Дуализм цифровой и аналоговой связи. Основные типы абонентских телефонных линий и услуг. История развития цифровой связи

Деление станций на аналоговые и цифровые производится по типу коммутации. Телефонная связь, действующая на основе преобразования речи (голоса) в аналоговый электрический сигнал и передачи его по коммутируемому каналу связи (аналоговая телефония), долгое время была единственным средством передачи речевых сообщений на расстояние. Возможность дискретизации (по времени) и квантования (по уровню) параметров аналогового электрического сигнала (амплитуды, частоты или фазы) позволили преобразовывать аналоговый сигнал в цифровой (дискретный), обрабатывать его программными методами и передавать по цифровым телекоммуникационным сетям.

Для передачи аналогового речевого сигнала между двумя абонентами в сети ТфОП (телефонные сети общего пользования) предоставляется так называемый стандартный канал тональной частоты (ТЧ), полоса пропускания которого составляет 3100 Гц. В системе цифровой телефонии над аналоговым электрическим сигналом выполняются операции дискретизации (по времени), квантования (по уровню), кодирования и устранения избыточности (сжатия), после чего сформированный таким образом поток данных направляется принимающему абоненту и по «прибытию» в пункт назначения подвергается обратным процедурам.

Преобразование речевого сигнала осуществляется по соответствующему протоколу в зависимости от того, по какой сети он передается. В настоящее время наиболее эффективная передача потока любых дискретных (цифровых) сигналов, в том числе и несущих речь (голос), обеспечивается цифровыми электрическими сетями, в которых реализованы пакетные технологии: IP (Internet Protocol), ATM (Asynchronous Transfer Mode) или FR (Frame Relay).

Говорят, что концепция передачи голоса при помощи цифровых технологий зародилась в 1993 году в Университете штата Иллинойс (США). Во время очередного полета челнока Endeavor в апреле 1994 года NASA передало на Землю его изображение и звук с помощью компьютерной программы. Полученный сигнал поступал в Интернет, и любой желающий мог услышать голоса астронавтов. В феврале 1995 года израильская компания VocalTec предложила первую версию программы Internet Phone, разработанную для владельцев мультимедийных PC, работающих под Windows. Потом была создана частная сеть серверов Internet Phone. И уже тысячи людей загрузили программу Internet Phone с домашней страницы VocalTec и начали общаться.

Естественно, что другие компании очень быстро оценили перспективы, которые открывала возможность разговаривать, находясь в разных полушариях и не оплачивая при этом международные звонки. Такие перспективы не могли остаться незамеченными, и уже в 1995 году на рынок обрушился поток продукции, предназначенной для передачи голоса через Сеть.

Сегодня существует несколько стандартизированных способов передачи информации, получившие наибольшее распространение на рынке услуг цифровой телефонии: это стандарты ISDN, VoIP, DECT, GSM и некоторые другие. Попробуем вкратце рассказать об особенностях каждого из них.

Итак, что же такое ISDN?

Аббревиатура ISDN расшифровывается какIntegrated Services Digital Network - цифровая сеть с интеграцией услуг. Это современное поколение всемирной телефонной сети, обладающей возможностью переносить любой тип информации, включая быструю и корректную передачу данных (в том числе и голоса) высокого качества от пользователя к пользователю.

Основное достоинство сети ISDN заключается в том, что Вы можете подключить к одному сетевому окончанию несколько цифровых или аналоговых аппаратов (телефон, модем, факс и пр.), и каждый может иметь свой городской номер.

Обычный телефон подключается к телефонной станции парой проводников. При этом по одной паре можно вести только один телефонный разговор. При этом в трубке могут быть слышны шум, помехи, радио, посторонние голоса - недостатки аналоговой телефонной связи, которая "собирает" все помехи на своем пути. В случае использования ISDN абоненту устанавливается сетевое окончание, а звук, преобразующийся специальным декодером в цифровой формат, передается по специально отведенному для этого (также полностью цифровому) каналу принимающему абоненту, обеспечивая при этом максимальную слышимость без помех и искажений.

Основой ISDN является сеть, построенная на базе цифровых телефонных каналов (предусматривающая также возможность передача данных с коммутацией пакетов) со скоростью передачи данных 64 кбит/с. Услуги ISDN базируются на двух стандартах:

Базовый доступ (Basic Rate Interface (BRI)) - два B-канала 64 кбит/с и один D-канал 16 кбит/с

Первичный доступ (Primary Rate Interface (PRI)) - 30 B-каналов 64 кбит/с и один D-канал 64 кбит/с

Обычно пропускная способность BRI составляет 144 Кбит/с. При работе с PRI полностью используется вся магистраль цифровой связи (DS1), что дает пропускную способность 2 Мбит/c. Высокие скорости, предлагаемые ISDN, делают ее идеальной для большого числа современных услуг связи, включая высокоскоростную передачу данных, разделение экранов, видеоконференции, передачу больших файлов для мультимедиа, настольную видеотелефонию и доступ в Интернет.

Собственно говоря, технология ISDN – это ни что иное, как одна из разновидностей «компьютерной телефонии», или, как ее еще называют CTI-телефония (Computer Telephony Integration - компьютерно-телефонная интеграция).

Одной из причин возникновения решений CTI послужило появление требований по обеспечению сотрудников компаний дополнительными телефонными сервисами, которые либо не поддерживались существующей корпоративной телефонной станцией, либо стоимость приобретения и внедрения решения от производителя этой станции была несопоставима с достигаемыми удобствами.

Первыми ласточками сервисных CTI-приложений стали системы электронных секретарей (autoattended) и автоматических интерактивных голосовых приветствий (меню), корпоративная голосовая почта, автоответчик и системы записи переговоров. Для добавления сервиса того или иного CTI-приложения к существующей телефонной станции компании подключался компьютер. В нем была установлена специализированная плата (вначале на шине ISA, затем на шине PCI), которая соединялась с телефонной станцией по стандартному телефонному интерфейсу. Программное обеспечение компьютера, запущенное под определенной операционной системой (MS Windows, Linux или Unix), взаимодействовало с телефонной станцией через программный интерфейс (API) специализированной платы и тем самым обеспечивало реализацию дополнительного сервиса корпоративной телефонии. Практически одновременно с этим был разработан стандарт программного интерфейса для компьютерно-телефонной интеграции – TAPI (Telephony API)

Для традиционных телефонных систем CTI-интеграция осуществляется так: некоторая специализированная компьютерная плата подключена к телефонной станции и транслирует (переводит) телефонные сигналы, состояние телефонной линии и его изменения в «программный» вид: сообщения, события, переменные, константы. Передача телефонной составляющей происходит по телефонной сети, а программной составляющей – по сети передачи данных, IP-сети.

А как выглядит процесс интеграции в IP-телефонии ?

В первую очередь необходимо заметить, что с появлением IP-телефонии изменилось само восприятие телефонной станции (Private Branch eXchange - PBX). IP PBX является ничем иным как еще одним сетевым сервисом IP-сети, и, как большинство сервисов IP-сети, функционирует в соответствии с принципами клиент-серверной технологии, т. е. предполагает наличие сервисной и клиентской частей. Так, например, сервис электронный почты в IP-сети имеет сервисную часть – почтовый сервер и клиентскую часть –программу пользователя (например Microsoft Outlook). Аналогично устроен и сервис IP-телефонии: сервисная часть – сервер IP PBX и клиентская часть – IP-телефон («железный» или программный) используют для передачи голоса единую коммуникационную среду – IP-сеть.

Что это дает пользователю?

Преимущества IP-телефонии очевидны. Среди них – богатый функционал, возможность существенно улучшить взаимодействие сотрудников и одновременно упростить обслуживание системы.

Кроме того, IP-коммуникации развиваются по открытому принципу вследствие стандартизации протоколов и глобального проникновения IP. Благодаря принципу открытости в системе IP-телефонии возможно расширение предоставляемых услуг, интеграция с существующими и планируемыми сервисами.

IP-телефония позволяет построить единую централизованную систему управления для всех подсистем с разграничением прав доступа и эксплуатировать подсистемы в региональных подразделениях силами местного персонала.

Модульность системы IP-коммуникаций, ее открытость, интеграция и независимость компонентов (в отличие от традиционной телефонии) дают дополнительные возможности для построения по-настоящему отказоустойчивых систем, а также систем с распределенной территориальной структурой.

Беспроводные системы связи стандарта DECT:

Стандарт беспроводного доступа DECT (Digital Enhanced Cordless Telecommunications) является наиболее популярной системой мобильной связи в корпоративной сети, самым дешевым и простым при монтаже вариантом. Она позволяет организовать беспроводную связь по всей территории предприятия, что так необходимо «мобильным» пользователям (например, охране предприятия или начальникам цехов, отделов).

Основное преимущество DECT-систем заключается в том, что с приобретением подобного телефона вы практически бесплатно получаете мини-АТС на несколько внутренних номеров. Дело в том, что к единожды купленной DECT-базе можно приобрести дополнительные телефонные трубки, каждая из которых получает свой внутренний номер. С любой трубки вы без особого труда сможете звонить на другие трубки, подключенные к этой же базе, передавать входящие и внутренние звонки и даже осуществлять своеобразный «роуминг» - прописывать свою трубку на другой базе. Радиус приема этого вида связи – 50 метров в помещение и 300 метров на открытом пространстве.

Для организации мобильной связи в сетях общего пользования используются сети сотовой связи стандартов GSM и CDMA, территориальная эффективность которых практически не ограничена. Это стандарты соответственно второго и третьего поколения сотовой связи. В чем же различия?

Каждую минуту с любой базовой станцией сотовой сети пытаются связаться сразу несколько телефонов, находящихся в ее окрестностях. Поэтому станции должны обеспечивать «множественный доступ», то есть одновременную работу без взаимных помех сразу нескольких телефонов.

В сотовых системах первого поколения (стандарты NMT, AMPS, N-AMPS и др.) множественный доступ реализуется частотным методом – FDMA (Frequency Division Multiple Access): базовая станция имеет несколько приемников и передатчиков, каждый из которых работает на своей частоте, а радиотелефон настраивается на любую частоту, используемую в сотовой системе. Связавшись с базовой станцией на специальном служебном канале, телефон получает указание, какие частоты он может занять, и перестраивается на них. Это не отличается от способа настройки той или иной радиоволны.

Однако число каналов, которые удается выделить на базовой станции, не очень велико, тем более что соседние станции сотовой сети должны иметь разные наборы частот, чтобы не создавать взаимных помех. В большинстве сотовых сетей второго поколения стал применяться частотно-временной метод разделения каналов – TDMA (Time Division Multiple Access). В таких системах (а это сети стандартов GSM, D-AMPS и др.) тоже используются различные частоты, но только каждый такой канал выделяется телефону не на все время связи, а только на небольшие промежутки времени. Остальные такие же интервалы поочередно используются другими телефонами. Полезная информация в таких системах (в том числе и речевые сигналы) передается в «сжатом» виде и в цифровой форме.

Совместное использование каждого частотного канала несколькими телефонами позволяет обеспечить обслуживание большего числа абонентов, но частот все равно не хватает. Существенно улучшить это положение смогла технология CDMA, построенная по принципу кодового разделения сигналов.

Суть метода кодового разделения сигналов, примененного в CDMA, заключается в том, что все телефоны и базовые станции одновременно используют один и тот же (и при этом сразу весь) выделенный для сотовой сети диапазон частот. Для того чтобы эти широкополосные сигналы можно было различать между собой, каждый из них имеет специфическую кодовую «окраску», обеспечивающую его уверенное выделение на фоне других.

За последние пять лет технология использования CDMA была протестирована, стандартизирована, лицензирована и запущена в производство большинством поставщиков беспроводного оборудования и уже применяется во всем мире. В отличие от других методов доступа абонентов к сети, где энергия сигнала концентрируется на выбранных частотах или временных интервалах, сигналы CDMA распределены в непрерывном частотно-временном пространстве. Фактически этот метод манипулирует и частотой, и временем, и энергией.

Возникает вопрос: могут ли системы CDMA при таких возможностях «мирно» сосуществовать с сетями AMPS/D-AMPS и GSM?

Оказывается, могут. Российскими регулирующими органами разрешена работа сетей CDMA в полосе радиочастот 828 - 831 МГц (прием сигнала) и 873-876 МГц (передача сигнала), где и размещены два радиоканала CDMA шириной 1,23 МГц. В свою очередь, для стандарта GSM в России отведены частоты выше 900 МГц, поэтому рабочие диапазоны сетей CDMA и GSM никак не пересекаются.

Что хочется сказать в заключении:

Как показывает практика, современные пользователи все больше тяготеют к широкополосным сервисам (видеоконференции, высокоскоростная передача данных) и все чаще предпочитают мобильный терминал обычному проводному. Если еще учесть тот факт, что число таких желающих в больших компаниях может легко перевалить за тысячу, то получим набор требований, удовлетворить которые способна только мощная современная цифровая станция (УПАТС).

Сегодня на рынке представлено множество решений от различных производителей, обладающих возможностями как традиционных АТС, коммутаторов или маршрутизаторов для сетей передачи данных (в том числе и по технологиям ISDN и VoIP), так и свойствами беспроводных базовых станций.

Цифровые УПАТС сегодня в большей степени, чем другие системы, соответствует указанным критериям: имеют возможности коммутации широкополосных каналов, пакетной коммутации, просто интегрируются с компьютерными системами (CTI) и позволяют организовывать беспроводные микросоты внутри корпораций (DECT).

Какой из указанных типов связи лучше? Решайте сами.

Линии связи могут быть аналоговыми или цифровыми.

Данные, изначально имеющие аналоговую, непрерывную форму, такие, как речь, фото и телевизионные изображения, телеметрическая информация, в последнее время все чаще передаются по каналам связи в дискретном виде, т. е. в виде последовательности "нулей" и "единиц". Для преобразования непрерывного сигнала в дискретную форму производится дискретная модуляция. называемая также кодированием.

Применяются два типа кодирования данных. Первый -- на основе непрерывного синусоидального несущего сигнала — называется аналоговой модуляцией, или просто модуляцией. Кодирование осуществляется за счет изменения параметров аналогового сигнала. Второй тип кодирования называется цифровым кодированием и осуществляется на основе последовательности прямоугольных импульсов. Эти способы кодирования различаются шириной спектра передаваемого сигнала и сложностью аппаратуры для их реализации.

Современные телекоммуникационные системы и сети явились синтезом развития двух исходно независимых сетей:

• сетей электросвязи (телефонной, телеграфной, телетайпной и радиосвязи)
• и вычислительных сетей.

Логика развития систем связи требовала применения цифровых систем передачи данных, а также применения вычислительных средств для решения задач маршрутизации, управления трафиком, сигнализации. Достигнутое в результате этих двух встречных движений совмещение техники связи с вычислительной техникой позволило усовершенствовать технологию обслуживания телефонной клиентуры и повысить эффективность отрасли связи, а также полнее использовать ресурсы вычислительных центров, вычислительных систем и сетей путем перераспределения их ресурсов и распараллеливания между ними задач и информационных потоков.

Многие сети общего пользования традиционных операторов (фиксированная телефонная связь) являются в основном аналоговыми. Сети связи, создаваемые новыми операторами — цифровые, что обеспечивает внедрение современных служб и гарантирует перспективность этих сетей.

В то же время существующие аналоговые сети активно используются для передачи информации как в аналоговой форме (телефония, радиотелефония, радиовещание и телевидение), так и для передачи дискретных (цифровых) данных. Носителем информации в телекоммуникационных каналах являются электрические сигналы (непрерывные, называемые аналоговыми, и дискретные или цифровые) и электромагнитные колебания — волны.
Для передачи по цифровым каналам аналогового сообщения в виде непрерывной последовательности (телеметрические, метеорологические данные, данные систем контроля и управления) она предварительно оцифровывается. Частота оцифровки обычно равна порядка 8 кГц, через каждые 125 мкс значение величины аналогового сигнала отображается 8-разрядным двоичным кодом. Таким образом, скорость передачи данных составляет 64 кбит/с. Объединение нескольких таких базовых цифровых каналов в один (мультиплексирование) позволяет создавать более скоростные каналы: простейший мультиплексированный канал обеспечивает скорость передачи 128 кбит/с, более сложные каналы, например, мультиплексирующие 32 базовых канала, обеспечивают пропускную способность 2048 Мбит/с. С помощью цифровых каналов подключаются к магистралям также и офисные цифровые АТС.

Цифровые абонентские каналы в режиме коммутации каналов используются в наиболее распространенной цифровой сети с интеграцией услуг ISDN(Integrated Services Digital Network). По популярности сеть ISDN уступает лишь аналоговой телефонной сети. Адресация в ISDN организована так же, как и в телефонной сети, так как сеть создавалась для объединения существующих телефонных сетей с появляющимися сетями передачи данных. Поэтому сети ISDN позволяют объединять разнообразные виды связи (видео-, аудиопередачу данных, тексты, компьютерные данные и т. п.) со скоростями 64 кбит/с, 128 кбит/с, 2 Мбит/с и 155 Мбит/с на широкополосных каналах связи.

Заметим, что названием ISDN принято именовать и сеть, использующую технологию ISDN, и протокол, применяющий эту технологию.

Активно развиваются и другие типы цифровых систем, из которых следует отметить модификации технологии цифровых абонентских линий DSL (Digital Subscriber Line). HDSL (High Bit Rate DSL) - высокоскоростной вариант абонентской линии ISDN.

Конкуренцию ISDN и HDSL могут составить цифровые магистрали с синхронно-цифровой иерархией SDN (Synchronous Digital Hierarchy). В системе SDN имеется иерархия скоростей передачи данных. В магистралях SDN применяются оптоволоконные линии связи и частично радиолинии.

Аналоговые каналы связи

Аналоговые каналы связи являются наиболее распространенными по причине длительной истории их развития и простоты реализации. Типичным примером аналогового канала является канал тональной частоты (телефония).

Необходимость в модуляции аналоговой информации возникает, когда нужно передавать низкочастотный аналоговый сигнал через канал, находящийся в высокочастотной области спектра.

Примерами такой ситуации является передача голоса по радио и телевидению. Голос имеет спектр шириной примерно в 10кГц, а радиодиапазоны включают гораздо более высокие частоты, от 30кГц до 300МГц. Еще более высокие частоты используются в телевидении. Очевидно, что непосредственно голос через такую среду передать нельзя.

Модуляцией называется преобразование сигнала, заключающееся в изменении какого-либо его информационного параметра в соответствии с передаваемым сообщением.

Передаваемая информация заложена в управляющем (модулирующем) сигнале, а роль переносчика информации выполняет высокочастотное колебание, называемое несущим. Модуляция, таким образом, представляет собой процесс «посадки» информационного колебания на заведомо известную несущую.

Аналоговая модуляция является таким способом физического кодирования, при котором информация кодируется изменением амплитуды, частоты или фазы синусоидального сигнала несущей частоты.

Амплитудная модуляция (AM) - модуляция при которой амплитуда несущего колебания управляется информационным (модулирующим) сигналом.

Частотная модуляция (FM) - модуляция при которой частота несущего колебания управляется информационным (модулирующим) сигналом.

Фазовая модуляция (PM) - модуляция при которой фаза несущего колебания управляется информационным (модулирующим) сигналом.

Цифровые каналы связи

К цифровым каналам связи относятся каналы ISDN, T1/E1.

При передаче дискретных данных по каналам связи применяются два основных типа физического кодирования - на основе синусоидального несущего сигнала и на основе последовательности прямоугольных импульсов. Первый способ часто называется аналоговой модуляцией или манипуляцией, подчеркивая тот факт, что кодирование осуществляется за счет изменения параметров аналогового сигнала. Второй способ обычно называют цифровым кодированием. Эти способы отличаются шириной спектра результирующего сигнала и сложностью аппаратуры, необходимой для их реализации.

Аналоговая модуляция дискретных данных

Необходимость применения аналоговой модуляции к передаче дискретных данных возникает, при необходимости передачи компьютерных данных по телефонным каналам.

Устройство, которое выполняет функции модуляции несущей синусоиды на передающей стороне и демодуляции на приемной стороне, носит название модем (модулятор - демодулятор).

Основные способы аналоговой модуляции дискретных данных:

При амплитудной модуляции AM для логической единицы выбирается один уровень амплитуды синусоиды несущей частоты, а для логического нуля - другой. Этот способ редко используется в чистом виде на практике из-за низкой помехоустойчивости, но часто применяется в сочетании с другим видом модуляции - фазовой модуляцией.

При частотной модуляции FM значения 0 и 1 исходных данных передаются синусоидами с различной частотой. Этот способ модуляции не требует сложных схем в модемах и обычно применяется в низкоскоростных модемах, работающих на скоростях 300 или 1200 бит/с.
При фазовой модуляции PM значениям данных 0 и 1 соответствуют сигналы одинаковой частоты, но с различной фазой, например 0 и 180 градусов или 0,90,180 и 270 градусов.

В скоростных модемах часто используются комбинированные методы модуляции, как правило, амплитудная, в сочетании с фазовой.

Цифровое кодирование каналов связи

При цифровом кодировании дискретной информации применяют потенциальные и импульсные коды.

В потенциальных кодах для представления логических единиц и нулей используется только значение потенциала сигнала, а его перепады, формирующие законченные импульсы, во внимание не принимаются. Импульсные коды позволяют представить двоичные данные либо импульсами определенной полярности, либо частью импульса - перепадом потенциала определенного направления.

Требования к методам цифрового кодирования:

• имел при одной и той же битовой скорости наименьшую ширину спектра результирующего сигнала;
• обеспечивал синхронизацию между передатчиком и приемником;
• обладал способностью распознавать ошибки;
• обладал низкой стоимостью реализации.

Более узкий спектр цифровых сигналов позволяет на одной и той же линии (с одной и той же полосой пропускания) добиваться более высокой скорости передачи данных. Кроме того, часто к спектру сигнала предъявляется требование отсутствия постоянной составляющей, то есть наличия постоянного тока между передатчиком и приемником. В частности, применение различных трансформаторных схем гальванической развязки препятствует прохождению постоянного тока.

Синхронизация передатчика и приемника нужна для того, чтобы приемник точно знал, в какой момент времени необходимо считывать новую информацию с линии связи. Эта проблема в сетях решается сложнее, чем при обмене данными между близко расположенными устройствами. На небольших расстояниях хорошо работает схема, основанная на отдельной тактирующей линии связи.

В сетях использование этой схемы вызывает трудности из-за:

• Неоднородности характеристик проводников в кабелях. На больших расстояниях неравномерность скорости распространения сигнала может привести к тому, что тактовый импульс придет настолько позже или раньше соответствующего сигнала данных, что бит данных будет пропущен или считан повторно.
• Экономия проводников в дорогостоящих кабелях.

Поэтому в сетях применяются так называемые самосинхронизирующиеся коды. Любой резкий перепад сигнала - так называемый фронт - может служить хорошим указанием для синхронизации приемника с передатчиком.

Сигналами называют информационные коды, которые применяются людьми для того, чтобы передавать сообщения в информационной системе. Сигнал может подаваться, но его получение не обязательно. Тогда как сообщением можно считать только такой сигнал (или совокупность сигналов), который был принят и декодирован получателем (аналоговый и цифровой сигнал).

Одними из первых методов передачи информации без участия людей или других живых существ были сигнальные костры. При возникновении опасности последовательно разводились костры от одного поста к другому. Далее мы будем рассматривать способ передачи информации при помощи электромагнитных сигналов и подробно остановимся на рассмотрении темы аналоговый и цифровой сигнал .

Любой сигнал может быть представлен в виде функции, которая описывает изменения его характеристик. Такое представление удобно для изучения устройств и систем радиотехники. Помимо сигнала в радиотехнике есть еще шум, который является его альтернативой. Шум не несет полезной информации и искажает сигнал, взаимодействуя с ним.

Само понятие дает возможность отвлечься от конкретных физических величин при рассмотрении явлений, связанных с кодированием и декодированием информации. Математическая модель сигнала в исследованиях позволяет опираться на параметры функции времени.

Типы сигналов

Сигналы по физической среде носителя информации делятся на электрические, оптические, акустические и электромагнитные.

По методу задания сигнал может быть регулярным и нерегулярным. Регулярный сигнал представляется детерминированной функцией времени. Нерегулярный сигнал в радиотехнике представлен хаотической функцией времени и анализируется вероятностным подходом.

Сигналы в зависимости от функции, которая описывает их параметры могут быть аналоговыми и дискретными. Дискретный сигнал, который был подвергнут квантованию называется цифровым сигналом.

Обработка сигнала

Аналоговый и цифровой сигнал обрабатывается и направлен на то, чтобы передать и получить информацию, закодированную в сигнале. После извлечения информации ее можно применять в разных целях. В частных случаях информация подвергается форматированию.

Аналоговые сигналы подвергаются усилению, фильтрации, модуляции и демодуляции. Цифровые же помимо этого еще могут подвергаться сжатию, обнаружению и др.

Аналоговый сигнал

Наши органы чувств воспринимают всю поступающую в них информацию в аналоговом виде. К примеру, если мы видим проезжающий мимо автомобиль, мы видим его движение непрерывно. Если бы наш мозг мог получать информацию о его положении раз в 10 секунд, люди бы постоянно попадали под колеса. Но мы можем оценивать расстояние куда быстрее и это расстояние в каждый момент времени четко определено.

Абсолютно то же самое происходит и с другой информацией, мы можем оценивать громкость в любой момент, чувствовать какое давление наши пальцы оказывают на предметы и т.п. Иными словами, практически вся информация, которая может возникать в природе имеет аналоговый вид. Передавать подобную информацию проще всего аналоговыми сигналами, которые являются непрерывными и определены в любой момент времени.

Чтобы понять, как выглядит аналоговый электрический сигнал, можно представить себе график, на котором будет отображена амплитуда по вертикальной оси и время по горизонтальной оси. Если мы, к примеру, замеряем изменение температуры, то на графике появится непрерывная линия, отображающая ее значение в каждый момент времени. Чтобы передать такой сигнал с помощью электрического тока, нам надо сопоставить значение температуры со значением напряжения. Так, например, 35.342 градуса по Цельсию могут быть закодированы как напряжение 3.5342 В.

Аналоговые сигналы раньше использовались во всех видах связи. Чтобы избежать помех такой сигнал нужно усиливать. Чем выше уровень шума, то есть помех, тем сильнее надо усиливать сигнал, чтобы его можно было принять без искажения. Такой метод обработки сигнала затрачивает много энергии на выделение тепла. При этом усиленный сигнал может сам стать причиной помех для других каналов связи.

Сейчас аналоговые сигналы еще применяются в телевидении и радио, для преобразования входного сигнала в микрофонах. Но, в целом, этот тип сигнала повсеместно вытеснен или вытесняется цифровыми сигналами.

Цифровой сигнал

Цифровой сигнал представлен последовательностью цифровых значений. Чаще всего сейчас применяются двоичные цифровые сигналы, так как они используются в двоичной электронике и легче кодируются.

В отличие от предыдущего типа сигнала цифровой сигнал имеет два значения «1» и «0». Если мы вспомним наш пример с измерением температуры, то тут сигнал будет сформирован иначе. Если напряжение, которое подается аналоговым сигналом соответствует значению измеряемой температуры, то в цифровом сигнале для каждого значения температуры будет подаваться определенное количество импульсов напряжения. Сам импульс напряжения тут будет равен «1», а отсутствие напряжения – «0». Приемная аппаратура будет декодировать импульсы и восстановит исходные данные.

Представив, как будет выглядеть цифровой сигнал на графике, мы увидим, что переход от нулевого значения к максимальному производится резко. Именно эта особенность позволяет принимающей аппаратуре более четко «видеть» сигнал. Если возникают какие-либо помехи, приемнику проще декодировать сигнал, нежели чем при аналоговой передаче.

Однако цифровой сигнал с очень большим уровнем шума восстановить невозможно, тогда как из аналогового типа при большом искажении еще есть возможность «выудить» информацию. Это связано с эффектом обрыва. Суть эффекта в том, что цифровые сигналы могут передаваться на определенные расстояния, а затем просто обрываются. Этот эффект возникает повсеместно и решается простой регенерацией сигнала. Там, где сигнал обрывается, нужно вставить повторитель или уменьшить длину линии связи. Повторитель не усиливает сигнал, а распознает его изначальный вид и выдает его точную копию и может использоваться сколь угодно в цепи. Такие способы повторения сигнала активно применяются в сетевых технологиях.

Помимо всего прочего аналоговый и цифровой сигнал различается и возможность кодирования и шифрования информации. Это является одной из причин перехода мобильной связи на «цифру».

Аналоговый и цифровой сигнал и цифро-аналоговое преобразования

Следует еще немного рассказать о том, как аналоговая информация передается по цифровым каналам связи. Вновь прибегнем к примерам. Как уже говорилось звук – это аналоговый сигнал.

Что происходит в мобильных телефонах, которые передают информацию по цифровым каналам

Звук, попадая в микрофон подвергается аналого-цифровому преобразованию (АЦП). Этот процесс состоит из 3 ступеней. Берутся отдельные значения сигнала через одинаковые отрезки времени, этот процесс называется дискретизация. По теореме Котельникова о пропускной способности каналов, частота взятия этих значений должна быть вдвое выше, чем самая высокая частота сигнала. То есть, если в нашем канале стоит ограничение на частоту в 4 кГц, то частота дискретизации будет составлять 8 кГц. Далее все выбранные значения сигнала округляются или, иначе говоря, квантуются. Чем больше уровней при этом будет создано, тем выше будет точность восстановленного сигнала на приемнике. Затем все значения преобразуются в двоичный код, который передается на базовую станцию и затем доходит до другого абонента, являющегося приемником. В телефоне приемника происходит процедура цифро-аналогового преобразования (ЦАП). Это обратная процедура, цель которой на выходе получить сигнал как можно более идентичный исходному. Далее уже аналоговый сигнал выходит в виде звука из динамика телефона.

Цифровой и аналоговый сигнал: сравнительная характеристика

Рация – востребованное средство связи?

• Мгновенно обмениваться сообщениями
• Разговаривать одновременно с несколькими абонентами
• Долговечны в эксплуатации, и работают в любых условиях

Аналоговые рации: преимущества и недостатки

• Звук передается незакодированным, что очень нравится большинству пользователей
• Огромный ассортимент разнообразных моделей и выбор всевозможных аксессуаров
• Простота эксплуатации и понимание пользователями использование частот

• На одном канале можно вести только один разговор одновременно
• Необходимость в наличии передатчика и приемника, специально настроенных на одну частоту
• Невозможность использования программ, разработанных для бизнеса

Цифровые рации: преимущества и недостатки

• Отличное подавление шумов
• Прекрасное качество звука на любом расстоянии
• Возможность на одном канале вести несколько разговоров одновременно
• Возможность передачи коротких сообщений
• Высокая плотность каналов
• Сигналы принимаются стандартными антеннами
• Цифровая обработка снижает фоновый шум
• Наличие программного обеспечения
• Цифровая платформа позволяет использовать и аналоговую и цифровую рации одновременно
• Можно отслеживать перемещение собеседников в одной сети

• Высокая стоимость
• Длительное обучение использованию
• Радиочастотные шумы мешают цифровым сигналом, может возникнуть ошибка

Из всего выше перечисленного можно сделать вывод, что цифровые радиостанции отличаются от аналоговых наличием более высоких эксплуатационных и функциональных характеристик. Главное преимущество цифровых устройств – более высокая устойчивость сигнала при наличии помех. Поэтому они становятся популярными.