Távközlés

Távközlés, az információ elektromágneses úton történő továbbításának tudománya és gyakorlata. A modern telekommunikációs központok a nagy mennyiségű információ nagy távolságra történő továbbításával kapcsolatos problémákra összpontosítanak, a zaj és az interferencia miatti veszteségek károsítása nélkül. A modern digitális telekommunikációs rendszer alapvető alkotóelemeinek képesnek kell lenniük hang-, adat-, rádió- és televíziós jelek továbbítására. A digitális átvitelt a nagy megbízhatóság elérése érdekében, és mivel a digitális kapcsolórendszerek költségei sokkal alacsonyabbak, mint az analóg rendszerek költségei. A digitális átvitel használatához azonban az analóg jeleket, amelyek a legtöbb hang-, rádió- és televíziós kommunikációt képezik, analóg-digitális átalakításnak kell alávetni. (Adatátvitelnél ezt a lépést megkerüljük, mivel a jelek már digitális formában vannak; a legtöbb televíziós, rádió- és hangkommunikáció azonban analóg rendszert használ, és digitalizálni kell.) Sok esetben a digitalizált jelet egy forrás továbbítja. kódoló, amely számos képletet alkalmaz a redundáns bináris információk csökkentésére. A forráskódolás után a digitalizált jelet egy csatorna kódolóban dolgozzák fel, amely redundáns információt vezet be, amely lehetővé teszi a hibák észlelését és kijavítását. A kódolt jelet alkalmassá tesszük a vivőhullámra történő modulációval történő továbbításra, és egy nagyobb jel részévé tehetjük a multiplexelésnek nevezett eljárás során. A multiplexelt jelet ezután a többszörös hozzáférésű átviteli csatornába továbbítják. Az átvitel után a fenti folyamat megfordul a fogadó végén, és az információ kinyerésre kerül.

Ez a cikk a digitális telekommunikációs rendszer fentiekben ismertetett összetevőit írja le. A távközlési rendszereket igénybe vevő alkalmazásokkal kapcsolatos részleteket lásd a telefon, távíró, fax, rádió és televízió cikkben. Az elektromos vezeték, a rádióhullám és az optikai szál átvitelét a távközlési média tárgyalja. Az információátvitelhez használt hálózati típusok áttekintését lásd a telekommunikációs hálózatban.

Analóg-digitális konvertálás

A beszéd-, hang- vagy videoinformációk továbbítása során az objektum nagy hűségű, vagyis az eredeti üzenet lehető legjobb reprodukciója a jelek torzulása és a zaj által okozott romlás nélkül. A viszonylag zajmentes és torzításmentes telekommunikáció alapja a bináris jel. Az üzenetek továbbításához felhasználható bármilyen legegyszerűbb jel, a bináris jel csak két lehetséges értékből áll. Ezeket az értékeket bináris számjegyek vagy 1 és 0 bit jelölik. Ha az átvitel során felvett zaj és torzulás nem elég nagy ahhoz, hogy a bináris jelet egyik értékről a másikra megváltoztassa, a helyes értéket a vevő úgy határozhatja meg, hogy tökéletes vétel fordulhat elő.

Ha az átvitt információ már bináris formában van (mint az adatkommunikációban), nincs szükség a jel digitális kódolására. A telefonon zajló rendes hangkommunikáció azonban nem bináris formában; sem az űrből történő szonda továbbításához gyűjtött információ nagy részét, sem a televíziós vagy rádiójeleket nem gyűjtik össze műholdas összeköttetésen keresztüli továbbítás céljából. Az ilyen jeleket, amelyek folyamatosan változnak az értékek tartományán belül, analógnak mondják, és a digitális kommunikációs rendszerekben az analóg jeleket digitális formába kell konvertálni. A jelátalakítás folyamatát analóg-digitális (A / D) átalakításnak nevezzük.

Mintavétel

Az analóg-digitális átalakítás mintavétellel vagy az analóg hullámforma amplitúdójának mérésével kezdődik, azonos időközönként, diszkrét időpontokban. Az a tény, hogy egy folyamatosan változó hullám mintáit felhasználhatjuk annak a hullámnak a felvételére, azon a feltételezésen alapul, hogy a hullám korlátozott a variációs sebességében. Mivel a kommunikációs jel valójában egy komplex hullám - lényegében számos komponens szinuszhullám összege, amelyek mindegyikének megvannak a pontos amplitúdója és fázisa -, a komplex hullám variációs sebessége az összes rezgési frekvenciájával mérhető alkotóelemei. A jelet alkotó szinuszhullámok maximális oszcillációs sebessége (vagy a legmagasabb frekvencia) és a minimális rezgési sebesség (vagy a legalacsonyabb frekvencia) közötti különbséget a jel sávszélességének (B) nevezzük. A sávszélesség tehát a jel által elfoglalt maximális frekvenciatartományt képviseli. Legalább 300 hertz és legfeljebb 3300 hertz frekvenciájú hangjel esetén a sávszélesség 3000 hertz vagy 3 kilohertz. Az audiojelek általában kb. 20 kilohertz sávszélességet foglalnak el, a szokásos videojelek pedig körülbelül 6 millió hertzt vagy 6 megahertzt foglalnak el.

A sávszélesség fogalma központi jelentőségű az összes telekommunikációban. Az analóg-digitális átalakításban van egy alapvető tétel, miszerint az analóg jelet egyedileg lehet reprezentálni olyan különálló mintákkal, amelyeknek a szélessége (1 / 2B) egymástól való szélességének kétszeresét meghaladja. Ezt a tételt általában mintavételi tételnek nevezik, és a mintavételi intervallumot (1 / 2B másodperc) Nyquist-intervallumnak nevezik (a svéd születésű amerikai amerikai villamosmérnök Harry Nyquist után). A Nyquist-intervallum példájaként a múltbeli telefonos gyakorlatban a sávszélességet, amelyet általában 3000 hertz-en rögzítettek, legalább 1/6000 másodpercenként vették mintára. A jelenlegi gyakorlatban másodpercenként 8000 mintát vesznek, hogy növeljék a beszédkép frekvenciatartományát és hűségét.