2.1.Цифровая связь

Цифровая связь означает, что передатчик отправляет сигналы из конечного набора. Например, при передаче 1000 бит мы выбираем одну из 1000 возможных двоичных последовательностей для связи. Чтобы передать этот выбор, мы выбираем сигнал, подходящий для текущего канала. Независимо от выбранного сигнала, метод связи является цифровым. Простой способ достижения этого — позволить каждому биту определять амплитуду несущей волны в течение определенного временного интервала, например, первый бит определяет амплитуду от времени 0 до T, второй бит определяет амплитуду от T до 2T и так далее. Это основная форма амплитудной импульсной модуляции (АИМ). Существует множество разумных методов сопоставления битов с волновыми формами, подходящими для конкретного канала; независимо от выбранного метода сопоставления, он относится к категории цифровой связи.

2.2. Аналоговая связь

Когда передатчик отправляет один из ряда последовательных возможных сигналов, мы называем это аналоговой связью. Например, передаваемым сигналом может быть выход микрофона, где даже небольшое изменение сигнала может представлять собой действительный сигнал. В аналоговой связи исходный сигнал используется для изменения параметра несущего сигнала; два распространенных метода — амплитудная модуляция (АМ) и частотная модуляция (ЧМ). В АМ амплитуда несущей изменяется в зависимости от исходного сигнала; в ЧМ частота несущей изменяется в зависимости от исходного сигнала.

2.3. Модель аналоговой системы связи

На протяжении большей части 20-го века аналоговые системы связи доминировали благодаря своим непрерывно изменяющимся сигналам по амплитуде, частоте или фазе. Эти системы отражали непрерывность природы, например, человеческий голос, звуковые волны которого непрерывно изменяются по амплитуде и частоте. Радиовещание АМ и ЧМ, а также традиционные проводные телефонные системы являются типичными примерами аналоговых систем связи, с которыми читатели сталкиваются ежедневно.

В аналоговых системах передача сообщения начинается с входного датчика (преобразователя), который преобразует исходный сигнал (например, звук) в электрический сигнал, часто называемый сигналом сообщения или основным сигналом. Голосовые сигналы варьируются от 300 Гц до 3000 Гц, а телевизионные сигналы — от 0 Гц до 6000 кГц.

Затем этот сигнал модулируется и объединяется с несущим сигналом. Передатчик модулирует электрический сигнал в формат, подходящий для передачи по определенному каналу. Этот процесс включает загрузку сигнала сообщения на высокочастотный несущий сигнал. Различные каналы могут требовать различных типов передатчиков для адаптации к их характеристикам. Передатчик должен быть способен гибко настраиваться при изменении условий канала, чтобы сигнал оставался в пределах эффективного диапазона связи. Распространенные методы модуляции включают амплитудную модуляцию (АМ), частотную модуляцию (ЧМ) и фазовую модуляцию (ФМ).

Модулированный сигнал усиливается и передается по каналу, такому как воздух или кабель. На приемном конце сигнал детектируется, усиливается и демодулируется для восстановления исходного сообщения. Наконец, выходной датчик преобразует электрический сигнал обратно в его исходную форму, например, звук, излучаемый динамиком.

Хотя аналоговые системы связи просты по структуре и могут естественным образом обрабатывать непрерывные сигналы, они подвержены шумовым помехам и затуханию сигнала, особенно при дальних или многоуровневых передачах.

2.4. Модель цифровой системы связи

Модель цифровой системы связи. Природа обычно представляет информацию в непрерывной форме, например, красивый горный пейзаж или мелодичное пение птиц. Однако современные системы связи, как правило, используют цифровые сигналы, амплитуда и время которых являются дискретными значениями. Цифровые сигналы предпочтительны отчасти потому, что их легче передавать надежно, чем аналоговые. Когда повреждение системы передачи начинает влиять на качество сигнала, его можно восстановить до стандартной формы перед достижением конечного пункта назначения путем детектирования, формирования и усиления. На диаграмме ниже показан идеальный двоичный цифровой импульс, распространяющийся по линии передачи; форма импульса ухудшается с увеличением длины линии. В пределах расстояния распространения, где сигнал все еще может быть надежно идентифицирован, цифровой усилитель усиливает импульс, восстанавливая его исходную идеальную форму, тем самым регенерируя сигнал. Аналоговые сигналы из-за их бесконечного разнообразия форм не могут подвергаться такому формированию. Следовательно, чем дальше распространяется сигнал и чем больше обработки он проходит, тем сильнее он страдает от деградации даже при небольших ошибках.

Классическая цифровая система связи

В классической цифровой системе связи, показанной слева, процесс начинается с кодирования источника, которое преобразует аналоговый вход в цифровой формат и часто включает сжатие данных. Затем цифровые данные проходят канальное кодирование, добавляя избыточность для обнаружения и исправления ошибок. Методы цифровой модуляции сопоставляют данные с символами для передачи, такими как фазово-манипулированная частотная модуляция (ФМЧМ) или частотно-манипулированная частотная модуляция (ЧМЧМ). Процесс приема выполняет эти шаги в обратном порядке, добавляя коррекцию ошибок и обработку сигналов. Способность обнаруживать и исправлять ошибки является значительным преимуществом цифровых систем, позволяя более надежно передавать данные по зашумленным каналам.