Typy signálů používaných v telekomunikacích

Ahoj všichni! Omlouvám se, že jsem dlouho nepsal, ale jak se říká, okolnosti jsou silnější než my. Pojďme se dnes trochu ponořit do světa teorie a promluvit si o základech základů, o tom, co je elektrický analogový signál.

Všichni spolu komunikujeme pomocí zvukových signálů, konkrétně hlasem. Když mluvíme, způsobujeme vibrace v nejmenších částicích vzduchu. Tyto vibrace dosáhnou ucha našeho partnera, zasáhne jeho ušní bubínek a odtud je čte náš mozek.

Tyto zvukové vibrace mají řadu parametrů, mezi hlavní patří frekvence vibrací (frekvenční spektrum) a jejich amplituda – hodnota akustického tlaku. Tyto vibrace jsou nepřetržité, to znamená, že v každém okamžiku své existence (od okamžiku, kdy se objeví – otevřeli jsme ústa při rozhovoru, až do okamžiku, kdy zmizí – zavřeme ústa) mají určitou hodnotu akustického tlaku. Takové spojité signály se nazývají analogové.

Velmi přibližný pohled na zvukový signál

Zvukové vibrace jsou samozřejmě dobré, ale pro použití ve stávajících komunikačních systémech nejsou příliš použitelné. Proto se pro práci s nimi obvykle převádějí na elektrické signály.

Přeměna zvukových vibrací na elektrický signál

Aby se zvukové vibrace nějak přeměnily na elektrické vibrace, používají se různá zařízení, z nichž nejjednodušší jsou dynamické mikrofony. Dynamický mikrofon je membrána spojená s vodičem, který je umístěn v magnetickém poli vytvářeném permanentním magnetem. Kolísání tlaku vzduchu (jako náš hlas) působí na membránu mikrofonu a uvádí vodič do pohybu. Když vodič protíná siločáry magnetického pole, indukuje se v něm elektromotorická síla (EMF).

Indukční EMF je úměrné jak amplitudě kmitů membrány, tak frekvenci kmitů. EMF – jak nám říkají chytré knihy, je poměr práce vnějších sil na přesunutí určitého náboje k tomuto náboji. Ale zjednodušeně řečeno, EMF je stejné napětí, jen takříkajíc z druhé strany – ze strany zdroje. Napětí vzniká mezi vývody dynamického mikrofonu a je otevřené pro další použití, přičemž EMF je to, co je nám skryté a charakterizuje procesy uvnitř zdroje. Tyto procesy probíhají po celou dobu, kdy zdroj funguje a udržuje napětí, které mikrofon produkuje.

Na výstupu mikrofonu tak získáme určitou závislost napětí na čase. Tato závislost bude po dobu existence signálu spojitá, stejně jako původní audio signál. Můžeme tedy říci, že na výstupu našeho dynamického mikrofonu jsme obdrželi analogový elektrický signál.

Všechny signály používané v telekomunikacích lze rozdělit do 2 hlavních typů: analogové a digitální. Oba tyto typy se aktivně používají, ale rozdíly mezi nimi jsou obrovské a důležité. Hlavním rysem tohoto rozdělení je způsob prezentace informací: analogový nebo digitální.

Zpočátku se v přírodě všechny informace objevují a jsou vnímány v analogové formě, tzn. spojité a definované pro jakýkoli okamžik v čase. Zrak nevnímá objekty každou sekundu nebo minutu, ale nepřetržitě, a proto bude změna objektu také vnímána člověkem nepřetržitě. Totéž lze říci o zvucích, chuti a hmatových vjemech atd. Pro přenos takových informací je nejvýhodnější použít analogové signály, tzn. specifické pro každý okamžik v čase.

Nejjednodušší způsob, jak pochopit, co je analogový signál, je představit si na grafu souvislou čáru odrážející změnu nějaké fyzikální veličiny: teploty nebo tlaku. Porovnáme-li hodnoty napětí na grafu, dostaneme analogový signál, jehož amplituda nese informaci o hodnotě naměřené hodnoty.

Analogový signál

Analogové signály se již dlouhou dobu používají ve všech typech komunikací: telefonní sítě, televizní a rozhlasové vysílání, vojenské komunikace atd. Pro boj s rušením při přenosu tohoto typu signálu se obvykle používá zvýšení výkonu, protože Čím vyšší je rušivý vliv, tím vyšší musí být výkon signálu, aby mohl být přijímán bez zkreslení. Navíc tento způsob boje přinese výsledky, dokud zesílený signál nezačne ovlivňovat další komunikační kanály. Navíc je tento způsob boje velmi energeticky neefektivní, protože velmi velká energie signálu je rozptýlena do tepla.

Analogové signály však mají také výhody. Zejména pokud je analogový signál (například řeč) přenášen digitálním kanálem, bude nutné provést analogově-digitální konverzi, v důsledku čehož bude kvalita signálu snížena. Na přijímací straně bude vyžadován opačný postup (digitální převod na analogový), což také mírně sníží kvalitu signálu. Pokud přenášíte analogové informace přes analogový kanál, lze se tomu vyhnout.

Digitální signál

Digitální informace je soubor dat, tzn. je diskrétní. Podle toho je digitální signál definován pouze pro jednotlivé časové okamžiky. Digitální informace jsou obvykle zakódovány v binárním kódu, například „0“ a „1“. V souladu s tím digitální signál zpravidla nabývá jedné ze dvou možných hodnot (méně běžně se používají 3 nebo více hodnot, například pro zvýšení odolnosti proti šumu nebo informační kapacity signálových prvků). Digitální signál je tedy sledem ostře se měnících hodnot. Navíc, čím ostřejší bude přechod mezi úrovněmi signálu, tím přesněji bude možné dekódovat původní signál.

Digitální signál má mnoho výhod. Za prvé je odolnější proti hluku. K ochraně proti chybám se do digitálního toku obvykle zavádí určitá redundance, která umožňuje identifikovat chyby, které se mohly vyskytnout během přenosu, nebo je dokonce odstranit. Digitální signál je navíc energeticky účinný, protože zavedená redundance umožňuje použití menšího zdroje energie během přenosu než při přenosu analogového signálu. Digitální signál také využívá komunikační zdroje přidělené pro přenos efektivněji.

Jak již bylo zmíněno dříve, většina zdrojových informací je spojitá v čase a často nastává situace, kdy je potřeba takovou informaci přenést přes digitální komunikační kanál. K dosažení tohoto cíle se provádí postup analogově-digitální konverze (ADC), který poněkud snižuje kvalitu původního signálu. Na přijímací straně je třeba provést opačný postup: digitálně-analogový převod (DAC). Digitální přenos řeči, naměřených dat nebo jakýchkoli jiných analogových informací bude mít za následek určitou ztrátu kvality. Díky vysokému výkonu digitálních signálních procesorů (DSP) a nástupu širokopásmových digitálních kanálů jsou však škody způsobené postupy ADC/DAC minimalizovány.

Výběr typu signálu (analogový nebo digitální) je samostatný úkol pro každý konkrétní problém. Pozornost je věnována mnoha faktorům, včetně odolnosti proti šumu a šířky pásma komunikačního kanálu, nutnosti přenášet kvalitu původního signálu atd. Mobilní komunikace primárně využívá digitální signály. Hlavním typem informací přenášených celulárními komunikačními systémy je řeč. ADC a DAC, stejně jako další nezbytné procedury pro konverzi zdrojového signálu, jsou prováděny v mobilním telefonu a následně přenášeny digitálně přes komunikační systém.

Volba digitálního způsobu přenosu informací v celulárních komunikačních systémech je dána možností jejich kódování a šifrování pomocí moderních metod, možností přenosu heterogenních informací (signalizace, hlas, data) stejnými kanály v důsledku časového rozdělení kanálů a také vysokou odolností digitálních signálů proti šumu.

Použití materiálů odkaz na stránky je povinné

—Autora stránek lze kontaktovat e-mailem: [email protected]