انواع سیگنال ها تفاوت آنتن دیجیتال با آنالوگ سیگنال دیجیتال و آنالوگ: شباهت ها و تفاوت ها، مزایا و معایب چیست؟ من فکر می کنم با "سیگنال آنالوگ" آن را فهمیدم

افراد عادی به ماهیت سیگنال ها فکر نمی کنند، اما گاهی اوقات لازم است به تفاوت بین پخش آنالوگ و دیجیتال یا فرمت ها فکر کنید. به طور پیش فرض، تصور می شود که فناوری های آنالوگ در حال تبدیل شدن به گذشته هستند و به زودی به طور کامل با فناوری های دیجیتال جایگزین خواهند شد. ارزش این را دارد که بدانیم به نفع روندهای جدید از چه چیزی دست می کشیم.

سیگنال آنالوگسیگنال داده ای است که با توابع پیوسته زمان توصیف می شود، یعنی دامنه نوسان آن می تواند هر مقداری را در حداکثر داشته باشد.

سیگنال دیجیتالسیگنال داده ای است که با توابع گسسته زمان توصیف می شود، یعنی دامنه نوسان فقط مقادیر کاملاً تعریف شده را می گیرد.

در عمل، این به ما امکان می دهد بگوییم که سیگنال آنالوگ با مقدار زیادی تداخل همراه است، در حالی که سیگنال دیجیتال با موفقیت آنها را فیلتر می کند. دومی قادر به بازیابی داده های اصلی است. علاوه بر این، یک سیگنال آنالوگ پیوسته اغلب اطلاعات غیر ضروری زیادی را حمل می کند، که منجر به افزونگی آن می شود - چندین سیگنال دیجیتال را می توان به جای یک سیگنال آنالوگ منتقل کرد.

اگر در مورد تلویزیون صحبت کنیم، و این حوزه است که اکثر مصرف کنندگان را با انتقال آن به دیجیتال نگران می کند، می توانیم سیگنال آنالوگ را کاملاً منسوخ در نظر بگیریم. با این حال، در حال حاضر، هر تجهیزاتی که برای این منظور طراحی شده باشد، سیگنال های آنالوگ را می پذیرد و دیجیتال نیاز به یک سیگنال خاص دارد. درست است، با گسترش "رقم" تلویزیون های آنالوگ کمتر و کمتر می شود و تقاضا برای آنها به شدت کاهش می یابد.

یکی دیگر از ویژگی های مهم سیگنال امنیت است. از این نظر، آنالوگ آسیب پذیری کامل را در برابر تأثیرات یا نفوذهای خارجی نشان می دهد. دیجیتال با اختصاص یک کد از پالس های رادیویی به آن رمزگذاری می شود، به طوری که هر گونه تداخل حذف می شود. انتقال سیگنال های دیجیتال در فواصل طولانی دشوار است، بنابراین از یک طرح مدولاسیون-دمدولاسیون استفاده می شود.

سایت یافته ها

1. سیگنال آنالوگ پیوسته است، سیگنال دیجیتال گسسته است.
2. هنگام انتقال سیگنال آنالوگ، خطر مسدود شدن کانال با تداخل بیشتر است.
3. سیگنال آنالوگ اضافی است.
4. سیگنال دیجیتال نویز را فیلتر کرده و داده های اصلی را بازیابی می کند.
5. سیگنال دیجیتال به صورت رمزگذاری شده ارسال می شود.
6. به جای یک سیگنال آنالوگ می توان چندین سیگنال دیجیتال ارسال کرد.

اغلب ما تعاریفی مانند سیگنال "دیجیتال" یا "گسسته" را می شنویم، تفاوت آن با "آنالوگ" چیست؟

ماهیت تفاوت این است که سیگنال آنالوگ در زمان پیوسته است (خط آبی) ، در حالی که سیگنال دیجیتال از مجموعه محدودی از مختصات (نقاط قرمز) تشکیل شده است. اگر همه چیز به مختصات کاهش یابد، هر بخش از سیگنال آنالوگ از تعداد بی نهایت مختصات تشکیل شده است.

برای یک سیگنال دیجیتال، مختصات در امتداد محور افقی در فواصل منظم، مطابق با فرکانس نمونه‌برداری قرار می‌گیرند. در فرمت Audio-CD رایج، این 44100 امتیاز در ثانیه است. به صورت عمودی، دقت ارتفاع مختصات مربوط به عمق بیت سیگنال دیجیتال است، برای 8 بیت 256 سطح، برای 16 بیت = 65536 و برای 24 بیت = 16777216 سطح است. هر چه عمق بیت (تعداد سطوح) بیشتر باشد، مختصات عمودی به موج اصلی نزدیکتر است.

منابع آنالوگ عبارتند از: وینیل و کاست های صوتی. منابع دیجیتال عبارتند از: CD-Audio، DVD-Audio، SA-CD (DSD) و فایل ها در فرمت های WAVE و DSD (شامل مشتقات APE، Flac، Mp3، Ogg و غیره).

مزایا و معایب سیگنال آنالوگ

نقطه ضعف سیگنال آنالوگ توانایی ذخیره، انتقال و تکثیر سیگنال است. هنگام ضبط روی نوار یا وینیل، کیفیت سیگنال به ویژگی‌های نوار یا وینیل بستگی دارد. با گذشت زمان، نوار مغناطیس زدایی می شود و کیفیت سیگنال ضبط شده بدتر می شود. هر خواندن به تدریج رسانه را از بین می برد، و رونویسی باعث ایجاد اعوجاج اضافی می شود، جایی که انحرافات اضافی توسط رسانه بعدی (نوار یا وینیل)، خواندن، ضبط و دستگاه های انتقال سیگنال اضافه می شود.

کپی کردن یک سیگنال آنالوگ مانند گرفتن عکس از یک عکس برای کپی مجدد آن است.

مزایا و معایب سیگنال دیجیتال

نقطه ضعف اصلی را می توان در نظر گرفت که سیگنال به شکل دیجیتال یک مرحله میانی است و دقت سیگنال آنالوگ نهایی بستگی به این دارد که موج صوتی با مختصات چقدر جزئیات و دقیق توصیف شود. کاملاً منطقی است که هر چه نقاط بیشتر باشد و مختصات دقیق تر باشد، موج دقیق تر خواهد بود. اما هنوز هیچ اتفاق نظری در مورد اینکه چه تعداد مختصات و دقت داده کافی است وجود ندارد که بگوییم نمایش دیجیتالی سیگنال برای بازیابی دقیق سیگنال آنالوگ کافی است که توسط گوش ما از سیگنال اصلی قابل تشخیص نیست.

از نظر حجم داده، ظرفیت یک کاست صوتی آنالوگ معمولی تنها حدود 700-1.1 مگابایت است، در حالی که یک سی دی معمولی 700 مگابایت را در خود جای می دهد. این ایده نیاز به رسانه با ظرفیت بالا را نشان می دهد. و این منجر به جنگ جداگانه سازش با الزامات مختلف برای تعداد نقاط توصیف و دقت مختصات می شود.

تا به امروز، نمایش یک موج صوتی با فرکانس نمونه برداری 44.1 کیلوهرتز و عمق بیت 16 بیت کاملاً کافی در نظر گرفته شده است. با نرخ نمونه برداری 44.1 کیلوهرتز، سیگنال تا 22 کیلوهرتز قابل بازیابی است. همانطور که مطالعات روان آکوستیک نشان می دهد، افزایش بیشتر در نرخ نمونه گیری به سختی قابل توجه است، اما افزایش عمق بیت باعث بهبود ذهنی می شود.

چگونه DAC ها یک موج می سازند

DAC های چند بیتی

ورودی DAC مقدار مختصات عمودی بعدی را دریافت می کند و در هر سیکل سطح جریان (ولتاژ) را تا تغییر بعدی به سطح مربوطه تغییر می دهد.

اگرچه اعتقاد بر این است که گوش انسان بیش از 20 کیلوهرتز نمی شنود و طبق نظریه نایکیست می توان سیگنال را تا 22 کیلوهرتز بازیابی کرد، اما این سوال در مورد کیفیت این سیگنال پس از بازیابی باقی می ماند. در ناحیه فرکانس بالا، شکل موج "پله ای" حاصل معمولاً از حالت اصلی فاصله دارد. ساده ترین راه برای خروج از این وضعیت افزایش نرخ نمونه برداری هنگام ضبط است، اما این منجر به افزایش قابل توجه و نامطلوب اندازه فایل می شود.

یک گزینه جایگزین افزایش مصنوعی نرخ نمونه برداری هنگام بازی در DAC با افزودن مقادیر میانی است. آن ها ما یک مسیر موج پیوسته (خط خاکستری چین) را تصور می کنیم که به آرامی مختصات اصلی (نقاط قرمز) را به هم متصل می کند و نقاط میانی را روی این خط اضافه می کنیم (بنفش تیره).

با افزایش فرکانس نمونه برداری، معمولاً لازم است که عمق بیت را نیز افزایش دهیم تا مختصات به موج تقریبی نزدیکتر شوند.

به لطف مختصات میانی، می توان "گام ها" را کاهش داد و موجی نزدیک تر به اصلی ایجاد کرد.

هنگامی که یک عملکرد تقویتی از 44.1 تا 192 کیلوهرتز را در یک پخش کننده یا DAC خارجی می بینید، عملکردی برای اضافه کردن مختصات میانی است، نه بازیابی یا ایجاد صدای بالاتر از 20 کیلوهرتز.

در ابتدا، اینها ریز مدارهای SRC جداگانه قبل از DAC بودند، که سپس مستقیماً به خود ریز مدارهای DAC مهاجرت کردند. امروزه می‌توانید راه‌حل‌هایی را پیدا کنید که در آن چنین میکرو مداری به DAC‌های مدرن اضافه می‌شود، این کار به منظور ارائه جایگزینی برای الگوریتم‌های داخلی در DAC و گاهی اوقات صدای بهتر انجام می‌شود (مثلاً در Hidizs AP100 انجام شد). .

رد صنعت اصلی DAC های چند بیتی به دلیل عدم امکان توسعه فناوری بیشتر شاخص های کیفیت با فناوری های تولید فعلی و هزینه بالاتر در برابر "سوئیچینگ" DAC با ویژگی های قابل مقایسه بود. با این وجود، در محصولات Hi-End ترجیح داده می شود که DAC های چند بیتی قدیمی به جای راه حل های جدید با ویژگی های فنی بهتر، ترجیح داده می شوند.

سوئیچینگ DAC

دامنه سیگنال مقدار متوسط ​​دامنه پالس ها است (سبز نشان دهنده پالس هایی با دامنه مساوی و سفید موج صوتی نهایی است).

به عنوان مثال، یک دنباله از هشت چرخه از پنج ضربه، دامنه متوسط ​​(1+1+1+0+0+1+1+0)/8=0.625 را به دست می‌دهد. هرچه فرکانس حامل بیشتر باشد، پالس های بیشتری تحت هموارسازی قرار می گیرند و مقدار دامنه دقیق تری به دست می آید. این امر امکان ارائه جریان صدا را به صورت یک بیتی با دامنه دینامیکی گسترده فراهم کرد.

میانگین گیری را می توان با یک فیلتر آنالوگ معمولی انجام داد و اگر چنین مجموعه ای از پالس ها مستقیماً به بلندگو اعمال شود، در خروجی صدا خواهیم داشت و به دلیل اینرسی زیاد امیتر فرکانس های فوق العاده بالا تولید نمی شوند. تقویت کننده های PWM در کلاس D بر اساس این اصل کار می کنند، جایی که چگالی انرژی پالس ها نه با تعداد آنها، بلکه با مدت زمان هر پالس ایجاد می شود (که پیاده سازی آسان تر است، اما نمی توان با یک کد باینری ساده توصیف کرد).

یک DAC چند بیتی را می توان به عنوان چاپگری در نظر گرفت که قادر به اعمال رنگ های پنتون است. دلتا سیگما یک چاپگر جوهرافشان با طیف رنگی محدود است، اما به دلیل قابلیت اعمال نقاط بسیار کوچک (در مقایسه با چاپگر شاخی)، به دلیل تراکم متفاوت نقاط در واحد سطح، سایه های بیشتری تولید می کند.

در تصویر معمولاً به دلیل وضوح پایین چشم، نقاط تکی را نمی بینیم، بلکه فقط تون متوسط ​​را می بینیم. به طور مشابه، گوش تکانه ها را جداگانه نمی شنود.

در نهایت، با فناوری‌های فعلی در DACهای پالسی، می‌توانید موجی نزدیک به موجی که از نظر تئوری باید با تقریب مختصات میانی بدست آید، دریافت کنید.

لازم به ذکر است که پس از ظهور DAC دلتا سیگما، ارتباط ترسیم "موج دیجیتال" با مراحل ناپدید شد، زیرا. بنابراین DAC های مدرن با پله ها موج نمی سازند. یک سیگنال گسسته درست با نقاطی که توسط یک خط صاف به هم متصل شده اند ساخته می شود.

آیا سوئیچینگ DAC ایده آل است؟

اما در عمل همه چیز گلگون نیست و یکسری مشکلات و محدودیت ها وجود دارد.

زیرا از آنجایی که اکثریت قریب به اتفاق رکوردها در یک سیگنال چند بیتی ذخیره می شوند، تبدیل بیت به بیت به سیگنال پالسی نیاز به فرکانس حامل بالا و غیر ضروری دارد که DAC های مدرن از آن پشتیبانی نمی کنند.

عملکرد اصلی DAC های پالس مدرن تبدیل یک سیگنال چند بیتی به سیگنال تک بیتی با فرکانس حامل نسبتا پایین با کاهش داده است. اساساً این الگوریتم ها هستند که کیفیت صدای نهایی DAC های پالسی را تعیین می کنند.

برای کاهش مشکل فرکانس حامل بالا، جریان صوتی به چندین جریان یک بیتی تقسیم می شود که هر جریان مسئول گروه بیت خود است که معادل چند برابر فرکانس حامل از تعداد جریان ها است. به چنین DACهایی دلتا سیگما چند بیتی می گویند.

امروزه، DAC های سوئیچینگ به دلیل توانایی برنامه ریزی انعطاف پذیر الگوریتم های تبدیل، جان تازه ای در آی سی های همه منظوره پرسرعت از NAD و Chord به دست آورده اند.

فرمت DSD

این قالب به دلایل متعددی به طور گسترده مورد استفاده قرار نگرفت. ویرایش فایل‌ها در این فرمت غیرضروری محدود شد: نمی‌توانید جریان‌ها را مخلوط کنید، صدا را تنظیم کنید و تساوی را اعمال کنید. این بدان معناست که بدون افت کیفیت، فقط می‌توانید ضبط‌های آنالوگ را بایگانی کنید و بدون پردازش بیشتر، یک ضبط دو میکروفونی از اجراهای زنده تولید کنید. در یک کلام، شما واقعا نمی توانید پول در بیاورید.

در مبارزه با دزدی دریایی، SA-CD ها توسط رایانه ها پشتیبانی نمی شدند (و هنوز هم نیستند) که باعث می شود کپی برداری از آنها غیرممکن باشد. بدون کپی - بدون مخاطب گسترده. پخش محتوای صوتی DSD فقط از یک پخش کننده SA-CD جداگانه از یک دیسک اختصاصی امکان پذیر بود. اگر برای فرمت PCM یک استاندارد SPDIF برای انتقال داده های دیجیتال از یک منبع به یک DAC جداگانه وجود داشته باشد، برای فرمت DSD هیچ استانداردی وجود ندارد و اولین نسخه های دزدی شده از دیسک های SA-CD از خروجی های آنالوگ SA- دیجیتالی شدند. پخش کننده های سی دی (اگرچه وضعیت احمقانه به نظر می رسد، اما در واقع برخی از ضبط ها فقط بر روی SA-CD منتشر شده اند، یا همان ضبط بر روی Audio-CD عمدا با کیفیت پایین برای تبلیغ SA-CD ساخته شده است).

نقطه عطف با عرضه کنسول های بازی SONY اتفاق افتاد، جایی که دیسک SA-CD قبل از پخش به طور خودکار روی هارد درایو کنسول کپی می شد. طرفداران فرمت DSD از این مزیت استفاده کردند. ظهور ضبط‌های غیرقانونی باعث تحریک بازار برای انتشار DACهای جداگانه برای پخش جریان‌های DSD شد. اکثر DAC های خارجی مجهز به DSD امروزه از انتقال داده USB با استفاده از فرمت DoP به عنوان رمزگذاری سیگنال دیجیتال جداگانه از طریق SPDIF پشتیبانی می کنند.

فرکانس های حامل برای DSD نسبتاً کوچک، 2.8 و 5.6 مگاهرتز هستند، اما این جریان صوتی به هیچ گونه تبدیل decimation نیاز ندارد و با فرمت های با وضوح بالا مانند DVD-Audio کاملاً قابل رقابت است.

هیچ پاسخ روشنی برای این سوال وجود ندارد که کدام بهتر است، DSP یا PCM. همه چیز به کیفیت اجرای یک DAC خاص و استعداد مهندس صدا در هنگام ضبط فایل نهایی بستگی دارد.

نتیجه گیری کلی

یک سیگنال آنالوگ که مستقیماً روی نوار کاست یا وینیل ضبط شده است را نمی توان بدون افت کیفیت دوباره ضبط کرد، در حالی که یک موج در یک نمایش دیجیتال می تواند ذره ذره کپی شود.

فرمت های ضبط دیجیتال یک مبادله ثابت بین میزان دقت مختصات در مقابل اندازه فایل هستند و هر سیگنال دیجیتالی فقط تقریبی از سیگنال آنالوگ اصلی است. با این حال، در همان زمان، سطوح مختلف فناوری‌های ضبط و پخش سیگنال دیجیتال و ذخیره سیگنال آنالوگ در رسانه، مزایای بیشتری را به نمایش دیجیتال سیگنال، مشابه دوربین دیجیتال در مقابل دوربین فیلم، می‌دهد.

امروز سعی خواهیم کرد بفهمیم سیگنال های آنالوگ و دیجیتال چیست؟ مزایا و معایب آنها. ما اصطلاحات و تعاریف علمی مختلف را مطرح نمی کنیم، بلکه سعی می کنیم وضعیت را در انگشتان خود درک کنیم.

سیگنال آنالوگ چیست؟

یک سیگنال آنالوگ بر اساس تشابه سیگنال الکتریکی (مقادیر جریان و ولتاژ) به مقدار سیگنال اصلی (رنگ پیکسل، فرکانس و دامنه صدا و غیره) است. آن ها مقادیر مشخصی از جریان و ولتاژ مربوط به انتقال یک رنگ خاص از یک پیکسل یا یک سیگنال صوتی است.

من یک مثال در مورد سیگنال ویدئویی آنالوگ خواهم آورد.

ولتاژ روی سیم 5 ولت مربوط به آبی، 6 ولت به سبز، 7 ولت به قرمز است.

برای اینکه نوارهای قرمز، آبی و سبز روی صفحه نمایش داده شود، باید به طور متناوب ولتاژهای 5، 6، 7 ولت روی کابل اعمال شود. هر چه سریعتر ولتاژ را تغییر دهیم، نوارها روی مانیتور ما نازکتر می شوند. با کاهش فاصله بین تغییرات ولتاژ به حداقل، دیگر نوارهای راه راه دریافت نمی کنیم، بلکه نقاط رنگی را یکی پس از دیگری متناوب خواهیم کرد.

یکی از ویژگی های مهم سیگنال آنالوگ این واقعیت است که به شدت از فرستنده به گیرنده (به عنوان مثال، از آنتن به تلویزیون) منتقل می شود، هیچ بازخوردی وجود ندارد. بنابراین، اگر تداخل در انتقال سیگنال اختلال ایجاد کند (مثلاً به جای شش ولت چهار ولت می آید)، رنگ پیکسل تغییر می کند و امواج روی صفحه ظاهر می شود.
سیگنال آنالوگ پیوسته است.
سیگنال دیجیتال چیست؟

انتقال داده ها نیز با استفاده از یک سیگنال الکتریکی انجام می شود، اما تنها دو مقدار از این سیگنال ها وجود دارد و آنها با 0 و 1 مطابقت دارند. دنباله ای از صفر و یک از روی سیم ها منتقل می شود. چیزی شبیه به این: 01010001001 و غیره. برای اینکه دستگاه گیرنده (مثلاً تلویزیون) در داده های ارسالی اشتباه نگیرد، اعداد به صورت دسته ای ارسال می شوند. این اتفاق می‌افتد: 10100010 10101010 10100000 10111110. هر بسته حاوی اطلاعاتی است، مثلاً رنگ یک پیکسل. یکی از ویژگی‌های مهم سیگنال دیجیتال این است که دستگاه‌های فرستنده و گیرنده می‌توانند با یکدیگر ارتباط برقرار کرده و خطاهایی را که ممکن است در حین انتقال رخ دهد اصلاح کنند.

نمونه هایی از انتقال سیگنال دیجیتال و آنالوگ

برای یک سیگنال دیجیتال، انتقال چیزی شبیه به این است:

• تداخل: AAAAAAAAAAAAAA!
• تلویزیون: چی؟ نمی شنوم!
• VCR: سبز!
• تلویزیون: آره فهمیدم! سبز می کشم
• تلویزیون: لطفاً تأیید کنید که رنگ قرمز است.
• VCR: تایید می کنم.
• تلویزیون: باشه! من نقاشی می کنم.

انتقال سیگنال آنالوگ:

• VCR: سلام، تلویزیون، رنگ 120x300 پیکسل سبز است.
• تداخل: AAAAAAAAAAAAAA!
• تلویزیون: چی؟ نمی شنوم! لعنتی، آبی می کشم.
• VCR: رنگ بعدی قرمز است!
• تداخل: بوم! رونق!
• تلویزیون: مثل قرمز! من نقاشی می کنم.
• VCR: بیل!
• تداخل: PSHSHSHSHSH!
• تلویزیون: ؟!. نیاز به کشیدن چیزی دارید؟ بگذار یک بیل باشد!

مزایا و معایب سیگنال های دیجیتال و آنالوگ

با توجه به موارد فوق، می توان نتیجه گرفت که ceteris paribus، کیفیت انتقال اطلاعات با استفاده از سیگنال دیجیتال بالاتر از نمایش آنالوگ سیگنال خواهد بود. در عین حال، با ایمنی خوب در برابر نویز، این دو فناوری می توانند در شرایط برابر با یکدیگر رقابت کنند.

سیگنال آنالوگ یک سیگنال داده است که در آن هر یک از پارامترهای نمایش دهنده با تابعی از زمان و مجموعه ای پیوسته از مقادیر ممکن توصیف می شود.

دو فضای سیگنال وجود دارد - فضای L (سیگنال های پیوسته) و فضای l (L کوچک) - فضای دنباله ها. فضای l (L کوچک است) فضای ضرایب فوریه است (مجموعه ای از اعداد قابل شمارش که یک تابع پیوسته را در یک بازه محدود از دامنه تعریف تعریف می کند)، فضای L فضای سیگنال های پیوسته (آنالوگ) در دامنه است. از تعریف تحت شرایط خاص، فضای L به طور منحصر به فرد به فضای l نگاشت می شود (به عنوان مثال، دو قضیه گسسته سازی اول کوتلنیکوف).

سیگنال های آنالوگ با توابع پیوسته زمان توصیف می شوند، به همین دلیل است که سیگنال آنالوگ گاهی اوقات به عنوان سیگنال پیوسته نامیده می شود. سیگنال های آنالوگ با سیگنال های گسسته (کوانتیزه، دیجیتال) مخالف هستند. نمونه هایی از فضاهای پیوسته و کمیت های فیزیکی مربوطه:

مستقیم: ولتاژ الکتریکی

محیط: موقعیت روتور، چرخ، چرخ دنده، عقربه های ساعت آنالوگ یا فاز سیگنال حامل

بخش: موقعیت یک پیستون، یک اهرم کنترل، یک دماسنج مایع یا یک سیگنال الکتریکی محدود در دامنه فضاهای چندبعدی مختلف: رنگ، سیگنال مدوله شده چهارگانه.

خواص سیگنال های آنالوگ تا حد زیادی برعکس سیگنال های کوانتیزه یا دیجیتال است.

عدم وجود سطوح سیگنال گسسته که به وضوح از یکدیگر قابل تشخیص باشند، اعمال مفهوم اطلاعات در توصیف آن را به شکلی که در فناوری های دیجیتال درک می شود غیرممکن می کند. "مقدار اطلاعات" موجود در یک قرائت فقط توسط محدوده دینامیکی ابزار اندازه گیری محدود می شود.

بدون افزونگی از تداوم فضای مقدار، نتیجه می شود که هرگونه تداخل وارد شده به سیگنال از خود سیگنال قابل تشخیص نیست و بنابراین، دامنه اصلی قابل بازیابی نیست. در واقع، فیلتر کردن، به عنوان مثال، با روش های فرکانس، در صورتی که اطلاعات اضافی در مورد ویژگی های این سیگنال (به ویژه، باند فرکانس) شناخته شود، امکان پذیر است.

کاربرد:

سیگنال های آنالوگ اغلب برای نمایش کمیت های فیزیکی در حال تغییر مداوم استفاده می شوند. به عنوان مثال، سیگنال الکتریکی آنالوگ گرفته شده از ترموکوپل، اطلاعاتی در مورد تغییر دما، سیگنالی از میکروفون در مورد تغییرات سریع فشار در یک موج صوتی و غیره را حمل می کند.

2.2 سیگنال دیجیتال

سیگنال دیجیتال سیگنال داده ای است که در آن هر یک از پارامترهای نمایش دهنده با تابعی از زمان گسسته و مجموعه ای محدود از مقادیر ممکن توصیف می شود.

سیگنال ها پالس های الکتریکی یا نوری مجزا هستند. با این روش از کل ظرفیت کانال ارتباطی برای ارسال یک سیگنال استفاده می شود. سیگنال دیجیتال از کل پهنای باند کابل استفاده می کند. پهنای باند تفاوت بین حداکثر و حداقل فرکانس قابل انتقال از طریق کابل است. هر دستگاه در چنین شبکه هایی داده ها را در هر دو جهت ارسال می کند و برخی می توانند به طور همزمان دریافت و ارسال کنند. سیستم های باند باریک (باند پایه) داده ها را در قالب یک سیگنال دیجیتال تک فرکانس انتقال می دهند.

یک سیگنال دیجیتال گسسته برای انتقال در فواصل طولانی دشوارتر از سیگنال آنالوگ است، بنابراین در سمت فرستنده از قبل مدوله شده و در سمت گیرنده اطلاعات دمودوله می شود. استفاده از الگوریتم های بررسی و بازیابی اطلاعات دیجیتال در سیستم های دیجیتال می تواند قابلیت اطمینان انتقال اطلاعات را به میزان قابل توجهی افزایش دهد.

اظهار نظر. باید در نظر داشت که یک سیگنال دیجیتال واقعی، به دلیل ماهیت فیزیکی آن، آنالوگ است. به دلیل نویز و تغییرات پارامترهای خطوط انتقال، دارای نوسانات دامنه، فاز/فرکانس (جیت)، پلاریزاسیون است. اما این سیگنال آنالوگ (پالسی و گسسته) دارای ویژگی های یک عدد است. در نتیجه امکان استفاده از روش های عددی برای پردازش آن (پردازش کامپیوتری) فراهم می شود.

سیگنال ها کدهای اطلاعاتی هستند که توسط افراد به منظور انتقال پیام در یک سیستم اطلاعاتی استفاده می شود. ممکن است سیگنال داده شود، اما دریافت آن ضروری نیست. در حالی که یک پیام را فقط می توان یک سیگنال (یا مجموعه ای از سیگنال ها) در نظر گرفت که توسط گیرنده (سیگنال آنالوگ و دیجیتال) دریافت و رمزگشایی شده است.

یکی از اولین روش‌های انتقال اطلاعات بدون مشارکت مردم یا سایر موجودات زنده، آتش‌سوزی سیگنالی بود. هنگامی که خطر به وجود آمد، آتش‌ها متوالی از یک پست به پست دیگر روشن می‌شد. در مرحله بعد، روش انتقال اطلاعات با استفاده از سیگنال های الکترومغناطیسی را در نظر خواهیم گرفت و به طور مفصل در مورد موضوع صحبت خواهیم کرد. سیگنال آنالوگ و دیجیتال.

هر سیگنالی را می توان به عنوان تابعی نشان داد که تغییرات در ویژگی های آن را توصیف می کند. این نمایندگی برای مطالعه دستگاه ها و سیستم های مهندسی رادیو مناسب است. علاوه بر سیگنال در مهندسی رادیو، نویز نیز وجود دارد که جایگزین آن است. نویز هیچ اطلاعات مفیدی را حمل نمی کند و سیگنال را با تعامل با آن مخدوش می کند.

این مفهوم به خودی خود امکان انتزاع از کمیت های فیزیکی خاص را هنگام در نظر گرفتن پدیده های مرتبط با رمزگذاری و رمزگشایی اطلاعات فراهم می کند. مدل ریاضی سیگنال در تحقیق امکان تکیه بر پارامترهای تابع زمان را می دهد.

انواع سیگنال

سیگنال ها با توجه به محیط فیزیکی حامل اطلاعات به الکتریکی، نوری، صوتی و الکترومغناطیسی تقسیم می شوند.

با توجه به روش تنظیم سیگنال می تواند منظم و نامنظم باشد. یک سیگنال منظم با یک تابع قطعی زمان نشان داده می شود. یک سیگنال نامنظم در مهندسی رادیو با یک تابع آشفته زمان نشان داده می شود و با استفاده از یک رویکرد احتمالی تحلیل می شود.

سیگنال ها بسته به عملکردی که پارامترهای آنها را توصیف می کند، می توانند آنالوگ و گسسته باشند. سیگنال گسسته ای که کوانتیزه شده است سیگنال دیجیتال نامیده می شود.

پردازش سیگنال

سیگنال آنالوگ و دیجیتال برای ارسال و دریافت اطلاعات رمزگذاری شده در سیگنال پردازش و هدایت می شود. پس از استخراج اطلاعات، می توان از آن برای اهداف مختلف استفاده کرد. در موارد خاص، اطلاعات قالب بندی می شوند.

سیگنال های آنالوگ تقویت، فیلتر، مدوله و دمودوله می شوند. دیجیتال، علاوه بر این، هنوز هم می تواند فشرده، شناسایی و غیره باشد.

سیگنال آنالوگ

اندام های حسی ما تمام اطلاعاتی را که به آنها وارد می شود به شکل آنالوگ درک می کنند. مثلاً اگر ماشینی را در حال عبور ببینیم، حرکت آن را پیوسته می بینیم. اگر مغز ما می توانست هر 10 ثانیه یک بار اطلاعاتی در مورد موقعیت خود دریافت کند، مردم دائماً زیر چرخ ها می رفتند. اما ما می توانیم فاصله را خیلی سریعتر تخمین بزنیم و این فاصله در هر زمان مشخص به وضوح مشخص است.

در مورد اطلاعات دیگر نیز دقیقاً همین اتفاق می افتد، ما می توانیم هر لحظه میزان صدا را ارزیابی کنیم، احساس کنیم که انگشتان ما چقدر به اجسام فشار می آورند و غیره. به عبارت دیگر، تقریباً تمام اطلاعاتی که می توانند در طبیعت به وجود بیایند، شکل آنالوگ دارند. ساده ترین راه برای انتقال چنین اطلاعاتی با سیگنال های آنالوگ است که پیوسته و در هر زمان مشخص هستند.

برای درک اینکه یک سیگنال الکتریکی آنالوگ چگونه به نظر می رسد، می توانید نموداری را تصور کنید که دامنه را در محور عمودی و زمان را در محور افقی نشان می دهد. برای مثال، اگر تغییر دما را اندازه گیری کنیم، یک خط پیوسته روی نمودار ظاهر می شود که مقدار آن را در هر نقطه از زمان نمایش می دهد. برای انتقال چنین سیگنالی با جریان الکتریکی، باید مقدار دما را با مقدار ولتاژ مطابقت دهیم. بنابراین، برای مثال، 35.342 درجه سانتیگراد را می توان به عنوان ولتاژ 3.5342 ولت کدگذاری کرد.

سیگنال های آنالوگ در تمام انواع ارتباطات استفاده می شد. برای جلوگیری از تداخل، چنین سیگنالی باید تقویت شود. هر چه سطح نویز، یعنی تداخل بالاتر باشد، سیگنال باید قوی تر باشد تا بتوان بدون اعوجاج دریافت کرد. این روش پردازش سیگنال انرژی زیادی را برای تولید گرما مصرف می کند. در این حالت خود سیگنال تقویت شده می تواند باعث ایجاد تداخل در سایر کانال های ارتباطی شود.

در حال حاضر سیگنال های آنالوگ هنوز در تلویزیون و رادیو برای تبدیل سیگنال ورودی در میکروفون استفاده می شود. اما، به طور کلی، این نوع سیگنال به طور جهانی جایگزین یا جایگزین سیگنال های دیجیتال می شود.

سیگنال دیجیتال

یک سیگنال دیجیتال با دنباله ای از مقادیر دیجیتال نشان داده می شود. رایج ترین مورد استفاده در حال حاضر سیگنال های دیجیتال باینری هستند، زیرا در الکترونیک باینری استفاده می شوند و رمزگذاری آسان تر هستند.

برخلاف نوع سیگنال قبلی، سیگنال دیجیتال دارای دو مقدار "1" و "0" است. اگر مثال خود را با اندازه گیری دما به یاد بیاوریم، در اینجا سیگنال متفاوت شکل می گیرد. اگر ولتاژ ارائه شده توسط سیگنال آنالوگ با مقدار دمای اندازه گیری شده مطابقت داشته باشد، تعداد مشخصی پالس ولتاژ برای هر مقدار دما در سیگنال دیجیتال اعمال می شود. خود پالس ولتاژ در اینجا برابر با "1" خواهد بود و عدم وجود ولتاژ - "0". تجهیزات دریافت کننده پالس ها را رمزگشایی کرده و داده های اصلی را بازیابی می کند.

پس از تصور اینکه سیگنال دیجیتال در نمودار چگونه به نظر می رسد، خواهیم دید که انتقال از صفر به مقدار حداکثر به طور ناگهانی انجام می شود. این ویژگی است که به تجهیزات گیرنده اجازه می دهد تا سیگنال را واضح تر ببینند. اگر تداخلی رخ دهد، رمزگشایی سیگنال برای گیرنده آسان تر از انتقال آنالوگ است.

با این حال، بازیابی سیگنال دیجیتال با سطح نویز بسیار بالا غیرممکن است، در حالی که هنوز می توان اطلاعات را از یک نوع آنالوگ با اعوجاج بالا "صید" کرد. این به دلیل اثر برش است. ماهیت اثر این است که سیگنال های دیجیتال را می توان در فواصل معینی منتقل کرد و سپس به سادگی قطع کرد. این اثر در همه جا رخ می دهد و با یک بازسازی سیگنال ساده حل می شود. در جایی که سیگنال قطع می شود، باید یک تکرار کننده وارد کنید یا طول خط ارتباطی را کاهش دهید. تکرار کننده سیگنال را تقویت نمی کند، اما شکل اصلی آن را می شناسد و یک کپی دقیق از آن تولید می کند و می تواند خودسرانه در مدار استفاده شود. چنین روش هایی برای تکرار سیگنال به طور فعال در فناوری های شبکه استفاده می شود.

از جمله، سیگنال های آنالوگ و دیجیتال در توانایی رمزگذاری و رمزگذاری اطلاعات با هم تفاوت دارند. این یکی از دلایل انتقال ارتباطات سیار به دیجیتال است.

تبدیل سیگنال آنالوگ و دیجیتال و تبدیل دیجیتال به آنالوگ

لازم است کمی بیشتر در مورد نحوه انتقال اطلاعات آنالوگ از طریق کانال های ارتباطی دیجیتال صحبت کنیم. بیایید به مثال ها برگردیم. همانطور که قبلا ذکر شد، صدا یک سیگنال آنالوگ است.

در تلفن های همراهی که اطلاعات را از طریق کانال های دیجیتال منتقل می کنند چه اتفاقی می افتد

صدای ورودی به میکروفون در معرض تبدیل آنالوگ به دیجیتال (ADC) قرار می گیرد. این فرآیند شامل 3 مرحله است. مقادیر سیگنال جداگانه در فواصل منظم گرفته می شود، این فرآیند نمونه برداری نامیده می شود. با توجه به قضیه Kotelnikov در مورد پهنای باند کانال ها، فرکانس گرفتن این مقادیر باید دو برابر بالاتر از بالاترین فرکانس سیگنال باشد. یعنی اگر کانال ما دارای محدودیت فرکانس 4 کیلوهرتز باشد، فرکانس نمونه برداری 8 کیلوهرتز خواهد بود. علاوه بر این، تمام مقادیر سیگنال انتخاب شده گرد شده یا به عبارت دیگر، کوانتیزه می شوند. هر چه این سطوح بیشتری ایجاد کند، دقت سیگنال بازسازی شده در گیرنده بالاتر است. سپس تمام مقادیر به یک کد باینری تبدیل می شود که به ایستگاه پایه منتقل می شود و سپس به مشترک دیگر که گیرنده است می رسد. یک فرآیند تبدیل دیجیتال به آنالوگ (DAC) در تلفن گیرنده انجام می شود. این یک روش معکوس است که هدف آن نزدیک‌ترین خروجی به سیگنال اصلی است. علاوه بر این، سیگنال آنالوگ به شکل صدا از بلندگوی تلفن خارج می شود.