZIONI TELEFONICHE

La maggior parte dei circuiti di utenze analogici può fornire una velocità di trasmissione di 33,6 Kbps solo a condizioni molto favorevoli. D'altro canto, lo stesso cavo a doppino intrecciato che collega l'ufficio alla sede centrale potrebbe essere facilmente utilizzato per eseguire ISDN BRI, fornendo un throughput dati di 128 Kbps e altri 16 Kbps per la gestione e la configurazione. Qual è il problema? Il segnale trasmesso sulle linee telefoniche analogiche viene filtrato per sopprimere tutte le frequenze superiori a 4 kHz. Quando si utilizzano linee digitali, tale filtraggio non è richiesto, quindi la larghezza di banda del doppino è significativamente più ampia e, di conseguenza, il throughput aumenta.

Le linee affittate con una capacità di 56 e 64 Kbps sono linee digitali a due o quattro fili (in quest'ultimo caso, una coppia viene utilizzata per la trasmissione e l'altra per la ricezione). Le stesse linee sono adatte come portante per fornire servizi di comunicazione digitale, ad esempio frame relè o Switched 56. Linee a quattro fili o anche cavi ottici vengono spesso utilizzate come portante per T-1, così come ISDN PRI e frame relè . Le linee T-3 sono talvolta costituite da cavi coassiali, ma più spesso si basano su cavi ottici.

Sebbene l'ISDN continui a ricevere la massima attenzione come mezzo di trasmissione di segnali ad alta velocità su lunghe distanze, recentemente sono emersi nuovi mezzi di comunicazione dell'ultimo miglio (cioè la rete locale). PairGain e AT&T Paradyne offrono prodotti basati sulla tecnologia HDSL (Digital Subscriber Loop) a bit rate elevato di Bellcore. Questi prodotti consentono di equalizzare le capacità di tutti i circuiti di abbonati esistenti; Installando dispositivi HDSL ad entrambe le estremità della linea, è possibile ottenere un throughput DS1 (1.544 Mbit/s) su quasi tutti i circuiti di abbonati esistenti. (L'HDSL fino a 3,7 km di lunghezza può essere utilizzato su linee di abbonati senza ripetitori nel caso di cavi standard di calibro 24. Affinché le linee T-1 regolari funzionino, i ripetitori devono essere installati ogni chilometro e mezzo). Un'alternativa all'HDSL per ottenere il throughput DS1 dell'ultimo miglio è utilizzare il cavo ottico (che è piuttosto costoso) o installare più ripetitori su ciascuna linea (non così costoso come la tecnologia in fibra ottica, ma comunque non economico). Inoltre, in questo caso, i costi della compagnia telefonica, e quindi del cliente, per mantenere la linea funzionante aumentano notevolmente.

Ma anche l'HDSL non rappresenta l'ultima parola in termini di tecnologia nel campo dell'aumento della capacità nell'ultimo miglio. Si prevede che il successore di HDSL, la tecnologia Asymmetrical Digital Subscriber Line (ASDL), fornirà un throughput di 6 Mbps in una direzione; il throughput dell'altro è significativamente inferiore, circa 64 Kbps. Idealmente, o almeno in assenza di monopolio - assumendo che il costo del servizio per il cliente sia approssimativamente uguale al costo per la compagnia telefonica - un'ampia quota di clienti potrebbe utilizzare ISDN PRI (o altri servizi basati su T-1 ) a un costo paragonabile all'attuale prezzo ISDN BRI.

Oggi, tuttavia, i sostenitori dell'ISDN probabilmente hanno poco di cui preoccuparsi; Nella maggior parte dei casi, le compagnie telefoniche sceglieranno di aumentare la capacità della linea e intascare tutti i profitti senza ridurre il costo del servizio per il cliente. Non è affatto ovvio che le tariffe dei servizi debbano basarsi sul buon senso.

Tabella 1. Tipologie di servizi telefonici

Segnale digitale e analogico: caratteristiche comparative

Il walkie-talkie è un mezzo di comunicazione popolare?

• Scambia messaggi istantaneamente
• Parla con più persone contemporaneamente
• Durevole nell'uso e funziona in qualsiasi condizione

Walkie-talkie analogici: vantaggi e svantaggi

• Il suono viene trasmesso non codificato, il che è molto apprezzato dalla maggior parte degli utenti
• Una vasta gamma di modelli diversi e una selezione di tutti i tipi di accessori
• Facilità di funzionamento e comprensione da parte dell'utente dell'utilizzo della frequenza

• Puoi avere solo una conversazione alla volta su un canale
• La necessità di un trasmettitore e un ricevitore specificatamente sintonizzati sulla stessa frequenza
• Impossibilità di utilizzare programmi progettati per le imprese

Walkie-talkie digitali: vantaggi e svantaggi

• Eccellente riduzione del rumore
• Eccellente qualità del suono a qualsiasi distanza
• Possibilità di condurre più conversazioni contemporaneamente su un canale
• Possibilità di inviare brevi messaggi
• Alta densità di canali
• I segnali vengono ricevuti da antenne standard
• L'elaborazione digitale riduce il rumore di fondo
• Disponibilità del software
• La piattaforma digitale consente di utilizzare contemporaneamente sia la radio analogica che quella digitale
• Puoi tracciare il movimento degli interlocutori sulla stessa rete

• Alto prezzo
• Lunga formazione per l'uso
• Il rumore RF interferisce con il segnale digitale, potrebbe verificarsi un errore

Da tutto quanto sopra, possiamo concludere che le stazioni radio digitali differiscono da quelle analogiche per avere caratteristiche operative e funzionali più elevate. Il vantaggio principale dei dispositivi digitali è una maggiore stabilità del segnale in presenza di interferenze. Ecco perché diventano popolari.

Qualsiasi segnale, analogico o digitale, è un'oscillazione elettromagnetica che si propaga ad una certa frequenza, a seconda del segnale trasmesso, il dispositivo che riceve questo segnale lo traduce in informazioni testuali, grafiche o audio convenienti per la percezione da parte dell'utente o del dispositivo si. Ad esempio, un segnale televisivo o radiofonico, una torre o una stazione radio possono trasmettere sia un segnale analogico che, al momento, digitale. Il dispositivo ricevente, ricevendo questo segnale, lo converte in immagine o suono, integrandolo con informazioni di testo (moderni ricevitori radio).

Il suono viene trasmesso in forma analogica e, attraverso il dispositivo ricevente, viene convertito in vibrazioni elettromagnetiche e, come già accennato, le vibrazioni si propagano ad una certa frequenza. Maggiore è la frequenza del suono, più elevate saranno le vibrazioni, il che significa che il suono in uscita sarà più forte. In termini generali, un segnale analogico si propaga in modo continuo, mentre un segnale digitale si propaga in modo intermittente (in modo discreto).

Dato che il segnale analogico si propaga costantemente, le oscillazioni si sommano e in uscita appare una frequenza portante, che in questo caso è quella principale, e il ricevitore è sintonizzato su di essa. Nel ricevitore stesso questa frequenza è separata dalle altre vibrazioni, che sono già convertite in suono. Gli ovvi svantaggi della trasmissione tramite segnale analogico includono una grande quantità di interferenze, una bassa sicurezza del segnale trasmesso, nonché una grande quantità di informazioni trasmesse, alcune delle quali superflue.

Se parliamo di segnale digitale, dove i dati vengono trasmessi in modo discreto, vale la pena evidenziarne gli evidenti vantaggi:

• alto livello di protezione delle informazioni trasmesse grazie alla sua crittografia;
• facilità di ricezione del segnale digitale;
• assenza di “rumore” estraneo;
• la trasmissione digitale può fornire un numero enorme di canali;
• alta qualità di trasmissione: il segnale digitale fornisce il filtraggio dei dati ricevuti;

Per convertire un segnale analogico in un segnale digitale e viceversa, vengono utilizzati dispositivi speciali: un convertitore analogico-digitale (ADC) e un convertitore digitale-analogico (DAC). L'ADC è installato nel trasmettitore, il DAC è installato nel ricevitore e converte il segnale discreto in analogico.

Per quanto riguarda la sicurezza, perché un segnale digitale è più sicuro di un segnale analogico? Il segnale digitale viene trasmesso in forma crittografata e il dispositivo che riceve il segnale deve avere un codice per decrittografare il segnale. Vale anche la pena notare che l'ADC può anche trasmettere l'indirizzo digitale del ricevitore; se il segnale viene intercettato, sarà impossibile decrittografarlo completamente, poiché manca parte del codice: questo approccio è ampiamente utilizzato nelle comunicazioni mobili.

Riassumendo, la differenza principale tra un segnale analogico e uno digitale è la struttura del segnale trasmesso. I segnali analogici sono un flusso continuo di oscillazioni con ampiezza e frequenza variabili. Un segnale digitale è costituito da oscillazioni discrete, i cui valori dipendono dal mezzo trasmittente.

I segnali sono codici informativi che le persone utilizzano per trasmettere messaggi in un sistema informativo. Il segnale può essere dato, ma non è necessario che venga ricevuto. Mentre un messaggio può essere considerato solo un segnale (o un insieme di segnali) ricevuto e decodificato dal destinatario (segnale analogico e digitale).

Uno dei primi metodi per trasmettere informazioni senza la partecipazione di persone o altri esseri viventi erano i fuochi di segnalazione. Quando si presentava il pericolo, i fuochi venivano accesi in sequenza da un posto all'altro. Successivamente, considereremo il metodo di trasmissione delle informazioni utilizzando segnali elettromagnetici e ci soffermeremo in dettaglio sull'argomento segnale analogico e digitale.

Qualsiasi segnale può essere rappresentato come una funzione che descrive i cambiamenti nelle sue caratteristiche. Questa rappresentazione è utile per studiare dispositivi e sistemi di ingegneria radio. Oltre al segnale nella radioingegneria c'è anche il rumore, che è la sua alternativa. Il rumore non trasporta informazioni utili e distorce il segnale interagendo con esso.

Il concetto stesso consente di astrarre da specifiche quantità fisiche quando si considerano fenomeni legati alla codifica e decodifica delle informazioni. Il modello matematico del segnale nella ricerca consente di fare affidamento sui parametri della funzione tempo.

Tipi di segnale

I segnali basati sull'ambiente fisico del supporto informazioni sono suddivisi in elettrici, ottici, acustici ed elettromagnetici.

A seconda del metodo di impostazione, il segnale può essere regolare o irregolare. Un segnale regolare è rappresentato come una funzione deterministica del tempo. Un segnale irregolare in radioingegneria è rappresentato da una funzione caotica del tempo e viene analizzato con un approccio probabilistico.

I segnali, a seconda della funzione che ne descrive i parametri, possono essere analogici o discreti. Un segnale discreto che è stato quantizzato è chiamato segnale digitale.

Elaborazione del segnale

I segnali analogici e digitali vengono elaborati e diretti per trasmettere e ricevere informazioni codificate nel segnale. Una volta estratte le informazioni, possono essere utilizzate per vari scopi. In casi speciali, le informazioni vengono formattate.

I segnali analogici vengono amplificati, filtrati, modulati e demodulati. I dati digitali possono anche essere soggetti a compressione, rilevamento, ecc.

Segnale analogico

I nostri sensi percepiscono tutte le informazioni che entrano in loro in forma analogica. Ad esempio, se vediamo passare un'auto, ne vediamo il movimento continuamente. Se il nostro cervello potesse ricevere informazioni sulla sua posizione una volta ogni 10 secondi, le persone verrebbero costantemente investite. Ma possiamo stimare la distanza molto più velocemente e questa distanza è chiaramente definita in ogni momento.

Con le altre informazioni accade assolutamente la stessa cosa, possiamo valutare il volume in ogni momento, sentire la pressione che le nostre dita esercitano sugli oggetti, ecc. In altre parole, quasi tutte le informazioni che possono presentarsi in natura sono analogiche. Il modo più semplice per trasmettere tali informazioni è con segnali analogici, che sono continui e definiti in qualsiasi momento.

Per capire come appare un segnale elettrico analogico, puoi immaginare un grafico che mostra l'ampiezza sull'asse verticale e il tempo sull'asse orizzontale. Se, ad esempio, misuriamo la variazione della temperatura, sul grafico apparirà una linea continua che ne mostrerà il valore in ogni momento. Per trasmettere tale segnale utilizzando la corrente elettrica, dobbiamo confrontare il valore della temperatura con il valore della tensione. Quindi, ad esempio, 35,342 gradi Celsius possono essere codificati come una tensione di 3,5342 V.

I segnali analogici venivano utilizzati in tutti i tipi di comunicazione. Per evitare interferenze, tale segnale deve essere amplificato. Quanto più alto è il livello di rumore, cioè di interferenza, tanto più il segnale dovrà essere amplificato affinché possa essere ricevuto senza distorsioni. Questo metodo di elaborazione del segnale consuma molta energia generando calore. In questo caso, il segnale amplificato potrebbe esso stesso causare interferenze con altri canali di comunicazione.

Al giorno d'oggi, i segnali analogici vengono ancora utilizzati in televisione e radio, per convertire il segnale di ingresso nei microfoni. Ma in generale, questo tipo di segnale viene sostituito o sostituito ovunque da segnali digitali.

Segnale digitale

Un segnale digitale è rappresentato da una sequenza di valori digitali. I segnali più comunemente utilizzati oggi sono i segnali digitali binari, poiché vengono utilizzati nell'elettronica binaria e sono più facili da codificare.

A differenza del tipo di segnale precedente, un segnale digitale ha due valori “1” e “0”. Se ricordiamo il nostro esempio con la misurazione della temperatura, il segnale verrà generato in modo diverso. Se la tensione fornita dal segnale analogico corrisponde al valore della temperatura misurata, per ciascun valore di temperatura verrà fornito un certo numero di impulsi di tensione nel segnale digitale. L'impulso di tensione stesso sarà uguale a "1" e l'assenza di tensione sarà "0". L'apparecchiatura ricevente decodificherà gli impulsi e ripristinerà i dati originali.

Dopo aver immaginato come apparirà un segnale digitale su un grafico, vedremo che il passaggio da zero a massimo è brusco. È questa caratteristica che consente all'apparecchiatura ricevente di "vedere" il segnale più chiaramente. Se si verificano interferenze, è più facile per il ricevitore decodificare il segnale rispetto alla trasmissione analogica.

Tuttavia, è impossibile ripristinare un segnale digitale con un livello di rumore molto elevato, mentre è ancora possibile “estrarre” informazioni da uno di tipo analogico con grande distorsione. Ciò è dovuto all'effetto scogliera. L'essenza dell'effetto è che i segnali digitali possono essere trasmessi su determinate distanze e quindi semplicemente interrompersi. Questo effetto si verifica ovunque e si risolve semplicemente rigenerando il segnale. Dove si interrompe il segnale è necessario inserire un ripetitore o ridurre la lunghezza della linea di comunicazione. Il ripetitore non amplifica il segnale, ma riconosce la sua forma originale e ne produce una copia esatta e può essere utilizzato in qualsiasi modo nel circuito. Tali metodi di ripetizione del segnale vengono utilizzati attivamente nelle tecnologie di rete.

Tra le altre cose, i segnali analogici e digitali differiscono anche nella capacità di codificare e crittografare le informazioni. Questo è uno dei motivi della transizione delle comunicazioni mobili al digitale.

Segnale analogico e digitale e conversione digitale-analogico

Dobbiamo parlare ancora un po' di come le informazioni analogiche vengono trasmesse sui canali di comunicazione digitale. Usiamo ancora degli esempi. Come già accennato, il suono è un segnale analogico.

Cosa succede nei telefoni cellulari che trasmettono informazioni tramite canali digitali

Il suono che entra nel microfono subisce una conversione da analogico a digitale (ADC). Questo processo consiste di 3 passaggi. I valori dei singoli segnali vengono presi a intervalli di tempo uguali, un processo chiamato campionamento. Secondo il teorema di Kotelnikov sulla capacità del canale, la frequenza di acquisizione di questi valori dovrebbe essere due volte superiore alla frequenza del segnale più alta. Cioè, se il nostro canale ha un limite di frequenza di 4 kHz, la frequenza di campionamento sarà di 8 kHz. Successivamente, tutti i valori del segnale selezionato vengono arrotondati o, in altre parole, quantizzati. Maggiore è il numero di livelli creati, maggiore è la precisione del segnale ricostruito nel ricevitore. Tutti i valori vengono poi convertiti in codice binario, che viene trasmesso alla stazione base e poi raggiunge l'interlocutore, che è il ricevente. Nel telefono del destinatario avviene una procedura di conversione da digitale ad analogico (DAC). Si tratta di una procedura inversa, il cui scopo è quello di ottenere in uscita un segnale quanto più identico possibile a quello originale. Quindi il segnale analogico esce sotto forma di suono dall'altoparlante del telefono.

Una persona parla al telefono ogni giorno, guarda vari canali TV, ascolta musica e naviga in Internet. Tutte le comunicazioni e gli altri ambienti informativi si basano sulla trasmissione di segnali di vario tipo. Molte persone fanno domande su come le informazioni analogiche differiscono da altri tipi di dati, cos'è un segnale digitale. La risposta può essere ottenuta comprendendo la definizione di vari segnali elettrici e studiando le loro differenze fondamentali tra loro.

Segnale analogico

Un segnale analogico (continuo) è un segnale informativo naturale che ha un certo numero di parametri descritti da una funzione temporale e un insieme continuo di tutti i valori possibili.

I sensi umani catturano tutte le informazioni dall'ambiente in forma analogica. Ad esempio, se una persona vede passare un camion nelle vicinanze, il suo movimento viene osservato e cambia continuamente. Se il cervello ricevesse informazioni sul movimento dei veicoli una volta ogni 15 secondi, le persone cadrebbero sempre sotto le sue ruote. Una persona valuta la distanza istantaneamente e in ogni momento è definita e diversa.

La stessa cosa accade con altre informazioni: le persone sentono il suono e ne valutano il volume, valutano la qualità del segnale video e simili. Di conseguenza, tutti i tipi di dati sono di natura analogica e cambiano costantemente.

In una nota. I segnali analogici e digitali sono coinvolti nella trasmissione del discorso degli interlocutori che comunicano telefonicamente; Internet funziona sulla base dello scambio di questi canali di segnale su un cavo di rete. Questi tipi di segnali sono di natura elettrica.

Un segnale analogico è descritto da una funzione temporale matematica simile a un'onda sinusoidale. Se si effettuano misurazioni, ad esempio, della temperatura dell'acqua, riscaldandola e raffreddandola periodicamente, il grafico della funzione visualizzerà una linea continua che riflette il suo valore in ciascun periodo di tempo.

Per evitare interferenze, tali segnali devono essere amplificati utilizzando mezzi e dispositivi speciali. Se il livello di interferenza del segnale è elevato, è necessario amplificarlo maggiormente. Questo processo è accompagnato da un grande dispendio di energia. Un segnale radio amplificato, ad esempio, può spesso diventare esso stesso un'interferenza per altri canali di comunicazione.

Interessante da sapere. I segnali analogici venivano precedentemente utilizzati in tutti i tipi di comunicazione. Tuttavia, ora viene sostituito ovunque o è già stato sostituito (comunicazioni mobili e Internet) da segnali digitali più avanzati.

La televisione analogica e quella digitale coesistono ancora, ma il tipo digitale di trasmissione televisiva e radiofonica sta rapidamente sostituendo il metodo analogico di trasmissione dei dati grazie ai suoi vantaggi significativi.

Per descrivere questo tipo di segnale informativo vengono utilizzati tre parametri principali:

• frequenza;
• lunghezza d'onda;
• ampiezza.

Svantaggi di un segnale analogico

Un segnale analogico ha le seguenti proprietà, che mostrano la differenza rispetto alla versione digitale:

1. Questo tipo di segnale è caratterizzato dalla ridondanza. Cioè, le informazioni analogiche in essi contenute non sono filtrate: contengono molti dati informativi non necessari. Tuttavia, è possibile far passare le informazioni attraverso un filtro, conoscendo parametri aggiuntivi e la natura del segnale, ad esempio utilizzando il metodo della frequenza;
2. Sicurezza. È quasi completamente indifeso contro le intrusioni non autorizzate dall'esterno;
3. Assoluta impotenza di fronte a vari tipi di interferenze. Se sul canale di trasmissione dei dati viene imposta un'interferenza, questa verrà trasmessa invariata dal ricevitore del segnale;
4. Non esiste una differenziazione specifica dei livelli di campionamento: la qualità e la quantità delle informazioni trasmesse non sono limitate in alcun modo.

Le proprietà di cui sopra sono gli svantaggi del metodo analogico di trasmissione dei dati, per cui possiamo considerarlo completamente obsoleto.

Segnali digitali e discreti

I segnali digitali sono segnali di informazione artificiale, presentati sotto forma di valori digitali regolari che descrivono parametri specifici delle informazioni trasmesse.

Per informazioni. Al giorno d'oggi viene utilizzato prevalentemente un flusso di bit semplice da codificare: un segnale digitale binario. Questo è il tipo che può essere utilizzato nell'elettronica binaria.

La differenza tra il tipo di trasmissione dati digitale e quella analogica è che tale segnale ha un determinato numero di valori. Nel caso di un bitstream ce ne sono due: “0” e “1”.

La transizione dallo zero al massimo in un segnale digitale è brusca, consentendo all'apparecchiatura ricevente di leggerlo più chiaramente. Se si verificano determinati disturbi e interferenze, sarà più semplice per il ricevitore decodificare un segnale elettrico digitale rispetto alla trasmissione di informazioni analogiche.

Tuttavia, i segnali digitali differiscono dalla versione analogica per uno svantaggio: con un elevato livello di interferenza non possono essere ripristinati, ma è possibile estrarre informazioni da un segnale continuo. Un esempio di ciò potrebbe essere una conversazione telefonica tra due persone, durante la quale potrebbero scomparire intere parole e persino frasi di uno degli interlocutori.

Questo effetto nell'ambiente digitale è chiamato effetto break, che può essere localizzato riducendo la lunghezza della linea di comunicazione o installando un ripetitore, che copia completamente il tipo di segnale originale e lo trasmette ulteriormente.

Le informazioni analogiche possono essere trasmesse su canali digitali dopo aver attraversato il processo di digitalizzazione con dispositivi speciali. Questo processo è chiamato conversione da analogico a digitale (ADC). Questo processo può anche essere invertito: conversione da digitale ad analogico (DAC). Un esempio di dispositivo DAC potrebbe essere un ricevitore TV digitale.

I sistemi digitali si distinguono anche per la capacità di crittografare e codificare i dati, che è diventata una ragione importante per la digitalizzazione delle comunicazioni mobili e di Internet.

Segnale discreto

Esiste un terzo tipo di informazione: discreta. Un segnale di questo tipo è intermittente e cambia nel tempo, assumendo uno qualsiasi dei valori possibili (prescritti in anticipo).

Il trasferimento discreto delle informazioni è caratterizzato dal fatto che i cambiamenti avvengono secondo tre scenari:

1. Il segnale elettrico cambia solo nel tempo, rimanendo continuo (invariato) in grandezza;
2. Cambia solo in grandezza, pur rimanendo continua nel tempo;
3. Può anche cambiare simultaneamente sia in grandezza che in tempo.

La discrezione ha trovato applicazione nella trasmissione batch di grandi quantità di dati nei sistemi informatici.

Sulla base di quanto sopra, si può determinare che la continuità e la molteplicità dei valori sono le principali differenze tra l'informazione analogica e l'informazione discreta e digitale. La trasmissione digitale dei dati sta sostituendo la trasmissione analogica; non per niente l’umanità vive ormai nell’era digitale.

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