Види сигналів: аналоговий, цифровий, дискретний

Види сигналів: аналоговий, цифровий, дискретний


Щодня люди стикаються з використанням електронних приладів. Без них неможливе сучасне життя. Адже мова йде про телевізор, радіо, комп'ютер, телефон, мультиварку та інше. Раніше, ще кілька років тому, ніхто не замислювався про те, який сигнал використовується в кожному працездатному приладі. Зараз же слова «аналоговий», «цифровий», «дискретний» вже давно на слуху. Деякі види сигналів з перерахованих є якісними і надійними.

Цифрова передача стала використовуватися набагато пізніше, ніж аналогова. Це пов'язано з тим, що такий сигнал набагато простіше обслуговувати, та й техніка на той момент не була настільки вдосконалена.

З поняттям «дискретність» стикається кожна людина постійно. Якщо перекладати це слово з латинської мови, то означати воно буде «уривчастість». Заглиблюючись далеко в науку, можна сказати, що дискретний сигнал являє собою метод передачі інформації, який передбачає зміну в часі середовища-переносника. Остання приймає будь-яке значення з усіх можливих. Зараз дискретність йде на другий план, після того, як було прийнято рішення виробляти системи на чіпі. Вони є цілісними, а всі компоненти тісно взаємодіють один з одним. У дискретності ж все з точністю навпаки - кожна деталь завершена і пов'язана з іншими за рахунок спеціальних ліній зв'язку.

Сигнал

Сигнал - це спеціальний код, який передається в простір однією або кількома системами. Це формулювання є загальним.

У сфері інформації та зв'язку сигналом названо спеціальний носій будь-яких даних, який використовується для передачі повідомлень. Він може бути створений, але не прийнятий, остання умова не обов'язкова. Якщо ж сигнал є повідомленням, то його «ловля» вважається необхідною.

Описуваний код передачі даних задається математичною функцією. Вона характеризує всі можливі зміни параметрів. У радіотехнічній теорії ця модель вважається базовою. У ній же аналогом сигналу був названий шум. Він є функцією часу, яка вільно взаємодіє з переданим кодом і спотворює його.

У статті охарактеризовано види сигналів: дискретний, аналоговий і цифровий. Також коротко дана основна теорія за описуваною темою.

Види сигналів

Існує декілька типів класифікації наявних сигналів. Розгляньмо, які бувають види.

  1. По фізичному середовищу носія даних поділяють електричний сигнал, оптичний, акустичний і електромагнітний. Є ще кілька видів, однак вони маловідомі.
  2. За способом завдання сигнали поділяються на регулярні та нерегулярні. Перші являють собою детерміновані методи передачі даних, які задаються аналітичною функцією. Випадкові ж формулюються за рахунок теорії ймовірності, а також вони приймають будь-які значення в різні проміжки часу.
  3. Залежно від функцій, які описують всі параметри сигналу, методи передачі даних можуть бути аналоговими, дискретними, цифровими (спосіб, який є квантованим за рівнем). Вони використовуються для забезпечення роботи багатьох електричних приладів.

Тепер читачеві відомі всі види передачі сигналів. Розібратися в них не складе труднощів будь-якій людині, головне - трохи подумати і згадати шкільний курс фізики.

Для чого обробляється сигнал?

Сигнал обробляється з метою передачі та отримання інформації, яка в ньому зашифрована. Як тільки вона буде витягнута, її можна використовувати різними способами. В окремих ситуаціях її переформатують.

Існує й інша причина обробки всіх сигналів. Вона полягає в невеликому стисненні частот (щоб не пошкодити інформацію). Після цього її форматують і передають на повільних швидкостях.

В аналоговому та цифровому сигналах використовуються особливі методи. Зокрема, фільтрація, згортка, кореляція. Вони необхідні для відновлення сигналу, якщо він пошкоджений або має шум.

Створення та формування

Найчастіше для формування сигналів необхідний аналого-цифровий (АЦП) і цифро-аналоговий (ЦАП) перетворювачі. Найчастіше вони обидва використовуються лише в ситуації із застосуванням DSP-технологій. В інших випадках підійде тільки використання ЦАП.

При створенні фізичних аналогових кодів з подальшим застосуванням цифрових методів покладаються на отриману інформацію, яка передається зі спеціальних приладів.

Динамічний діапазон

Діапазон сигналу обчислюється різністю більшого і меншого рівня гучності, які виражені в децибелах. Він повністю залежить від твору і особливостей виконання. Мова йде як про музичні треки, так і про звичайні діалоги між людьми. Якщо брати, наприклад, диктора, який читає новини, то його динамічний діапазон коливається в районі 25-30 дБ. А під час читання будь-якого твору він може виростати до 50 дБ.

Аналоговий сигнал

Аналоговий сигнал є безперервним у часі передачі даних. Браком його можна назвати присутність шуму, який іноді призводить до повної втрати інформації. Дуже часто виникають такі ситуації, що неможливо визначити, де в коді важливі дані, а де звичайні спотворення.

Саме через це цифрова обробка сигналів набула великої популярності і поступово витісняє аналогову.

Цифровий сигнал

Цифровий сигнал є особливим потоком даних, він описується за рахунок дискретних функцій. Його амплітуда може прийняти певне значення з уже заданих. Якщо аналоговий сигнал здатний надходити з величезною кількістю шумів, то цифровий відфільтровує більшу частину отриманих перешкод.

Крім цього, такий вид передачі даних переносить інформацію без зайвого смислового навантаження. За допомогою одного фізичного каналу можна надіслати декілька кодів.

Типи цифрового сигналу не існують, оскільки він виділяється як окремий і самостійний метод передачі даних. Він являє собою двійковий потік. У наш час такий сигнал вважається найпопулярнішим. Це пов'язано з простотою використання.

Застосування цифрового сигналу

Чим відрізняється цифровий електричний сигнал від інших? Тим, що він здатний здійснювати в ретрансляторі повну регенерацію. Коли в обладнання зв'язку надходить сигнал, що має найменші перешкоди, він відразу ж змінює свою форму на цифрову. Це дозволяє, наприклад, телевежі знову сформувати сигнал, але вже без шумового ефекту.

У тому випадку, якщо код надходить вже з великими спотвореннями, то, на жаль, відновленню він не підлягає. Якщо брати в порівнянні аналоговий зв'язок, то в аналогічній ситуації ретранслятор може витягти частину даних, витрачаючи багато енергії.

Обговорюючи стільниковий зв'язок різних форматів, при сильному спотворенні на цифровій лінії розмовляти практично неможливо, оскільки не чути слова або цілі фрази. Аналоговий зв'язок у такому випадку більш дієвий, адже можна продовжувати вести діалог.

Саме через подібні неполадки цифровий сигнал ретранслятори формують дуже часто для того, щоб скоротити розрив лінії зв'язку.

Дискретний сигнал

Зараз кожна людина користується мобільним телефоном або якоюсь «дзвонилкою» на своєму комп'ютері. Одне із завдань приладів або програмного забезпечення - це передача сигналу, в даному випадку голосового потоку. Для перенесення безперервної хвилі необхідний канал, який мав би пропускну здатність вищого рівня. Саме тому було зроблено рішення використовувати дискретний сигнал. Він створює не саму хвилю, а її цифровий вигляд. Чому ж? Тому що передача йде від техніки (наприклад, телефону або комп'ютера). У чому плюси такого виду перенесення інформації? За його допомогою зменшується загальна кількість даних, що передаються, а також легше організовується пакетна відправка.

Поняття «дискретизація» вже давно стабільно використовується в роботі обчислювальної техніки. Завдяки такому сигналу передається не безперервна інформація, яка повністю закодована спеціальними символами і літерами, а дані, зібрані в особливі блоки. Вони є окремими і закінченими частинками. Такий метод кодування вже давно відсунувся на другий план, проте не зник повністю. За допомогою нього можна легко передавати невеликі шматки інформації.

Порівняння цифрового та аналогового сигналів

Купуючи техніку, навряд чи хтось думає про те, які види сигналів використані в тому чи іншому приладі, а про їх середовище і природу вже тим більше. Але іноді все ж доводиться розбиратися з поняттями.

Вже давно стало ясно, що аналогові технології втрачають попит, адже їх використання нераціональне. Натомість приходить цифровий зв'язок. Потрібно розуміти, про що йдеться і від чого відмовляється людство.

Якщо говорити коротко, то аналоговий сигнал - спосіб передачі інформації, який передбачає опис даних безперервними функціями часу. По суті, говорячи конкретно, амплітуда коливань може бути дорівнює будь-якому значенню, що знаходиться в певних межах.

Цифрова обробка сигналів описується дискретними функціями часу. Інакше кажучи, амплітуда коливань цього методу дорівнює строго заданим значенням.

Переходячи від теорії до практики, треба сказати про те, що аналоговому сигналу характерні перешкоди. З цифровим же таких проблем немає, тому що він успішно їх «згладжує». За рахунок нових технологій такий метод передачі даних здатний своїми силами без втручання вченого відновити всю вихідну інформацію.

Говорячи про телебачення, можна вже з упевненістю сказати: аналогова передача давно зжила себе. Більшість споживачів переходять на цифровий сигнал. Мінус останнього полягає в тому, що якщо аналогову передачу здатний приймати будь-який прилад, то більш сучасний спосіб - тільки спеціальна техніка. Хоч і попит на застарілий метод вже давно впав, все ж такі види сигналів досі не здатні повністю піти з повсякденного життя.