Sinyal türleri. Dijital anten ile analog anten arasındaki fark. Dijital ve analog sinyal: benzerlikler ve farklılıklar, avantajlar ve dezavantajlar nelerdir? "Analog sinyal" ile sanırım anladım

Meslekten olmayan kişi sinyallerin doğası hakkında düşünmez, ancak bazen analog ve dijital yayın veya formatlar arasındaki farkı düşünmek gerekir. Varsayılan olarak, analog teknolojilerin geçmişte kaldığı ve yakında tamamen dijital olanlarla değiştirileceği düşünülmektedir. Yeni trendler uğruna nelerden vazgeçtiğimizi bilmekte fayda var.

analog sinyal zamanın sürekli fonksiyonları tarafından tanımlanan bir veri sinyalidir, yani salınım genliği maksimum içinde herhangi bir değer alabilir.

dijital sinyal zamanın ayrık fonksiyonları tarafından açıklanan bir veri sinyalidir, yani salınım genliği yalnızca kesin olarak tanımlanmış değerleri alır.

Pratikte bu, analog sinyale büyük miktarda parazitin eşlik ettiğini, dijital sinyalin ise bunları başarılı bir şekilde filtrelediğini söylememizi sağlar. İkincisi, orijinal verileri geri yükleyebilir. Ek olarak, sürekli bir analog sinyal genellikle çok fazla gereksiz bilgi taşır, bu da fazlalığına yol açar - bir analog sinyal yerine birkaç dijital sinyal iletilebilir.

Televizyon hakkında konuşursak ve çoğu tüketiciyi dijitale geçişiyle endişelendiren bu alansa, analog sinyali tamamen modası geçmiş olarak kabul edebiliriz. Ancak şimdilik, bu amaç için tasarlanmış herhangi bir ekipman analog sinyalleri kabul ediyor ve dijital, özel bir tane gerektiriyor. Doğru, "rakamların" yayılmasıyla, giderek daha az sayıda analog TV var ve bunlara olan talep büyük ölçüde düşüyor.

Diğer bir önemli sinyal özelliği güvenliktir. Bu açıdan analog, dış etkilere veya izinsiz girişlere karşı tam bir savunmasızlık gösterir. Dijital, radyo darbelerinden bir kod atayarak şifrelenir, böylece herhangi bir girişim hariç tutulur. Dijital sinyalleri uzun mesafelerde iletmek zordur, bu nedenle bir modülasyon-demodülasyon şeması kullanılır.

Bulgular sitesi

1. Analog sinyal süreklidir, dijital sinyal ayrıktır.
2. Bir analog sinyal iletirken, kanalı parazitle tıkama riski daha yüksektir.
3. Analog sinyal gereksizdir.
4. Dijital sinyal gürültüyü filtreler ve orijinal verileri geri yükler.
5. Dijital sinyal şifrelenmiş biçimde iletilir.
6. Bir analog sinyal yerine birden fazla dijital sinyal gönderilebilir.

"Dijital" veya "ayrık" sinyal gibi tanımları çok sık duyuyoruz, bunun "analog" dan farkı nedir?

Farkın özü, analog sinyalin zamanda sürekli olması (mavi çizgi), dijital sinyalin ise sınırlı bir koordinat dizisinden (kırmızı noktalar) oluşmasıdır. Her şey koordinatlara indirgenirse, o zaman bir analog sinyalin herhangi bir bölümü sonsuz sayıda koordinattan oluşur.

Dijital bir sinyal için, yatay eksen boyunca koordinatlar, örnekleme frekansına göre düzenli aralıklarla yerleştirilmiştir. Yaygın Audio-CD formatında bu, saniyede 44100 noktadır. Dikey olarak, koordinatın yüksekliğinin doğruluğu dijital sinyalin bit derinliğine karşılık gelir, 8 bit için 256 seviye, 16 bit için = 65536 ve 24 bit için = 16777216 seviyedir. Bit derinliği (düzey sayısı) ne kadar yüksek olursa, dikey koordinatlar orijinal dalgaya o kadar yakın olur.

Analog kaynaklar şunlardır: vinil ve ses kasetleri. Dijital kaynaklar şunlardır: CD-Audio, DVD-Audio, SA-CD (DSD) ve WAVE ve DSD formatlarındaki dosyalar (APE, Flac, Mp3, Ogg, vb. türevleri dahil).

Analog sinyalin avantajları ve dezavantajları

Analog sinyalin dezavantajı, sinyali saklama, iletme ve çoğaltma yeteneğidir. Kasete veya vinile kayıt yaparken, sinyal kalitesi kasetin veya vinilin özelliklerine bağlı olacaktır. Zamanla bandın manyetikliği giderilir ve kaydedilen sinyalin kalitesi bozulur. Her okuma, ortamı kademeli olarak yok eder ve üzerine yazma, bir sonraki ortam (kaset veya vinil), okuma, kayıt ve sinyal iletim cihazları tarafından ek sapmaların eklendiği ek distorsiyona neden olur.

Bir analog sinyalin kopyasını çıkarmak, bir fotoğrafın fotoğrafını çekip tekrar kopyalamaya benzer.

Dijital sinyalin avantajları ve dezavantajları

Ana dezavantaj, dijital formdaki sinyalin bir ara aşama olması ve nihai analog sinyalin doğruluğunun, ses dalgasının koordinatlar tarafından ne kadar ayrıntılı ve doğru bir şekilde tanımlanacağına bağlı olacağı düşünülebilir. Ne kadar çok nokta varsa ve koordinatlar ne kadar doğruysa, dalganın o kadar doğru olması oldukça mantıklıdır. Ancak, sinyalin dijital temsilinin, kulaklarımız tarafından orijinalinden ayırt edilemeyen analog sinyali doğru bir şekilde geri yüklemek için yeterli olduğunu söylemek için kaç koordinatın ve veri doğruluğunun yeterli olduğu konusunda hala bir fikir birliği yoktur.

Veri hacimleri açısından, geleneksel bir analog ses kasetinin kapasitesi sadece yaklaşık 700-1,1 MB iken, geleneksel bir CD'nin kapasitesi 700 MB'dir. Bu da yüksek kapasiteli medya ihtiyacı hakkında fikir verir. Ve bu, tanımlama noktalarının sayısı ve koordinatların doğruluğu için farklı gereksinimleri olan ayrı bir uzlaşma savaşına yol açar.

Bugüne kadar, örnekleme frekansı 44.1 kHz ve bit derinliği 16 bit olan bir ses dalgasını temsil etmenin oldukça yeterli olduğu düşünülmektedir. 44,1 kHz'lik bir örnekleme hızı ile 22 kHz'e kadar bir sinyal geri kazanılabilir. Psikoakustik çalışmaların gösterdiği gibi, örnekleme oranındaki daha fazla artış pek fark edilmez, ancak bit derinliğindeki artış öznel bir gelişme sağlar.

DAC'ler nasıl bir dalga oluşturur?

Multibit DAC'ler

DAC girişi bir sonraki dikey koordinatın değerini alır ve her döngüde akım (gerilim) seviyesini bir sonraki değişikliğe kadar karşılık gelen seviyeye değiştirir.

İnsan kulağının 20 kHz'den daha yüksek duymadığına inanılsa da ve Nyquist teorisine göre 22 kHz'e kadar bir sinyali geri yüklemek mümkün olsa da, restorasyondan sonra bu sinyalin kalitesi sorusu devam etmektedir. Yüksek frekans bölgesinde, ortaya çıkan "adımlı" dalganın şekli genellikle orijinalinden uzaktır. Durumdan çıkmanın en kolay yolu, kayıt sırasında örnekleme oranını artırmaktır, ancak bu, dosya boyutunda önemli ve istenmeyen bir artışa yol açar.

Alternatif bir seçenek, DAC'de oynarken ara değerler ekleyerek örnekleme oranını yapay olarak artırmaktır. Onlar. orijinal koordinatları (kırmızı noktalar) düzgün bir şekilde birleştiren sürekli bir dalga yolu (kesikli gri çizgi) hayal ediyoruz ve bu çizgiye (koyu mor) ara noktalar ekliyoruz.

Örnekleme frekansı arttıkça, genellikle koordinatların yaklaşık dalgaya daha yakın olması için bit derinliğini de artırmak gerekir.

Ara koordinatlar sayesinde "adımları" azaltmak ve orijinaline daha yakın bir dalga oluşturmak mümkündür.

Bir oynatıcıda veya harici DAC'de 44,1'den 192 kHz'e yükseltme işlevi gördüğünüzde, bu, 20 kHz'in üzerinde ses geri yükleme veya oluşturma değil, ara koordinatlar ekleme işlevidir.

Başlangıçta bunlar, DAC'den önce ayrı SRC mikro devreleriydi ve daha sonra doğrudan DAC mikro devrelerinin kendilerine taşındı. Bugün, modern DAC'lere böyle bir mikro devrenin eklendiği yerlerde çözümler bulabilirsiniz, bu, DAC'deki yerleşik algoritmalara bir alternatif sağlamak ve bazen daha da iyi ses elde etmek için yapılır (örneğin, Hidizs AP100'de yapıldı) .

Multi-bit DAC'lerin ana endüstri reddi, kalite göstergelerinin mevcut üretim teknolojileriyle daha fazla teknolojik olarak geliştirilmesinin imkansızlığından ve karşılaştırılabilir özelliklere sahip DAC'lerin “anahtarlanmasına” karşı daha yüksek maliyetten kaynaklanıyordu. Bununla birlikte, Hi-End ürünlerinde, teknik olarak daha iyi özelliklere sahip yeni çözümler yerine genellikle eski multi-bit DAC'ler tercih edilir.

DAC'leri değiştirme

Sinyalin genliği, darbelerin genliklerinin ortalama değeridir (yeşil, eşit genlikteki darbeleri ve beyaz, son ses dalgasını gösterir).

Örneğin, beş impulstan oluşan sekiz döngü dizisi ortalama (1+1+1+0+0+1+1+0)/8=0,625 genlik verecektir. Taşıyıcı frekansı ne kadar yüksek olursa, o kadar fazla darbe yumuşatma kapsamına girer ve daha doğru bir genlik değeri elde edilir. Bu, ses akışını geniş bir dinamik aralıkla bir bitlik bir biçimde sunmayı mümkün kıldı.

Ortalama, geleneksel bir analog filtre ile yapılabilir ve eğer böyle bir darbe seti doğrudan hoparlöre uygulanırsa, o zaman çıkışta ses alacağız ve yayıcının büyük ataleti nedeniyle ultra yüksek frekanslar yeniden üretilmeyecektir. D sınıfındaki PWM amplifikatörleri, darbelerin enerji yoğunluğunun sayılarına göre değil, her darbenin süresine göre oluşturulduğu (uygulanması daha kolay olan ancak basit bir ikili kodla tanımlanamayan) bu prensibe göre çalışır.

Multi-bit DAC, Pantone renklerini uygulayabilen bir yazıcı olarak düşünülebilir. Delta-Sigma, sınırlı renk yelpazesine sahip bir mürekkep püskürtmeli yazıcıdır, ancak çok küçük noktaları uygulama yeteneği nedeniyle (bir boynuzlu yazıcıya kıyasla), birim yüzey başına farklı nokta yoğunluğu nedeniyle, daha fazla gölge üretir.

Görüntüde, gözün çözünürlüğünün düşük olması nedeniyle genellikle tek tek noktaları görmeyiz, yalnızca ortalama tonu görürüz. Aynı şekilde kulak da impulsları ayrı ayrı duymaz.

Sonuç olarak, darbeli DAC'lerdeki mevcut teknolojilerle, ara koordinatlara yaklaşarak teorik olarak elde edilmesi gereken dalgaya yakın bir dalga elde edebilirsiniz.

Delta-sigma DAC'nin ortaya çıkmasından sonra, “dijital dalgayı” adımlarla çizmenin öneminin ortadan kalktığı belirtilmelidir, çünkü. bu nedenle modern DAC'ler kademeli bir dalga oluşturmaz. Düzgün bir çizgi ile bağlanan noktalarla doğru şekilde ayrık bir sinyal oluşturulur.

DAC'leri değiştirmek ideal mi?

Ancak pratikte her şey pembe değil ve bir takım sorunlar ve sınırlamalar var.

Çünkü Kayıtların büyük çoğunluğu çok bitli bir sinyalde depolandığından, darbeli bir sinyale bit bit dönüştürme, modern DAC'lerin desteklemediği, gereksiz yere yüksek bir taşıyıcı frekansı gerektirir.

Modern darbeli DAC'lerin ana işlevi, çok bitli bir sinyalin, veri yok etme ile nispeten düşük bir taşıyıcı frekansı olan tek bitlik bir sinyale dönüştürülmesidir. Temel olarak, darbeli DAC'lerin nihai ses kalitesini belirleyen bu algoritmalardır.

Yüksek taşıyıcı frekansı sorununu azaltmak için, ses akışı birkaç tek bitlik akışa bölünür; burada her akış, akış sayısından taşıyıcı frekansının katına eşdeğer olan bit grubundan sorumludur. Bu tür DAC'lere çok bitli delta-sigma denir.

Bugün, dönüşüm algoritmalarını esnek bir şekilde programlama yeteneği nedeniyle, anahtarlamalı DAC'ler, NAD ve Chord'un yüksek hızlı genel amaçlı IC'lerinde yeni bir yaşam alanı kazanmıştır.

DSD formatı

Format, birkaç nedenden dolayı yaygın olarak kullanılmadı. Bu formattaki dosyaları düzenlemenin gereksiz yere sınırlı olduğu ortaya çıktı: akışları karıştıramaz, sesi ayarlayamaz ve eşitleme uygulayamazsınız. Bu, kalite kaybı olmadan yalnızca analog kayıtları arşivleyebileceğiniz ve daha fazla işlem yapmadan canlı performansların iki mikrofonlu kaydını üretebileceğiniz anlamına gelir. Tek kelimeyle, gerçekten para kazanamazsınız.

Korsanlığa karşı mücadelede, SA-CD'ler bilgisayarlar tarafından desteklenmiyordu (ve hala desteklenmiyor), bu da kopyalarının alınmasını imkansız kılıyor. Kopya yok - geniş izleyici kitlesi yok. DSD ses içeriğini yalnızca tescilli bir diskten ayrı bir SA-CD oynatıcıdan oynatmak mümkündü. PCM formatı için bir kaynaktan ayrı bir DAC'ye dijital veri aktarımı için bir SPDIF standardı varsa, o zaman DSD formatı için bir standart yoktur ve SA-CD disklerinin ilk korsan kopyaları SA-'nın analog çıkışlarından sayısallaştırıldı. CD oynatıcılar (durum aptalca görünse de, gerçekte bazı kayıtlar yalnızca SA-CD'de yayınlandı veya Audio-CD'deki aynı kayıt, SA-CD'yi tanıtmak için kasıtlı olarak düşük kalitede yapıldı).

SA-CD diskinin oynatmadan önce otomatik olarak konsolun sabit sürücüsüne kopyalandığı SONY oyun konsollarının piyasaya sürülmesiyle dönüm noktası oluştu. DSD formatının hayranları bundan faydalandı. Korsan kayıtların ortaya çıkması, piyasayı DSD akışlarını oynatmak için ayrı DAC'lerin piyasaya sürülmesine teşvik etti. Günümüzde çoğu DSD özellikli harici DAC, SPDIF üzerinden ayrı bir dijital sinyal kodlaması olarak DoP formatını kullanan USB veri aktarımını desteklemektedir.

DSD için taşıyıcı frekansları nispeten küçüktür, 2,8 ve 5,6 MHz'dir, ancak bu ses akışı herhangi bir kırpıntı dönüştürme gerektirmez ve DVD-Audio gibi yüksek çözünürlüklü formatlarla oldukça rekabetçidir.

Hangisi daha iyi, DSP mi yoksa PCM mi sorusunun net bir cevabı yok. Her şey, belirli bir DAC'nin uygulama kalitesine ve son dosyayı kaydederken ses mühendisinin yeteneğine bağlıdır.

genel sonuç

Doğrudan bir ses kasetine veya plağa kaydedilen bir analog sinyal, kalite kaybı olmadan yeniden kaydedilemezken, dijital sunumdaki bir dalga parça parça kopyalanabilir.

Dijital kayıt formatları, dosya boyutuna karşı koordinat doğruluğu miktarı arasında sürekli bir değiş tokuştur ve herhangi bir dijital sinyal, orijinal analog sinyalin yalnızca bir tahminidir. Bununla birlikte, aynı zamanda, bir dijital sinyali kaydetmek ve yeniden üretmek ve bir analog sinyal için ortamda depolamak için farklı düzeylerdeki teknolojiler, bir dijital kameraya karşı bir film kamerasına benzer şekilde, sinyalin dijital temsiline daha fazla avantaj sağlar.

Bugün analog ve dijital sinyallerin ne olduğunu anlamaya çalışacağız. Avantajları ve dezavantajları. Çeşitli bilimsel terimler ve tanımlar atmayacağız, ancak durumu parmaklarımızın ucunda anlamaya çalışacağız.

Analog sinyal nedir?

Bir analog sinyal, bir elektrik sinyalinin (akım ve gerilim değerleri) orijinal sinyal değerine (piksel rengi, ses frekansı ve genliği, vb.) benzetilmesine dayanır. Onlar. belirli akım ve voltaj değerleri, belirli bir piksel renginin veya bir ses sinyalinin iletilmesine karşılık gelir.

Analog video sinyaline bir örnek vereceğim.

5 volt teldeki voltaj maviye, 6 volt yeşile, 7 volt kırmızıya karşılık gelir.

Ekranda kırmızı, mavi ve yeşil şeritlerin görünmesi için kabloya dönüşümlü olarak 5, 6, 7 volt uygulanmalıdır. Voltajı ne kadar hızlı değiştirirsek, monitörümüzdeki şeritler o kadar ince olur. Voltaj değişiklikleri arasındaki aralığı minimuma indirerek, artık şeritler değil, birbiri ardına değişen renkli noktalar elde edeceğiz.

Analog sinyalin önemli bir özelliği, vericiden alıcıya (örneğin antenden TV'ye) kesinlikle iletilmesi, geri bildirim olmamasıdır. Bu nedenle, parazit sinyal iletimini engelliyorsa (örneğin, altı yerine dört volt gelirse), pikselin rengi bozulacak ve ekranda dalgalanmalar görünecektir.
Analog sinyal süreklidir.
Dijital sinyal nedir?

Veri iletimi de bir elektrik sinyali kullanılarak gerçekleştirilir, ancak bu sinyallerin yalnızca iki değeri vardır ve bunlar 0 ve 1'e karşılık gelir. teller üzerinden bir dizi sıfır ve bir iletilir. Bunun gibi bir şey: 01010001001 vb. Alıcı cihazın (örneğin bir TV) iletilen verilerde karışmaması için sayılar toplu olarak iletilir. Şu şekilde olur: 10100010 10101010 10100000 10111110. Bu tür paketlerin her biri, örneğin bir pikselin rengi gibi bazı bilgiler taşır. Dijital bir sinyalin önemli bir özelliği, verici ve alıcı cihazların birbirleriyle iletişim kurabilmeleri ve iletim sırasında oluşabilecek hataları birbirlerini düzeltebilmeleridir.

Dijital ve analog sinyal iletimi örnekleri

Dijital bir sinyal için iletim şuna benzer:

• Parazit: AAAAAAAAAAAAAAA!
• Televizyon: Ne? Ben duyamıyorum!
• VCR: Yeşil!
• TV: Evet, anladım! yeşil çiziyorum.
• TV: Lütfen rengin kırmızı olduğunu doğrulayın.
• VCR: Onaylıyorum.
• Televizyon: Tamam! Ben çizerim.

Analog sinyal için iletim:

• VCR: Hey, TV, 120x300 pikselin rengi yeşil.
• Parazit: AAAAAAAAAAAAAAA!
• Televizyon: Ne? Ben duyamıyorum! Kahretsin, mavi çizeceğim.
• VCR: Bir sonraki renk kırmızı!
• Müdahale: BOOM! BOOM!
• TV: Kırmızı gibi! Ben çizerim.
• VCR: Kürek!
• Müdahale: PSSHSHSHSHSH!
• TELEVİZYON: ?!. Bir şey çizmeniz mi gerekiyor? Bir kürek olsun!

Dijital ve analog sinyallerin avantajları ve dezavantajları

Yukarıdakilerden, ceteris paribus, dijital bir sinyal kullanan bilgi aktarımının kalitesinin, sinyalin analog temsilinden daha yüksek olacağı sonucuna varabiliriz. Aynı zamanda, iyi bir gürültü bağışıklığı ile, iki teknoloji eşit şartlarda rekabet edebilir.

Bir analog sinyal, temsil eden parametrelerin her birinin zamanın bir fonksiyonu ve sürekli bir olası değerler seti tarafından tanımlandığı bir veri sinyalidir.

İki sinyal alanı vardır - L alanı (sürekli sinyaller) ve l alanı (L küçük) - dizilerin alanı. l alanı (L küçüktür), Fourier katsayılarının alanıdır (tanım alanının sonlu bir aralığında sürekli bir işlevi tanımlayan sayılabilir bir sayılar kümesi), L alanı, alandaki sürekli (analog) sinyallerin alanıdır. tanımı. Belirli koşullar altında, L uzayı benzersiz bir şekilde l uzayına eşlenir (örneğin, Kotelnikov'un ilk iki ayrıklaştırma teoremi).

Analog sinyaller, zamanın sürekli fonksiyonları ile tanımlanır, bu nedenle analog sinyale bazen sürekli sinyal denir. Analog sinyaller ayrık (kuantize edilmiş, dijital) sinyallere karşıdır. Sürekli boşluklara ve karşılık gelen fiziksel niceliklere örnekler:

doğrudan: elektrik voltajı

çevre: bir rotorun konumu, tekerlek, dişli, analog saat ibreleri veya bir taşıyıcı sinyalin fazı

segment: bir pistonun konumu, bir kontrol kolu, bir sıvı termometresi veya çeşitli çok boyutlu boşluklarda genlikle sınırlı bir elektrik sinyali: renk, dördün modülasyonlu sinyal.

Analog sinyallerin özellikleri nicemlenmiş veya dijital sinyallerin özelliklerinin büyük ölçüde tersidir.

Birbirinden net bir şekilde ayırt edilebilen ayrık sinyal seviyelerinin olmaması, bilgi kavramının dijital teknolojilerde anlaşıldığı şekliyle tarifine uygulanmasını imkansız kılmaktadır. Bir okumada yer alan "bilgi miktarı" yalnızca ölçüm aletinin dinamik aralığı ile sınırlı olacaktır.

Fazlalık yok. Değer uzayının sürekliliğinden, sinyale dahil edilen herhangi bir girişimin sinyalin kendisinden ayırt edilemez olduğu ve bu nedenle orijinal genliğin geri yüklenemeyeceği sonucu çıkar. Aslında, bu sinyalin özellikleri (özellikle frekans bandı) hakkında herhangi bir ek bilgi biliniyorsa, örneğin frekans yöntemleriyle filtreleme mümkündür.

Başvuru:

Analog sinyaller genellikle sürekli değişen fiziksel miktarları temsil etmek için kullanılır. Örneğin, bir termokupldan alınan bir analog elektrik sinyali, sıcaklıktaki bir değişiklik hakkında bilgi taşır, bir mikrofondan bir ses dalgasındaki hızlı basınç değişiklikleri hakkında bir sinyal vb.

2.2 Dijital sinyal

Dijital bir sinyal, temsil eden parametrelerin her birinin ayrık zamanın bir fonksiyonu ve sonlu bir olası değerler dizisi tarafından tanımlandığı bir veri sinyalidir.

Sinyaller, ayrı elektrik veya ışık darbeleridir. Bu yöntemle, iletişim kanalının tüm kapasitesi bir sinyal iletmek için kullanılır. Dijital sinyal, kablonun tüm bant genişliğini kullanır. Bant genişliği, bir kablo üzerinden iletilebilen maksimum ve minimum frekans arasındaki farktır. Bu tür ağlardaki her cihaz, her iki yönde de veri gönderir ve bazıları aynı anda alıp iletebilir. Dar bant sistemleri (temel bant), verileri tek frekanslı bir dijital sinyal biçiminde iletir.

Ayrı bir dijital sinyalin uzun mesafelerde iletilmesi analog bir sinyale göre daha zordur, bu nedenle verici tarafında önceden modüle edilir ve bilgi alıcı tarafında demodüle edilir. Dijital sistemlerde dijital bilgileri kontrol etmek ve geri yüklemek için algoritmaların kullanılması, bilgi aktarımının güvenilirliğini önemli ölçüde artırabilir.

Yorum. Gerçek bir dijital sinyalin fiziksel doğası gereği analog olduğu akılda tutulmalıdır. Gürültü ve iletim hatlarının parametrelerindeki değişikliklerden dolayı genlik, faz/frekans (jitter), polarizasyonda dalgalanmalar gösterir. Ancak bu analog sinyal (darbe ve ayrık), bir sayının özelliklerine sahiptir. Sonuç olarak, işlenmesi (bilgisayar işleme) için sayısal yöntemlerin kullanılması mümkün hale gelir.

Sinyaller, bir bilgi sistemindeki mesajları iletmek için insanlar tarafından kullanılan bilgi kodlarıdır. Sinyal verilebilir, ancak alınması gerekli değildir. Oysa bir mesaj yalnızca alıcı tarafından alınan ve kodu çözülen bir sinyal (veya bir dizi sinyal) olarak kabul edilebilir (analog ve dijital sinyal).

İnsanların veya diğer canlıların katılımı olmadan bilgi iletmenin ilk yöntemlerinden biri işaret yangınlarıydı. Tehlike ortaya çıktığında, bir direkten diğerine arka arkaya şenlik ateşleri yakıldı. Daha sonra, elektromanyetik sinyaller kullanarak bilgi iletme yöntemini ele alacağız ve konuyu ayrıntılı olarak ele alacağız. analog ve dijital sinyal.

Herhangi bir sinyal, karakteristiklerindeki değişiklikleri açıklayan bir fonksiyon olarak temsil edilebilir. Bu temsil, radyo mühendisliği cihazlarını ve sistemlerini incelemek için uygundur. Radyo mühendisliğinde sinyale ek olarak onun alternatifi olan gürültü de vardır. Gürültü yararlı bilgi taşımaz ve onunla etkileşerek sinyali bozar.

Kavramın kendisi, bilgilerin kodlanması ve kodunun çözülmesiyle ilgili olguları dikkate alırken belirli fiziksel niceliklerden soyutlamayı mümkün kılar. Araştırmada sinyalin matematiksel modeli, zaman fonksiyonunun parametrelerine güvenmeye izin verir.

Sinyal türleri

Bilgi taşıyıcının fiziksel ortamına göre sinyaller elektriksel, optik, akustik ve elektromanyetik olarak ayrılır.

Ayarlama yöntemine göre, sinyal düzenli ve düzensiz olabilir. Düzenli bir sinyal, zamanın deterministik bir fonksiyonu ile temsil edilir. Radyo mühendisliğinde düzensiz bir sinyal, zamanın kaotik bir fonksiyonu ile temsil edilir ve olasılıksal bir yaklaşım kullanılarak analiz edilir.

Sinyaller, parametrelerini tanımlayan fonksiyona bağlı olarak analog ve ayrık olabilir. Kuantize edilmiş ayrı bir sinyale dijital sinyal denir.

Sinyal işleme

Analog ve dijital sinyal, sinyalde kodlanmış bilgiyi iletmek ve almak için işlenir ve yönlendirilir. Bilgi çıkarıldıktan sonra, farklı amaçlar için kullanılabilir. Belirli durumlarda, bilgiler biçimlendirilir.

Analog sinyaller yükseltilir, filtrelenir, modüle edilir ve demodüle edilir. Dijital, buna ek olarak, yine de sıkıştırılabilir, algılanabilir vb.

analog sinyal

Duyu organlarımız kendilerine gelen tüm bilgileri analog olarak algılarlar. Örneğin yoldan geçen bir araba gördüğümüzde onun hareketini sürekli olarak görürüz. Beynimiz her 10 saniyede bir konumu hakkında bilgi alabilseydi, insanlar sürekli tekerleklerin altına girerdi. Ancak mesafeyi çok daha hızlı tahmin edebiliriz ve herhangi bir zamanda bu mesafe açıkça tanımlanır.

Kesinlikle aynı şey diğer bilgilerde de oluyor, her an hacmi değerlendirebiliyor, parmaklarımızın nesnelere ne kadar baskı uyguladığını hissedebiliyoruz vs. Başka bir deyişle, doğada ortaya çıkabilecek hemen hemen tüm bilgiler analog bir forma sahiptir. Bu tür bilgileri iletmenin en kolay yolu, herhangi bir zamanda sürekli ve tanımlanmış olan analog sinyallerdir.

Bir analog elektrik sinyalinin neye benzediğini anlamak için, dikey eksende genliği ve yatay eksende zamanı gösteren bir grafik hayal edebilirsiniz. Örneğin sıcaklıktaki değişimi ölçersek, grafikte sürekli bir çizgi belirir ve zamanın her noktasında değerini gösterir. Böyle bir sinyali elektrik akımı ile iletmek için sıcaklık değeri ile voltaj değerini eşleştirmemiz gerekir. Örneğin, 35.342 Santigrat derece, 3.5342 V'luk bir voltaj olarak kodlanabilir.

Eskiden her türlü iletişimde analog sinyaller kullanılırdı. Paraziti önlemek için, böyle bir sinyal yükseltilmelidir. Gürültü seviyesi, yani girişim ne kadar yüksek olursa, bozulma olmadan alınabilmesi için sinyalin yükseltilmesi o kadar güçlü olmalıdır. Bu sinyal işleme yöntemi, ısı üretmek için çok fazla enerji tüketir. Bu durumda, yükseltilen sinyalin kendisi diğer iletişim kanallarında girişime neden olabilir.

Artık analog sinyaller, mikrofonlardaki giriş sinyalini dönüştürmek için televizyon ve radyoda hala kullanılmaktadır. Ancak, genel olarak, bu tür sinyaller evrensel olarak dijital sinyallerle değiştirilir veya yerini alır.

dijital sinyal

Bir dijital sinyal, bir dijital değerler dizisi ile temsil edilir. İkili elektronikte kullanıldıkları ve kodlanmaları daha kolay olduğu için şu anda en yaygın kullanılan ikili dijital sinyallerdir.

Önceki sinyal türünden farklı olarak, dijital sinyalin "1" ve "0" olmak üzere iki değeri vardır. Sıcaklık ölçümü örneğimizi hatırlarsak, burada sinyal farklı şekilde oluşacaktır. Analog sinyal tarafından sağlanan voltaj, ölçülen sıcaklığın değerine karşılık geliyorsa, her sıcaklık değeri için dijital sinyalde belirli sayıda voltaj darbesi uygulanacaktır. Buradaki voltaj darbesinin kendisi "1" e eşit olacaktır ve voltaj yokluğu - "0" olacaktır. Alıcı ekipman darbelerin kodunu çözecek ve orijinal verileri geri yükleyecektir.

Dijital sinyalin grafikte nasıl görüneceğini hayal ettikten sonra, sıfırdan maksimum değere geçişin aniden yapıldığını göreceğiz. Alıcı ekipmanın sinyali daha net "görmesini" sağlayan bu özelliktir. Herhangi bir girişim meydana gelirse, alıcının sinyali çözmesi analog iletime göre daha kolaydır.

Bununla birlikte, çok yüksek gürültü seviyesine sahip bir dijital sinyali eski haline getirmek mümkün değilken, yüksek distorsiyona sahip bir analog tipten bilgi "avlamak" hala mümkündür. Bu, kırpma etkisinden kaynaklanmaktadır. Efektin özü, dijital sinyallerin belirli mesafelerde iletilebilmesi ve ardından basitçe kesilebilmesidir. Bu etki her yerde meydana gelir ve basit bir sinyal rejenerasyonu ile çözülür. Sinyalin kesildiği yerde tekrarlayıcı takmanız veya iletişim hattının uzunluğunu azaltmanız gerekir. Tekrarlayıcı, sinyali yükseltmez, ancak orijinal halini tanır ve tam bir kopyasını üretir ve devrede keyfi olarak kullanılabilir. Bu tür sinyal tekrarlama yöntemleri, ağ teknolojilerinde aktif olarak kullanılmaktadır.

Diğer şeylerin yanı sıra, analog ve dijital sinyaller, bilgileri kodlama ve şifreleme yeteneklerinde farklılık gösterir. Mobil iletişimin dijitale geçmesinin nedenlerinden biri de budur.

Analog ve dijital sinyal ve dijitalden analoğa dönüştürme

Dijital iletişim kanalları üzerinden analog bilgilerin nasıl iletildiğinden biraz daha bahsetmek gerekiyor. Örneklere geri dönelim. Daha önce de belirtildiği gibi, ses analog bir sinyaldir.

Dijital kanallar üzerinden bilgi ileten cep telefonlarında neler oluyor?

Mikrofona giren ses, analogdan dijitale dönüştürmeye (ADC) tabi tutulur. Bu süreç 3 adımdan oluşmaktadır. Belirli aralıklarla ayrı ayrı sinyal değerleri alınır, bu işleme örnekleme denir. Kotelnikov'un kanalların bant genişliği hakkındaki teoremine göre, bu değerlerin alınma sıklığı, sinyalin en yüksek frekansının iki katı olmalıdır. Yani, kanalımızın frekans sınırı 4 kHz ise, örnekleme frekansı 8 kHz olacaktır. Ayrıca, seçilen tüm sinyal değerleri yuvarlanır veya başka bir deyişle nicelenir. Bu ne kadar çok seviye oluşturursa, alıcıda yeniden oluşturulan sinyalin doğruluğu o kadar yüksek olur. Daha sonra tüm değerler, baz istasyonuna iletilen ve ardından alıcı olan diğer aboneye ulaşan ikili koda dönüştürülür. Alıcının telefonunda dijitalden analoğa dönüştürme (DAC) işlemi gerçekleşir. Bu, amacı çıkışı orijinal sinyale mümkün olduğu kadar yakın hale getirmek olan ters bir prosedürdür. Ayrıca analog sinyal, telefonun hoparlöründen ses şeklinde çıkar.