¿Cuáles son las características y diferencias entre las señales digitales y las señales analógicas?

Los datos de señal se pueden utilizar para representar cualquier información, como símbolos, caracteres, sonidos, imágenes, etc. , se pueden dividir en dos tipos: señales analógicas y señales digitales. La diferencia entre señales analógicas y digitales se puede determinar en función de si la amplitud es discreta o no.

Una señal analógica significa que el valor de amplitud es continuo (la amplitud se puede representar mediante un valor infinito). Señales analógicas continuas en el tiempo y señales de imagen (TV, fax) que cambian continuamente, como se muestra en la Figura 1-1(a). La señal analógica que es discreta en el tiempo es la señal de muestreo, como se muestra en la Figura 1-1(b). Es una señal obtenida al muestrear la señal analógica de la Figura 1-1(a) cada t. Aunque su forma de onda es discontinua en el tiempo, su amplitud es continua, por lo que sigue siendo una señal analógica.

Las señales digitales se refieren a valores discretos de amplitud, y la representación de la amplitud está limitada a un número limitado de valores. El código binario es una señal digital. La codificación binaria se ve menos afectada por el ruido y es fácil de procesar mediante circuitos digitales, por lo que ha sido ampliamente utilizada.

1. Comunicación analógica

La ventaja de la comunicación analógica es que es intuitiva y fácil de implementar, pero tiene dos desventajas principales.

(1) Mala seguridad

Las comunicaciones analógicas, especialmente las comunicaciones por microondas y por cable, son fácilmente interceptadas. Mientras se reciba la señal analógica, el contenido de la comunicación se obtiene fácilmente.

(2) Capacidad antiinterferente débil

Durante el proceso de transmisión de señales eléctricas a lo largo de la línea, serán interferidas por varios ruidos dentro y fuera del sistema de comunicación. Después de mezclarse, es difícil separar el ruido de la señal, lo que reduce la calidad de la comunicación. Cuanto más largo es el cable, más ruido se acumula.

2. Sistema de comunicación digital

(1) Ventajas de la transmisión e intercambio digital

① Se mejora la confidencialidad de la comunicación. Después de la conversión A/D, la señal de voz se puede cifrar primero, luego transmitirse, descifrarse en el extremo receptor y luego restaurarse a una señal analógica mediante la conversión D/A.

El proceso de cifrado digital se puede describir simplemente como: Y1 representa la señal digital de conversión de voz y 1 = 101011100001, utilizando una contraseña de 8 bits C = 65438. Antes de ser enviada a la línea de transmisión, la contraseña se "agrega" al código de voz, X = Y 1 C (la contraseña C se repite continuamente), por lo que la señal digital transmitida es

x = y 1 C = 101101100001y 1

1000110110001 grados Celsius

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0011011010000 X

Obviamente, X ≠Y1, incluso si alguien escucha a escondidas el código X, el código Y1 no se puede obtener de inmediato. En el extremo receptor, siempre que se agregue la misma contraseña C al número X, se puede reconstruir el símbolo fonético original del número Y1, es decir, y 1 = 1000110110001 grados Celsius

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101110100001y 1

Se puede ver que la digitalización de la voz proporciona grandes ventajas para las condiciones de procesamiento de cifrado, cuantos más dígitos haya en la contraseña, más más difícil es descifrar la contraseña.

② Capacidad antiinterferencias mejorada. Las señales digitales se mezclan con ruido durante la transmisión. El voltaje de la señal de entrada se puede medir utilizando un mosfet (llamado umbral) formado por circuitos electrónicos. Solo cuando el voltaje alcanza una cierta amplitud, el circuito tendrá un valor de salida y generará automáticamente pulsos limpios (llamados conformación o regeneración). Cuando llega un voltaje de ruido pequeño, se filtrará porque es inferior al umbral y no provocará acción en el circuito. Por lo tanto, la señal regenerada es exactamente la misma que la señal original y se producirán errores de bits sólo cuando la señal de interferencia sea mayor que la señal original. Para evitar errores de bits, se configura un método de detección y corrección de errores en el circuito, es decir, cuando ocurre un error de bits, la señal inversa se puede usar para reenviar a la otra parte. Por lo tanto, la transmisión digital es adecuada para transmisiones de larga distancia y líneas de bajo rendimiento.

③Se puede construir una red de comunicación digital completa. Después de adoptar la conmutación por división de tiempo, la transmisión y la conmutación se unifican y se puede formar una red de comunicación digital completa.

(2) Desventajas de la comunicación digital

① Ocupa una amplia banda de frecuencia. Debido a que la línea transmite señales de pulso, requiere un ancho de banda de 20 a 64 kHz, y un canal analógico solo ocupa un ancho de banda de 4 kHz, es decir, una señal PCM ocupa varios canales analógicos. Para una determinada línea telefónica, su tasa de utilización ha disminuido o sus requisitos para la línea han aumentado en detalle.

②Los requisitos técnicos son complejos, especialmente la tecnología de sincronización requiere alta precisión. Si el receptor puede comprender correctamente el significado del remitente, debe distinguir correctamente cada símbolo y encontrar el comienzo de cada grupo de información, lo que requiere una sincronización estricta entre el remitente y el receptor. Si se forma una red digital, será más difícil resolver el problema de sincronización.

③Se producirá un error de cuantificación durante la conversión de analógico a digital. Con el uso de circuitos integrados a gran escala y la popularización de los medios de transmisión de banda ancha, como las fibras ópticas, se utilizan cada vez más señales digitales para el almacenamiento y transmisión de información. Por lo tanto, las señales analógicas deben convertirse de analógicas a digitales durante la conversión. inevitablemente hay errores de cuantificación.