Цифровой сигнал - NiNa.Az

Термин «сигнал» имеет также другие значения.

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

Аналоговый сигнал (слева сверху), Дискретный сигнал (справа сверху), Квантованный сигнал (слева внизу), Цифровой сигнал (справа внизу).

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.

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

Преимущества

• 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.
• Возможность использовать алгоритмы обнаружения и исправления ошибок (помехоустойчивое кодирование). Это позволяет существенно увеличить помехоустойчивость (достоверность) приема информации.
• Использование цифровых сигналов и временного мультиплексирования проще, чем применение аналоговых сигналов и частотного мультиплексирования.
• 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.
• Использование цифровых сигналов позволяет применять шифрование данных.

Недостатки

• Цифровые сигналы требуют более сложных алгоритмов синхронизации по сравнению с аналоговыми.
• Если цифровой сигнал приходит с большими помехами, восстановить его невозможно (^[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. 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).

См. также

• Дискретный сигнал
• Квантование (обработка сигналов)
• Цифровая обработка сигналов
• Аналого-цифровой преобразователь
• Цифро-аналоговый преобразователь

Примечания

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