Виды сигналов, применяемые в телекоммуникации
Все сигналы, применяемые в телекоммуникациях, можно разделить на 2 основных вида: аналоговые и цифровые. Оба этих вида активно используются, однако различия между ними огромны и важны. Основным признаком такого разделения служит способ представления информации: аналоговый или цифровой.
Изначально в природе вся информация возникает и воспринимается в аналоговом виде, т.е. непрерывно и определена для любого момента времени. Зрение воспринимает объекты не каждую секунду или минуту, а непрерывно, и, соответственно, изменение какого-либо объекта также будет восприниматься человеком непрерывно. То же можно сказать и про звуки, вкусовые и осязательные ощущения и т.п. Для передачи такой информации удобнее всего использовать аналоговые сигналы, т.е. определенные для каждого момента времени.
Понять что такое аналоговый сигнал проще всего, представив себе непрерывную линию на графике, отражающую изменение какой-либо физической величины: температуры или давления. Если сопоставить значениям на графике напряжение, то мы получим аналоговый сигнал, амплитуда которого несет информацию о значении измеряемой величины.
Аналоговый сигнал
Аналоговые сигналы применялись долгое время во всех видах связи: телефонной сети, телевизионного радиовещания, военной связи и т.п. Для борьбы с помехами при передаче данного вида сигнала обычно используется увеличение мощности, т.к. чем выше мешающее воздействие, тем выше должна быть мощность сигнала, чтобы он мог быть принят без искажения. При этом данный метод борьбы будет давать результаты до тех пор, пока усиливаемый сигнал не начнет оказывать влияние на другие каналы связи. Кроме того этот способ борьбы очень энергетически не эффективен, потому как очень большая энергия сигнала рассеивается на тепло.
Однако аналоговые сигналы имеют и преимущества. В частности если аналоговый сигнал (например, речь) передавать по цифровому каналу, то необходимо будет провести аналого-цифровое преобразование, в результате которого качество сигнала будет снижено. На приемном конце потребуется обратная процедура (цифро-аналоговое преобразование) которое также немного снизит качество сигнала. Если передавать аналоговую информацию по аналоговому каналу, то этого удастся избежать.
Цифровой сигнал
Цифровая информация – это набор данных, т.е. она дискретна. Соответственно, цифровой сигнал определен только для отдельных моментов времени. Цифровую информацию принято кодировать двоичным кодом, например, "0" и "1". Соответственно и цифровой сигнал, как правило, принимает одно из двух возможных значений (реже используется 3 и более значения, например, для увеличения помехозащищенности или информационной емкости элементов сигнала). Таким образом, цифровой сигнал, представляет собой последовательность резко сменяющих друг друга значений. Причем, чем более резкий будет переход между уровнями сигнала, тем более точно можно будет декодировать исходный сигнал.
Цифровой сигнал имеет достаточно много преимуществ. Во-первых, он более помехоустойчив. Для защиты от ошибок в цифровой поток обычно вводится некоторая избыточность, которая позволяет выявить ошибки, которые могли возникнуть в ходе передачи или даже устранить их. Кроме того, цифровой сигнал энергетически эффективен, т.к. вводимая избыточность позволяет использовать меньшую мощность источника при передаче, чем при передаче аналогового сигнала. Также цифровой сигнал более эффективно использует выделяемые для передачи ресурсы связи.
Как отмечалось ранее, большая часть исходной информации непрерывна во времени и часто возникает ситуация когда такую информацию необходимо передать по цифровому каналу связи. Для того этого проводят процедуру аналого-цифрового преобразования (АЦП), которая несколько снижает качество исходного сигнала. На приемном конце необходимо выполнить обратную процедуру: цифро-аналоговое преобразование (ЦАП). Таким образом, передача по цифровому каналу речи, измерительных данных или любой другой аналоговой информации приведет к некоторой потере в качестве. Однако, благодаря высокой производительности цифровых сигнальных процессоров (digital signaling processor, DSP) и появлению широкополосных цифровых каналов вред от процедур АЦП/ЦАП сводится к минимуму.
Выбор типа сигнала (аналоговый или цифровой) в каждом конкретном отдельная задача. Обращается внимание на многие факторы, в том числе помехозащищенность и ширина полосы пропускания канала связи, необходимость передачи качества исходного сигнала и т.п. В сотовой связи преимущественно применяются цифровые сигналы. Главный вид информации, передаваемый по сотовым системам связи – это речь. АЦП и ЦАП, а также другие необходимые процедуры преобразования исходного сигнала производятся еще в мобильном телефоне и далее по системе связи передаются в цифровом виде.
Выбор именно цифрового способа передачи информации в сотовых системах связи обусловлен возможностью его кодирования и шифрования современными методами, возможностью передачи разнородной информации (сигнализации, речи, данных) по одним и тем же каналам за счет временного разделения каналов, а также высокой помехоустойчивостью цифровых сигналов. 