Цифровой сигнал

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Аналоговый сигнал (слева сверху), Дискретный сигнал (справа сверху), Квантованный сигнал (слева внизу), Цифровой сигнал (справа внизу).

Цифровой сигнал — сигнал, дискретизированный во времени и квантованный по уровню, причём каждый из уровней представляется числом, как правило, двоичным[1].

Техническое определение цифрового сигнала даётся в ГОСТе, посвящённом передаче данных:

Цифровой сигнал данных — сигнал данных, у которого каждый из представленных параметров описывается функцией дискретного времени и конечным множеством возможных значений[2].

Для передачи цифрового сигнала по непрерывным каналам (например, электрическим или радиоканалам) используются различные виды манипуляции (модуляции).

Преимущества

[править | править код]
  • Основным преимуществом цифрового сигнала является лёгкость их восстановления перед аналоговыми. В цифровой системе связи в результате манипуляции (модуляции) цифровой сигнал (например, последовательность битов) преобразуется в высокочастотный аналоговый радиосигнал, путём изменения одного или нескольких параметров этого аналогового сигнала по закону цифрового сигнала. В ретрансляторе или на приемном конце высокочастотный аналоговый сигнал усиливается, а затем демодулируется, то есть обратно преобразуется в цифровую форму. Так как цифровой сигнал имеет конечное множество значений (в простейшем случае, два), то при большом отношении сигнал/шум число ошибочных решений при приёме будет небольшим. В случае, когда передаче подлежит аналоговый сигнал (например, речь), то есть сигнал имеющий произвольное множество значений, то после демодуляции, при наличии любых шумов, этот сигнал будет искажён[3].
  • Возможность использовать алгоритмы обнаружения и исправления ошибок (помехоустойчивое кодирование). Это позволяет существенно увеличить помехоустойчивость (достоверность) приема информации[3].
  • Использование цифровых сигналов и временного мультиплексирования проще, чем применение аналоговых сигналов и частотного мультиплексирования[3].
  • Возможность использования пакетной передачи данных, при которой последовательность битов образует пакет. При этом каждый пакет снабжается адресом отправителя и получателя, что позволяет пакетам передаваться по каналу связи независимо друг от друга. В результате разные пакеты могут передавать по разным путям, что позволяет более экономно и эффективно использовать канал связи[3].
  • Использование цифровых сигналов позволяет применять шифрование данных[3].

Недостатки

[править | править код]
  • Цифровые сигналы требуют более сложных алгоритмов синхронизации по сравнению с аналоговыми[3].
  • Если цифровой сигнал приходит с большими помехами, восстановить его невозможно (эффект крутой скалы[англ.]), в то время как из искаженного аналогового сигнала можно извлечь часть информации, хотя и с трудом. Таким образом, ухудшение качества при использовании цифровых сигналов имеет пороговый характер. То есть, если отношение сигнал/шум оказывается ниже порогового значения, качество приёма может скачком измениться от очень хорошего до очень плохого. В аналоговых системах ухудшение качества происходит более плавно[3]. Если сравнивать сотовую связь аналогового формата (AMPS, NMT) с цифровой связью (GSM, CDMA), то при помехах на цифровой линии из разговора выпадают порой целые слова, а на аналоговой можно вести разговор, хотя и с помехами. Выход из данной ситуации — чаще регенерировать цифровой сигнал, вставляя регенераторы в линию связи, или уменьшать длину линии связи (например, уменьшать расстояние от сотового телефона до базовой станции, что достигается более частым расположением базовых станций на местности).

Примечания

[править | править код]
  1. Мазор Ю. Л. и др. Энциклопедия Радиотехника, 2002. — C. 770.
  2. ГОСТ 17657—79 «Передача данных. Термины и определения»
  3. 1 2 3 4 5 6 7 Бернард Скляр. Цифровая связь: Теоретические основы и практическое применение, 2004. — C. 30—31.