Arten von Signalen. Analoges Signal Analoges oder digitales Signal

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Hallo zusammen. In diesem Artikel möchte ich ein wenig über die grundlegenden Techniken und Ideen der modernen digitalen drahtlosen Kommunikation sprechen – am Beispiel des IEEE 802.11-Standards. Heutzutage leben die Menschen sehr oft auf einem ziemlich hohen Abstraktionsniveau und haben wenig Verständnis dafür, wie die Dinge um uns herum genau funktionieren. Nun, ich werde versuchen, den Massen das Licht der Aufklärung zu bringen. Der Artikel verwendet die in diesem Artikel erläuterten Dinge und Terminologie. Personen, die weit von der Funktechnik entfernt sind, wird daher empfohlen, es zuerst zu lesen.
ACHTUNG: In dem Artikel wird teilweise geflucht – besonders beeinflussbare Menschen sollten diesen Knopf nicht drücken:

Digitale Signale und Spektren

Analoge Signale

Zum Beispiel - Klang- Abhängigkeit des Drucks von der Zeit. Das vom Empfänger empfangene Signal (Spannung) wird an einen Audioverstärker gesendet und versetzt den Lautsprecher in Vibration.

Oder Videosignal für Bildröhre. Der Signalpegel bestimmt den Leistungswert des über den Bildschirm laufenden Strahls, der im richtigen Moment den Leuchtstoff beleuchtet und ein Bild auf dem Bildschirm erzeugt

Der Hauptnachteil dieser Methode der Informationsübertragung ist die geringe Störfestigkeit – das Übertragungsmedium fügt immer eine Art Zufallskomponente in unser Signal ein – eine Änderung der Form des Videosignals verändert die Farben einzelner Pixel (wir alle erinnern uns an das Rauschen des Radios). und Wellen auf dem Fernsehbildschirm).

Digitale Signale

Einzelpulsspektrum

Soooo – aber was ist mit der negativen Amplitude? Erinnern wir uns daran, dass das Spektrum in reellen Zahlen in die Summe von Sinus- und Cosinuswerten mit Nullphasen zerlegt wird –

In dieser Form ist es eigentlich bequemer, es auf einem Computer darzustellen, aber für die Analyse ist diese Form völlig unpraktisch – wenn sich das Signal im Zeitbereich ändert, ändern sich die Spektren auf eine für den Menschen völlig unverständliche Weise, also die beiden Spektren der Sinus- und Kosinuskomponenten werden in Polarkoordinaten umgewandelt, wobei die Paare Sinus und Kosinus mit Phase Null in einen Sinus mit Phase ungleich Null gefaltet werden, wodurch das Amplituden- und Phasenspektrum erhalten wird. Denken Sie nun daran, dass die Multiplikation des Signals mit -1 äquivalent ist zu einem Phasensprung von 180 Grad, sodass der negative Teil relativ zur horizontalen Achse reflektiert wird, und an den Wendepunkten erfährt die Phase einen 180-Grad-Sprung.

Wir sehen auch, dass das Spektrum eines einzelnen Impulses eine Sinusfunktion ist, die in der digitalen Signalverarbeitung und Funktechnik häufig vorkommt.

Fast die gesamte Pulsenergie ist im zentralen Peak des Spektrums enthalten – seine Breite ist umgekehrt proportional zur Pulsdauer. Und die Höhe ist direkt proportional – das heißt, je länger der Puls, desto schmaler und höher sein Spektrum, und je kürzer er ist, desto niedriger und breiter ist er.
Mit einem guten Maß an Genauigkeit kann das Spektrum einer Pulssequenz als eine Menge von Harmonischen in einem Spektralband betrachtet werden, deren Breite umgekehrt proportional zur Pulsdauer T ist.

Fazit: Indem wir die Impulslänge unseres digitalen Signals verringern, können wir das Signal über ein breites Spektrumsband verteilen. In diesem Fall nimmt seine Höhe proportional ab. Mit einer N-fachen Vergrößerung des Bands nimmt die Höhe des Spektrums ab um den gleichen Betrag bis hin zum Geräuschpegel. Die Breitbandübertragung hat viele Vorteile – einer davon ist die Widerstandsfähigkeit gegen Schmalbandinterferenzen – da die Informationen über das gesamte Spektrum verteilt sind, vernichten Schmalbandinterferenzen nur einen kleinen Teil dieser Informationen.

Wenn wir die Länge der Impulse unseres Informationssignals dummerweise reduzieren, wird sich das Spektrum natürlich verbreitern, aber der Empfänger weiß nicht, welche Informationen wir ihm übermitteln, und kann sie nicht vom Rauschen trennen. Daher ist eine Methode erforderlich, um ein Schmalbandsignal in ein breitbandiges rauschähnliches Signal für die Übertragung über einen Funkkanal umzuwandeln und es nach dem Empfang wieder in ein Schmalbandsignal umzuwandeln. Es ist erforderlich, dem Signal redundante Informationen hinzuzufügen. Das heißt, sowohl dem Empfänger als auch dem Sender bekannte Informationen, mit deren Hilfe der Empfänger das Signal vom Rauschen unterscheiden kann. Lassen Sie uns jedes Informationsbit in einer Reihenfolge kodieren, die sowohl dem Empfänger als auch dem Sender bekannt ist.

Autokorrelationsfunktion. Barker-Codes

Modulation

Die nächste Modulationsart ist Frequenz wenn das Datensignal die Trägerfrequenz steuert – entweder direkt (VCO) oder durch Umschalten zwischen zwei verschiedenen Oszillatoren (dies führt zu einem Phasensprung)

Auch hier gibt es etwas zu sagen, aber ein andermal – sonst wird der Artikel zu lang.

Phasenmodulation

Übrigens – auf dieser Grundlage haben wir den Übergang von den Spektren der Sinuskurven und Kosinuswellen mit Nullphasen zum Spektrum der Sinuskurven mit Phasen ungleich Null und zum Phasenspektrum durchgeführt – jetzt führen wir einfach die Rücktransformation durch.

Basierend auf Quadraturmodulation

Zusammen mit dem Träger erzeugen wir ein weiteres Signal, das also um 90 Grad gegenüber dem Träger verschoben ist ist mit ihr einverstanden. Indem wir nun die Amplitude jedes Signals (in Phase und Quadratur) steuern, mit 1 oder -1 multiplizieren und dann summieren, können wir bereits 4 mögliche Phasenverschiebungen erhalten.


Jetzt können wir 2 Bits gleichzeitig kodieren. Das heißt, die Übertragungsgeschwindigkeit verdoppelt sich. Aber auch die Fehlerwahrscheinlichkeit wird zwangsläufig steigen.

Auf ähnliche Weise kann eine größere Anzahl von Phasenverschiebungen erzielt werden. Mögliche Signalzustände werden üblicherweise auf einem Vektordiagramm oder auf einer Signalkonstellationsebene dargestellt


Beachten Sie, dass die Reihenfolge der Binärwörter im Diagramm dargestellt ist

Digitalsignal

Digitalsignal– ein Datensignal, in dem jeder der darstellenden Parameter durch eine diskrete Zeitfunktion und eine endliche Menge möglicher Werte beschrieben wird.

Die Signale sind diskrete elektrische oder Lichtimpulse. Bei dieser Methode wird die gesamte Kapazität des Kommunikationskanals zur Übertragung eines Signals genutzt. Das digitale Signal nutzt die gesamte Kabelbandbreite. Bandbreite ist die Differenz zwischen der maximalen und minimalen Frequenz, die über das Kabel übertragen werden kann. Jedes Gerät in solchen Netzwerken sendet Daten in beide Richtungen und einige können gleichzeitig empfangen und senden. Schmalbandsysteme (Basisband) übertragen Daten in Form eines digitalen Signals einer einzelnen Frequenz.

Ein diskretes digitales Signal ist über große Entfernungen schwieriger zu übertragen als ein analoges Signal, daher wird es auf der Senderseite vormoduliert und auf der Informationsempfängerseite demoduliert. Durch den Einsatz von Algorithmen zur Überprüfung und Wiederherstellung digitaler Informationen in digitalen Systemen kann die Zuverlässigkeit der Informationsübertragung deutlich erhöht werden.

Kommentar. Man sollte bedenken, dass ein echtes digitales Signal seiner physikalischen Natur nach analog ist. Aufgrund von Rauschen und Änderungen der Übertragungsleitungsparameter kommt es zu Schwankungen in Amplitude, Phase/Frequenz (Jitter) und Polarisation. Aber dieses analoge Signal (Impuls und diskret) ist mit den Eigenschaften einer Zahl ausgestattet. Dadurch wird es möglich, numerische Methoden (Computerverarbeitung) zur Verarbeitung einzusetzen.

Eine wichtige Eigenschaft eines digitalen Signals, die seine Dominanz in modernen Kommunikationssystemen bestimmt hat, ist seine Fähigkeit dazu voll Regeneration bis zu einem bestimmten Schwellenwert des Signal-Rausch-Verhältnisses, während das analoge Signal nur zusammen mit dem ihm überlagerten Rauschen verstärkt werden kann. Hier liegt auch der Nachteil des digitalen Signals: Wenn das digitale Signal im Rauschen versunken ist, kann es nicht wiederhergestellt werden (Steep-Cliff-Effekt ( Englisch)), während eine Person (keine Maschine) Informationen aus einem stark verrauschten Signal auf einem analogen Funkempfänger aufnehmen kann, wenn auch mit Schwierigkeiten. Wenn wir analoge Mobilfunkkommunikation (AMPS, NMT) mit digitaler Kommunikation (GSM, CDMA) vergleichen, dann gehen bei Störungen auf einer digitalen Leitung manchmal ganze Wörter aus dem Gespräch verloren, aber auf einer analogen Leitung kann man ein Gespräch weiterführen , wenn auch mit Störungen. Der Ausweg aus dieser Situation besteht darin, das digitale Signal häufiger zu regenerieren, indem Regeneratoren in die Kommunikationsleitungslücke eingefügt werden, oder die Länge der Kommunikationsleitung zu verringern (z. B. die Entfernung von einem Mobiltelefon zu einer Basisstation (BS) zu verringern). , was durch eine häufigere Positionierung der BS am Boden erreicht wird).

Links

siehe auch

Wikimedia-Stiftung. 2010.

Sehen Sie in anderen Wörterbüchern, was „Digitalsignal“ ist:

Digitalsignal- digitales Signal: Gemäß GOST 22670. Quelle: GOST R 51386 99: Funkrelaisausrüstung. Gelenkketten. Methoden zur Messung von Parametern... Wörterbuch-Nachschlagewerk mit Begriffen der normativen und technischen Dokumentation

Digitalsignal

Digitalsignal- Digitales Datensignal Ein Datensignal, in dem jeder der darstellenden Parameter durch eine diskrete Zeitfunktion und eine endliche Menge möglicher Werte beschrieben wird. [GOST 17657 79] digitales Signal Um ein analoges Signal darzustellen... ... Leitfaden für technische Übersetzer

DIGITALES SIGNAL, eine Gruppe elektrischer oder anderer Impulse in einem Computer oder Kommunikationssystem. Solche Signale können Daten, Töne und Bilder wiedergeben. In einer Reihe digitaler Signale angeordnete Impulse werden reproduziert mit... ... Wissenschaftliches und technisches Enzyklopädisches Wörterbuch- digitales Alarmsignal diskreter Alarm digitaler Alarm [Absicht] Themen automatisierte Systeme Synonyme diskreter Alarm digitaler Alarm DE digitaler Alarm ... Leitfaden für technische Übersetzer

Digitales Telekommunikationssignal- ein Telekommunikationssignal, in dem jeder der darstellenden Parameter (deren Änderungen Änderungen in der übertragenen Nachricht widerspiegeln) durch eine diskrete Zeitfunktion und eine endliche Menge möglicher Werte beschrieben wird ...

Vorlesung 4. Netzwerkkommunikationsmethoden.

Netzwerkkommunikationsmethoden

Signale

Wie bereits erwähnt, gibt es viele Möglichkeiten, ein Signal physikalisch zu erzeugen und zu übertragen; elektrische Impulse können durch Kupferdraht übertragen werden, Lichtimpulse durch Glas- oder Kunststofffasern, Funksignale werden durch die Luft übertragen und Laserimpulse werden auch im Infrarot- oder Infrarotbereich übertragen Das Umwandeln von Einsen und Nullen, die Daten in einem Computer darstellen, in Energieimpulse wird als Kodierung (Modulation) bezeichnet.

Ähnlich wie bei der Klassifizierung von Computernetzwerken können Signale anhand ihrer verschiedenen Eigenschaften klassifiziert werden. Die Signale sind wie folgt:

analog und digital,

moduliert und moduliert,

synchron und asynchron,

Simplex, Halbduplex, Vollduplex und Multiplex

Analoge und digitale Signale

Abhängig von der Form der elektrischen Spannung (die auf dem Bildschirm des Oszilloskops sichtbar ist) werden Signale in analoge und digitale Signale unterteilt. Wahrscheinlich sind Ihnen diese Begriffe bereits bekannt, da sie häufig in der Dokumentation verschiedener elektronischer Geräte zu finden sind , wie Tonbandgeräte, Fernseher, Telefone usw.

In gewisser Weise repräsentieren analoge Geräte das ausgehende Zeitalter der elektronischen Technologie, und digitale Geräte stellen das neueste Zeitalter dar, das sie ablöst. Es sollte jedoch beachtet werden, dass ein Signaltyp nicht besser sein kann als ein anderer. Jeder von ihnen hat seine eigenen Vor- und Nachteile sowie seine eigenen Anwendungsbereiche. Obwohl digitale Signale immer häufiger verwendet werden, werden sie niemals analoge Signale ersetzen.

Analoge Signalparameter

Analoge Signale ändern sich im Laufe der Zeit gleichmäßig und kontinuierlich, sodass sie grafisch als glatte Kurve dargestellt werden können (Abb. 4.1).

In der Natur sind die allermeisten Prozesse grundsätzlich analog. Schall ist beispielsweise eine Luftdruckänderung, die mithilfe eines Mikrofons in elektrische Spannung umgewandelt werden kann. Wenn Sie diese Spannung an den Eingang des Oszilloskops anlegen, können Sie ein Diagramm sehen, das dem in Abb. 4.1, d.h. Sie können sehen, wie sich der Luftdruck im Laufe der Zeit ändert.

Um analoge Informationen klarer darzustellen, denken Sie an den herkömmlichen Tachometer in einem Auto. Wenn die Geschwindigkeit des Autos zunimmt, bewegt sich die Nadel sanft entlang der Skala von einer Zahl zur nächsten. Ein weiteres Beispiel ist das Einstellen eines Senders in einem Radioempfänger: Wenn Sie den Knopf drehen, ändert sich die empfangene Frequenz sanft.

Die meisten analogen Signale sind zyklischer oder periodischer Natur, beispielsweise Radiowellen, bei denen es sich um hochfrequente Schwingungen eines elektromagnetischen Feldes handelt. Solche zyklischen Analogsignale werden üblicherweise durch drei Parameter charakterisiert.

Amplitude. Der maximale oder minimale Wert des Signals, d. h. Wellenhöhe.

Frequenz. Die Anzahl der zyklischen Signaländerungen pro Sekunde. Die Frequenz wird in Hertz (Hz) gemessen; 1 Hz ist ein Zyklus pro Sekunde.

Phase. Die Position einer Welle relativ zu einer anderen Welle oder relativ zu einem Zeitpunkt, der als Referenzpunkt dient. Die Phase wird normalerweise in Grad gemessen und es wird angenommen, dass ein vollständiger Zyklus 360 Grad entspricht.

Digitale Signalparameter

Ein anderer Name für digitale Signale ist diskret. Der Begriff „diskrete Zustände“ wird häufig verwendet. Digitale Signale wechseln fast augenblicklich von einem diskreten Zustand in einen anderen, ohne in Zwischenzuständen anzuhalten (Abb. 4.2).

Ein Beispiel für ein digitales Signal wäre der neueste digitale Tachometer in einem Auto (vergleiche mit dem Beispiel eines analogen Tachometers im vorherigen Abschnitt). Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit zunimmt, wechseln die Zahlen, die den Geschwindigkeitswert in Kilometern pro Stunde angeben, intermittierend, und der Signalwert ist grundsätzlich diskret: Beispielsweise gibt es keine Zwischenwerte zwischen den diskreten Zuständen „125 km/h“ und „126“. km/h“. Ein weiteres Beispiel für digitale Informationen ist das neueste Radio, bei dem der Benutzer eine genaue Zahl eingibt, die der Frequenz des Radiosenders entspricht, um einen bestimmten Sender einzustellen.

Wenn man sich mit Fernseh- und Radiosendungen sowie modernen Kommunikationsformen beschäftigt, stößt man häufig auf Begriffe wie „ "Analogsignal" Und "Digitalsignal". Für Fachleute sind diese Worte kein Geheimnis, aber für Unwissende ist der Unterschied zwischen „digital“ und „analog“ möglicherweise völlig unbekannt. Mittlerweile gibt es einen sehr signifikanten Unterschied.

Wenn wir von einem Signal sprechen, meinen wir normalerweise elektromagnetische Schwingungen, die EMF induzieren und Stromschwankungen in der Empfängerantenne verursachen. Basierend auf diesen Vibrationen bildet sich das Empfangsgerät – ein Fernseher, Radio, Walkie-Talkie oder Mobiltelefon – eine „Idee“ darüber, welches Bild auf dem Bildschirm angezeigt werden soll (sofern ein Videosignal vorhanden ist) und welche Töne dieses Videosignal begleiten sollen .

In jedem Fall kann das Signal eines Radiosenders oder Mobilfunkmastes sowohl in digitaler als auch in analoger Form vorliegen. Schließlich ist beispielsweise der Ton selbst ein analoges Signal. Bei einem Radiosender wird der vom Mikrofon empfangene Schall in die bereits erwähnten elektromagnetischen Wellen umgewandelt. Je höher die Schallfrequenz, desto höher die Ausgangsschwingungsfrequenz und je lauter der Lautsprecher spricht, desto größer ist die Amplitude.

Die dabei entstehenden elektromagnetischen Schwingungen bzw. Wellen werden über eine Sendeantenne im Raum ausgebreitet. Damit die Funkwellen nicht durch niederfrequente Störungen verstopft werden und verschiedene Radiosender die Möglichkeit haben, parallel zu arbeiten, ohne sich gegenseitig zu stören, werden die durch den Schalleinfluss entstehenden Schwingungen aufsummiert, also „überlagert“. auf andere Schwingungen, die eine konstante Frequenz haben. Die letzte Frequenz wird üblicherweise als „Träger“ bezeichnet, und auf ihre Wahrnehmung stimmen wir unseren Radioempfänger ab, um das analoge Signal des Radiosenders zu „fangen“.

Im Empfänger erfolgt der umgekehrte Vorgang: Die Trägerfrequenz wird abgetrennt, die von der Antenne empfangenen elektromagnetischen Schwingungen werden in Schallschwingungen umgewandelt und aus dem Lautsprecher erklingt die bekannte Stimme des Ansagers.

Bei der Übertragung eines Audiosignals vom Radiosender zum Empfänger kann alles passieren. Es kann zu Störungen durch Dritte kommen, Frequenz und Amplitude können sich ändern, was sich natürlich auf die vom Radio erzeugten Töne auswirkt. Schließlich führen sowohl der Sender als auch der Empfänger selbst zu Fehlern bei der Signalumwandlung. Daher ist der von einem analogen Radio wiedergegebene Ton immer etwas verzerrt. Die Stimme kann trotz der Änderungen vollständig wiedergegeben werden, im Hintergrund ist jedoch aufgrund von Störungen ein Zischen oder sogar ein leichtes Keuchen zu hören. Je weniger zuverlässig der Empfang ist, desto lauter und ausgeprägter sind diese Fremdgeräuscheffekte.

Darüber hinaus ist das terrestrische Analogsignal nur sehr schwach vor unbefugtem Zugriff geschützt. Für öffentlich-rechtliche Radiosender macht das natürlich keinen Unterschied. Bei der Nutzung der ersten Mobiltelefone gab es jedoch einen unangenehmen Moment, da fast jeder Funkempfänger eines Drittanbieters problemlos auf die gewünschte Wellenlänge eingestellt werden konnte, um Ihr Telefongespräch abzuhören.

Der analoge Rundfunk hat solche Nachteile. Durch sie verspricht beispielsweise das Fernsehen, in relativ kurzer Zeit vollständig digital zu werden.

Digitale Kommunikation und Rundfunk gelten als besser vor Störungen und äußeren Einflüssen geschützt. Die Sache ist, dass bei der Verwendung von „digital“ das analoge Signal vom Mikrofon an der Sendestation in einen digitalen Code verschlüsselt wird. Nein, natürlich breitet sich kein Strom von Figuren und Zahlen in den umgebenden Raum aus. Einfach ausgedrückt wird einem Ton einer bestimmten Frequenz und Lautstärke ein Code aus Funkimpulsen zugeordnet. Die Dauer und Frequenz der Impulse ist voreingestellt – sie ist für Sender und Empfänger gleich. Das Vorhandensein eines Impulses entspricht Eins, das Fehlen Null. Daher wird eine solche Kommunikation als „digital“ bezeichnet.

Ein Gerät, das ein analoges Signal in einen digitalen Code umwandelt, wird genannt Analog-Digital-Wandler (ADC). Und das im Empfänger installierte Gerät, das den Code in ein analoges Signal umwandelt, das der Stimme Ihres Freundes im Lautsprecher eines GSM-Mobiltelefons entspricht, wird als „Digital-Analog-Wandler“ (DAC) bezeichnet.

Bei der digitalen Signalübertragung sind Fehler und Verzerrungen nahezu ausgeschlossen. Wird der Impuls etwas stärker, länger oder umgekehrt, wird er vom System dennoch als Einheit erkannt. Und Null bleibt Null, auch wenn an seiner Stelle ein zufälliges schwaches Signal auftritt. Für ADC und DAC gibt es keine anderen Werte wie 0,2 oder 0,9 – nur Null und Eins. Daher haben Störungen nahezu keine Auswirkungen auf die digitale Kommunikation und den Rundfunk.

Darüber hinaus ist „digital“ auch besser vor unbefugtem Zugriff geschützt. Denn damit der DAC eines Geräts ein Signal entschlüsseln kann, muss er den Entschlüsselungscode „kennen“. Der ADC kann zusammen mit dem Signal auch die digitale Adresse des als Empfänger ausgewählten Geräts übertragen. Selbst wenn das Funksignal abgefangen wird, kann es aufgrund des Fehlens zumindest eines Teils des Codes nicht erkannt werden. Dies gilt insbesondere.

Also los geht's Unterschiede zwischen digitalen und analogen Signalen:

1) Ein analoges Signal kann durch Störungen verzerrt sein, und ein digitales Signal kann entweder vollständig durch Störungen übersät sein oder unverzerrt ankommen. Das digitale Signal ist entweder definitiv vorhanden oder fehlt vollständig (entweder Null oder Eins).

2) Das analoge Signal ist für alle Geräte zugänglich, die nach dem gleichen Prinzip wie der Sender arbeiten. Das digitale Signal ist durch einen Code sicher geschützt und lässt sich nur schwer abfangen, wenn es nicht für Sie bestimmt ist.

Eine Person telefoniert jeden Tag, schaut verschiedene Fernsehsender, hört Musik und surft im Internet. Alle Kommunikations- und anderen Informationsumgebungen basieren auf der Übertragung von Signalen unterschiedlicher Art. Viele Menschen stellen Fragen dazu, wie sich analoge Informationen von anderen Datentypen unterscheiden und was ein digitales Signal ist. Die Antwort darauf kann man erhalten, indem man die Definition verschiedener elektrischer Signale versteht und ihre grundlegenden Unterschiede untereinander untersucht.

Analogsignal

Ein analoges Signal (kontinuierlich) ist ein natürliches Informationssignal, das eine bestimmte Anzahl von Parametern aufweist, die durch eine Zeitfunktion und einen kontinuierlichen Satz aller möglichen Werte beschrieben werden.

Die menschlichen Sinne erfassen alle Informationen aus der Umwelt in analoger Form. Sieht eine Person beispielsweise einen in der Nähe vorbeifahrenden LKW, wird dessen Bewegung beobachtet und verändert sich kontinuierlich. Wenn das Gehirn alle 15 Sekunden Informationen über die Bewegung von Fahrzeugen erhalten würde, würden Menschen immer unter seine Räder geraten. Eine Person beurteilt die Entfernung sofort und zu jedem Zeitpunkt ist sie definiert und anders.

Das Gleiche passiert mit anderen Informationen: Menschen hören Ton und bewerten seine Lautstärke, bewerten die Qualität des Videosignals und dergleichen. Dementsprechend sind alle Arten von Daten analoger Natur und verändern sich ständig.

In einer Anmerkung. An der Sprachübertragung von Gesprächspartnern, die per Telefon kommunizieren, sind analoge und digitale Signale beteiligt; das Internet basiert auf dem Austausch dieser Signalkanäle über ein Netzwerkkabel. Diese Arten von Signalen sind elektrischer Natur.

Ein analoges Signal wird durch eine mathematische Zeitfunktion ähnlich einer Sinuswelle beschrieben. Wenn Sie beispielsweise die Wassertemperatur messen und es periodisch erhitzen und abkühlen, zeigt das Diagramm der Funktion eine durchgehende Linie an, die den Wert in jedem Zeitraum widerspiegelt.

Um Störungen zu vermeiden, müssen solche Signale mit speziellen Mitteln und Geräten verstärkt werden. Wenn die Signalstörung hoch ist, muss sie stärker verstärkt werden. Dieser Prozess ist mit einem hohen Energieaufwand verbunden. Beispielsweise kann ein verstärktes Funksignal oft selbst zu einer Störung für andere Kommunikationskanäle werden.

Interessant zu wissen. Bisher wurden analoge Signale in allen Arten der Kommunikation verwendet. Mittlerweile wird es jedoch überall ersetzt oder wurde bereits (Mobilfunk und Internet) durch fortschrittlichere digitale Signale ersetzt.

Analoges und digitales Fernsehen existieren immer noch nebeneinander, aber die digitale Form der Fernseh- und Rundfunkübertragung ersetzt aufgrund ihrer erheblichen Vorteile rasch die analoge Methode der Datenübertragung.

Zur Beschreibung dieser Art von Informationssignal werden drei Hauptparameter verwendet:

• Frequenz;
• Wellenlänge;
• Amplitude.

Nachteile eines analogen Signals

Ein analoges Signal weist folgende Eigenschaften auf, die sich von der digitalen Version unterscheiden:

1. Diese Art von Signal zeichnet sich durch Redundanz aus. Das heißt, die darin enthaltenen analogen Informationen werden nicht gefiltert – sie enthalten viele unnötige Informationsdaten. Es ist jedoch möglich, Informationen durch einen Filter zu leiten, wenn zusätzliche Parameter und die Art des Signals bekannt sind, beispielsweise mithilfe der Frequenzmethode;
2. Sicherheit. Unbefugten Eingriffen von außen ist er nahezu hilflos ausgeliefert;
3. Absolute Hilflosigkeit gegenüber verschiedenen Arten von Eingriffen. Sollten Störungen auf dem Datenübertragungskanal auftreten, werden diese vom Signalempfänger unverändert übertragen;
4. Es gibt keine spezifische Differenzierung der Sampling-Ebenen – die Qualität und Quantität der übertragenen Informationen ist in keiner Weise eingeschränkt.

Die oben genannten Eigenschaften sind die Nachteile der analogen Methode der Datenübertragung, aufgrund derer wir sie als völlig veraltet betrachten können.

Digitale und diskrete Signale

Digitale Signale sind künstliche Informationssignale, die in Form regelmäßiger digitaler Werte dargestellt werden und bestimmte Parameter der übertragenen Informationen beschreiben.

Zur Information. Heutzutage wird überwiegend ein einfach zu kodierender Bitstrom verwendet – ein binäres digitales Signal. Dies ist der Typ, der in der binären Elektronik verwendet werden kann.

Der Unterschied zwischen der digitalen Art der Datenübertragung und der analogen Variante besteht darin, dass ein solches Signal eine bestimmte Anzahl von Werten hat. Im Falle eines Bitstroms gibt es zwei davon: „0“ und „1“.

Der Übergang von Null zum Maximum in einem digitalen Signal ist abrupt, sodass das Empfangsgerät es klarer lesen kann. Wenn bestimmte Geräusche und Störungen auftreten, ist es für den Empfänger einfacher, ein digitales elektrisches Signal zu dekodieren als bei der analogen Informationsübertragung.

Allerdings unterscheiden sich digitale Signale von der analogen Version in einem Nachteil: Bei hoher Interferenz können sie nicht wiederhergestellt werden, es ist jedoch möglich, Informationen aus einem Kontinuumssignal zu extrahieren. Ein Beispiel hierfür wäre ein Telefongespräch zwischen zwei Personen, bei dem ganze Wörter und sogar Sätze eines Gesprächspartners verschwinden können.

Dieser Effekt wird im digitalen Umfeld als Break-Effekt bezeichnet und kann durch Verkürzung der Kommunikationsleitung oder Installation eines Repeaters lokalisiert werden, der den ursprünglichen Signaltyp vollständig kopiert und weiterleitet.

Analoge Informationen können nach Durchlaufen des Digitalisierungsprozesses mit speziellen Geräten über digitale Kanäle übertragen werden. Dieser Vorgang wird als Analog-Digital-Wandlung (ADC) bezeichnet. Dieser Vorgang kann auch umgekehrt erfolgen – Digital-Analog-Wandlung (DAC). Ein Beispiel für ein DAC-Gerät wäre ein digitaler TV-Receiver.

Digitale Systeme zeichnen sich außerdem durch die Fähigkeit zur Datenverschlüsselung aus, was zu einem wichtigen Grund für die Digitalisierung des Mobilfunks und des Internets geworden ist.

Diskretes Signal

Es gibt eine dritte Art von Informationen – diskret. Ein solches Signal ist intermittierend und verändert sich im Laufe der Zeit, wobei es jeden der möglichen (im Voraus vorgegebenen) Werte annimmt.

Die diskrete Informationsübertragung zeichnet sich dadurch aus, dass Änderungen nach drei Szenarien erfolgen:

1. Das elektrische Signal ändert sich nur mit der Zeit und bleibt in seiner Größe kontinuierlich (unverändert).
2. Es ändert sich nur in der Größe, bleibt aber zeitlich kontinuierlich;
3. Es kann sich auch gleichzeitig in Größe und Zeit ändern.

Diskretion findet Anwendung bei der Stapelübertragung großer Datenmengen in Computersystemen.

Basierend auf dem Vorstehenden kann festgestellt werden, dass Kontinuität und Wertevielfalt die Hauptunterschiede zwischen analogen Informationen und diskreten und digitalen Informationen sind. Die digitale Datenübertragung löst die analoge Übertragung ab; nicht umsonst lebt die Menschheit heute im digitalen Zeitalter.

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