Tipos de señales. Señal digital y analógica: cuáles son las similitudes y diferencias, ventajas y desventajas

Una persona habla por teléfono todos los días, mira varios canales de televisión, escucha música y navega por Internet. Todas las comunicaciones y otros entornos de información se basan en la transmisión de señales. varios tipos. Mucha gente hace preguntas sobre en qué se diferencia la información analógica de otros tipos de datos y qué es una señal digital. La respuesta se puede obtener comprendiendo la definición de varias señales eléctricas y estudiando sus diferencias fundamentales entre sí.

Señal analoga

Una señal analógica (continua) es una señal de información natural que tiene un cierto número de parámetros que se describen mediante una función de tiempo y un conjunto continuo de todos los valores posibles.

Los sentidos humanos captan toda la información del entorno de forma analógica. Por ejemplo, si una persona ve pasar un camión cerca, se observa su movimiento y cambia continuamente. Si el cerebro recibiera información sobre el movimiento de los vehículos una vez cada 15 segundos, las personas siempre caerían bajo sus ruedas. Una persona evalúa la distancia instantáneamente, y en cada momento es definida y diferente.

Lo mismo sucede con otra información: la gente escucha el sonido y evalúa su volumen, evalúa la calidad de la señal de video, etc. En consecuencia, todos los tipos de datos son de naturaleza analógica y cambian constantemente.

En una nota. Las señales analógicas y digitales intervienen en la transmisión del habla de los interlocutores que se comunican por teléfono. Internet funciona sobre la base del intercambio de estos canales de señales a través de ellos. cable de red. Este tipo de señales son de naturaleza eléctrica.

Una señal analógica se describe mediante una función matemática de tiempo similar a una onda sinusoidal. Si toma medidas, por ejemplo, de la temperatura del agua, calentándola y enfriándola periódicamente, entonces el gráfico de la función mostrará una línea continua que refleja su valor en cada período de tiempo.

Para evitar interferencias, dichas señales deben amplificarse utilizando medios y dispositivos especiales. Si el nivel de interferencia de la señal es alto, entonces es necesario amplificarla más. Este proceso va acompañado de grandes gastos de energía. Una señal de radio amplificada, por ejemplo, a menudo puede convertirse en una interferencia para otros canales de comunicación.

Interesante saberlo. Las señales analógicas se utilizaban anteriormente en todo tipo de comunicaciones. Sin embargo, ahora está siendo reemplazado en todas partes o ya lo ha sido (comunicaciones móviles e Internet) por señales digitales más avanzadas.

Analógico y televisión digital Todavía coexisten, pero el tipo digital de transmisión de radio y televisión está reemplazando rápidamente al método analógico de transmisión de datos debido a sus importantes ventajas.

Para describir este tipo de señal de información se utilizan tres parámetros principales:

frecuencia;
longitud de onda;
amplitud.

Desventajas de una señal analógica

Una señal analógica tiene las siguientes propiedades, que muestran su diferencia con la versión digital:

Este tipo de señal se caracteriza por la redundancia. Es decir, la información analógica que contienen no se filtra: contienen muchos datos de información innecesarios. Sin embargo, es posible pasar información a través de un filtro, conociendo parámetros adicionales y la naturaleza de la señal, por ejemplo, utilizando el método de frecuencia;
Seguridad. Está casi completamente indefenso ante intrusiones no autorizadas del exterior;
Absoluta impotencia ante diversos tipos de intromisiones. Si se impone alguna interferencia en el canal de transmisión de datos, el receptor de señal la transmitirá sin cambios;
Falta de diferenciación específica de los niveles de muestreo: calidad y cantidad información transmitida no está limitado por nada.

Las propiedades anteriores son desventajas del método analógico de transmisión de datos, por lo que puede considerarse completamente obsoleto.

Señales digitales y discretas.

Las señales digitales son señales de información artificiales, presentadas en forma de valores digitales regulares que describen parámetros específicos de la información transmitida.

Para información. Hoy en día se utiliza predominantemente un flujo de bits de fácil codificación: una señal digital binaria. Este es el tipo que se puede utilizar en electrónica binaria.

Diferencia tipo digital La transmisión de datos desde la versión analógica es que dicha señal tiene un número específico de valores. En el caso de un flujo de bits, hay dos: "0" y "1".

La transición de cero al máximo en una señal digital es abrupta, lo que permite que el equipo receptor la lea con mayor claridad. Si se producen ciertos ruidos e interferencias, será más fácil para el receptor decodificar una señal eléctrica digital que con la transmisión de información analógica.

Sin embargo, las señales digitales se diferencian de la versión analógica en un inconveniente: cuando nivel alto interferencias, es imposible restaurarlas, pero es posible extraer información de la señal continua. Un ejemplo de esto sería una conversación telefónica entre dos personas, durante la cual pueden desaparecer palabras enteras e incluso frases de uno de los interlocutores.

Este efecto en el entorno digital se denomina efecto de interrupción, que se puede localizar reduciendo la longitud de la línea de comunicación o instalando un repetidor que copia completamente el tipo de señal original y la transmite más.

La información analógica se puede transmitir a través de canales digitales después de pasar por el proceso de digitalización con dispositivos especiales. Este proceso se llama conversión de analógico a digital (ADC). Este proceso También puede ser lo contrario: conversión de digital a analógico (DAC). Un ejemplo de dispositivo DAC sería un receptor de televisión digital.

Los sistemas digitales también se distinguen por la capacidad de cifrar y codificar datos, lo que se ha convertido en razón importante digitalización comunicaciones móviles e Internet.

señal discreta

Hay un tercer tipo de información: la discreta. Una señal de este tipo es intermitente y cambia con el tiempo, adoptando cualquiera de los valores posibles (prescritos de antemano).

La transferencia discreta de información se caracteriza por el hecho de que los cambios ocurren según tres escenarios:

La señal eléctrica cambia sólo en el tiempo, permaneciendo continua (sin cambios) en magnitud;
Cambia sólo en magnitud, mientras permanece continuo en el tiempo;
También puede cambiar simultáneamente tanto en magnitud como en tiempo.

La discreción ha encontrado aplicación en la transmisión por lotes de grandes cantidades de datos en sistemas informáticos.

Señal de información - proceso físico que tiene para una persona o dispositivo técnico informativo significado. Puede ser continuo (analógico) o discreto.

El término “señal” se identifica muy a menudo con los conceptos de “datos” e “información”. De hecho, estos conceptos están interrelacionados y no existen el uno sin el otro, sino que pertenecen a categorías diferentes.

Señal es una función de información que transmite un mensaje sobre las propiedades físicas, el estado o el comportamiento de cualquier sistema físico, objeto o entorno, y el propósito del procesamiento de señales puede considerarse la extracción de cierta información que se muestra en estas señales (en breve: información útil o de destino) y transformar esta información en una forma conveniente para su percepción y uso posterior.

La información se transmite en forma de señales. Una señal es un proceso físico que transporta información. La señal puede ser sonora, luminosa, en forma. envío postal y etc

La señal es portador de material información que se transmite desde la fuente al consumidor. Puede ser discreto y continuo (analógico)

Señal analoga- una señal de datos en la que cada uno de los parámetros representativos se describe mediante una función del tiempo y un conjunto continuo de valores posibles.

Las señales analógicas se describen mediante funciones continuas del tiempo, razón por la cual una señal analógica a veces se denomina señal continua. Las señales analógicas se contrastan con las discretas (cuantificadas, digitales).

Ejemplos de espacios continuos y cantidades físicas correspondientes: (línea recta: voltaje eléctrico; círculo: posición de un rotor, rueda, engranaje, manecilla de reloj analógico o fase de una señal portadora; segmento: posición de un pistón, palanca de control, termómetro de líquido o señal eléctrica, limitado en amplitud a varios espacios multidimensionales: color, señal modulada en cuadratura).

Las propiedades de las señales analógicas son en gran medida propiedades opuestas de cuantificado o digital señales.

La ausencia de niveles de señal discretos claramente distinguibles hace imposible aplicar el concepto de información en la forma en que se entiende en las tecnologías digitales para describirla. La “cantidad de información” contenida en una lectura estará limitada únicamente por el rango dinámico del instrumento de medición.

Sin redundancia. De la continuidad del espacio de valores se deduce que cualquier ruido introducido en la señal es indistinguible de la señal misma y, por tanto, no se puede restaurar la amplitud original. En realidad, el filtrado es posible, por ejemplo, utilizando métodos de frecuencia, si algunos información adicional sobre las propiedades de esta señal (en particular, la banda de frecuencia).

Solicitud:

Las señales analógicas se utilizan a menudo para representar cantidades físicas que cambian continuamente. Por ejemplo, una señal eléctrica analógica tomada de un termopar transporta información sobre cambios de temperatura, una señal de un micrófono transporta información sobre cambios rápidos de presión en una onda de sonido, etc.

señal discreta Consiste en un conjunto contable (es decir, un conjunto cuyos elementos se pueden contar) de elementos (dicen: elementos de información). Por ejemplo, la señal del "ladrillo" es discreta. Consta de los siguientes dos elementos (esta es la característica sintáctica de esta señal): un círculo rojo y un rectángulo blanco dentro del círculo, ubicado horizontalmente en el centro. Es en forma de señal discreta que se presenta la información que el lector está dominando actualmente. Puede distinguir los siguientes elementos: secciones (por ejemplo, “Información”), subsecciones (por ejemplo, “Propiedades”), párrafos, oraciones, frases individuales, palabras y caracteres individuales (letras, números, signos de puntuación, etc.). Este ejemplo muestra que, dependiendo de la pragmática de la señal, se pueden distinguir diferentes elementos de información. De hecho, para una persona que estudia informática a partir de un texto determinado, son importantes elementos de información más amplios, como secciones, subsecciones y párrafos individuales. Le permiten navegar más fácilmente por la estructura del material, asimilarlo mejor y prepararse para el examen. Para quien preparó este material metodológico, además de los elementos informativos indicados, también son importantes los más pequeños, por ejemplo, oraciones individuales, con la ayuda de las cuales se presenta tal o cual idea y que implementan tal o cual método de accesibilidad. el material. El conjunto de los elementos más pequeños de una señal discreta se llama alfabeto y la señal discreta en sí también se llama mensaje.

El muestreo es la conversión de una señal continua en una discreta (digital).

La diferencia entre representación de información discreta y continua es claramente visible en el ejemplo de un reloj. EN reloj electrónico Con una esfera digital, la información se presenta de forma discreta, en números, cada uno de los cuales es claramente diferente entre sí. En un reloj mecánico con esfera con puntero, la información se presenta de forma continua: las posiciones de dos manecillas y dos posiciones diferentes de la manecilla no siempre se distinguen claramente (especialmente si no hay marcadores de minutos en la esfera).

Señal continua– reflejado por alguna cantidad física que cambia en un intervalo de tiempo determinado, por ejemplo, el timbre o la intensidad del sonido. Esta información se presenta en forma de señal continua para aquellos estudiantes, consumidores que asisten a clases de informática y perciben el material a través de ondas sonoras (es decir, la voz del profesor), que son de naturaleza continua.

Como veremos más adelante, una señal discreta es más susceptible de transformación y, por tanto, tiene ventajas sobre una continua. Al mismo tiempo, en sistemas tecnicos y en procesos reales predomina la señal continua. Esto nos obliga a desarrollar formas de convertir una señal continua en una discreta.

Para convertir una señal continua en una discreta, se utiliza un procedimiento llamado cuantificación.

Una señal digital es una señal de datos en la que cada uno de los parámetros representativos se describe mediante una función de tiempo discreta y un conjunto finito de valores posibles.

Una señal digital discreta es más difícil de transmitir a largas distancias que una señal analógica, por lo que se premodula en el lado del transmisor y se demodula en el lado del receptor de información. El uso de algoritmos para verificar y restaurar información digital en sistemas digitales puede aumentar significativamente la confiabilidad de la transmisión de información.

Comentario. Hay que tener en cuenta que una señal digital real es analógica en su naturaleza física. Debido al ruido y a los cambios en los parámetros de la línea de transmisión, tiene fluctuaciones en amplitud, fase/frecuencia (jitter) y polarización. Pero esta señal analógica (pulsiva y discreta) está dotada de las propiedades de un número. Como resultado, procesarlo se vuelve posible uso métodos numéricos (procesamiento informático).

Una señal analógica es una señal de datos en la que cada uno de los parámetros representativos se describe en función del tiempo y un conjunto continuo de valores posibles.

Hay dos espacios de señales: el espacio L (señales continuas) y el espacio l (L pequeño), el espacio de secuencias. El espacio l (L pequeño) es el espacio de coeficientes de Fourier (un conjunto contable de números que definen una función continua en un intervalo finito del dominio de definición), el espacio L es el espacio de señales continuas (analógicas) en el dominio de definición. Bajo ciertas condiciones, el espacio L se asigna de forma única al espacio l (por ejemplo, los dos primeros teoremas de discretización de Kotelnikov).

directo: voltaje eléctrico

círculo: posición de un rotor, rueda, engranaje, manecillas de un reloj analógico o fase de una señal portadora

segmento: posición de un pistón, palanca de control, termómetro de líquido o señal eléctrica limitada en amplitud varios espacios multidimensionales: color, señal modulada en cuadratura.

Las propiedades de las señales analógicas son en gran medida opuestas a las de las señales cuantificadas o digitales.

Sin redundancia. De la continuidad del espacio de valores se deduce que cualquier ruido introducido en la señal es indistinguible de la señal misma y, por tanto, no se puede restaurar la amplitud original. De hecho, el filtrado es posible, por ejemplo, mediante métodos de frecuencia, si se conoce alguna información adicional sobre las propiedades de esta señal (en particular, la banda de frecuencia).

Solicitud:

2.2 Señal digital

Una señal digital es una señal de datos en la que cada uno de los parámetros representativos se describe mediante una función de tiempo discreta y un conjunto finito de valores posibles.

Las señales son pulsos eléctricos o luminosos discretos. Con este método, se utiliza toda la capacidad del canal de comunicación para transmitir una señal. La señal digital utiliza todo el ancho de banda del cable. El ancho de banda es la diferencia entre la frecuencia máxima y mínima que se puede transmitir a través de un cable. Cada dispositivo en dichas redes envía datos en ambas direcciones y algunos pueden recibir y transmitir simultáneamente. Los sistemas de banda estrecha (banda base) transmiten datos en forma de señal digital de una sola frecuencia.

Comentario. Hay que tener en cuenta que una señal digital real es analógica en su naturaleza física. Debido al ruido y a los cambios en los parámetros de la línea de transmisión, tiene fluctuaciones en amplitud, fase/frecuencia (jitter) y polarización. Pero esta señal analógica (pulsiva y discreta) está dotada de las propiedades de un número. Como resultado, es posible utilizar métodos numéricos (procesamiento informático) para procesarlo.

Un simple consumidor no necesita saber cuál es la naturaleza de las señales. Pero a veces es necesario conocer la diferencia entre formatos analógicos y digitales para poder abordar con los ojos abiertos la elección de una opción u otra, porque hoy se escucha que la época de las tecnologías analógicas ha pasado, están siendo reemplazadas por las digitales. . Debe comprender la diferencia para saber qué está dejando atrás y qué esperar.

Señal analógica es una señal continua que tiene número infinito datos cercanos en valor dentro del máximo, cuyos parámetros están descritos por la variable dependiente del tiempo.

Señal digital- esta es una señal separada descrita por una función de tiempo separada; por lo tanto, en cada momento, la amplitud de la señal tiene un valor estrictamente definido.

La práctica ha demostrado que con las señales analógicas es posible que se produzcan interferencias, que pueden eliminarse con una señal digital. Además, lo digital puede restaurar los datos originales. Con una señal analógica continua pasa mucha información, a menudo innecesaria. En lugar de uno analógico se pueden transmitir varios digitales.

Hoy en día, los consumidores están interesados en el tema de la televisión, ya que es en este contexto donde se suele pronunciar la frase "cambiar a una señal digital". En este caso, lo analógico puede considerarse una reliquia del pasado, pero esto es lo que acepta la tecnología existente, y para recibir lo digital se necesita una especial. Por supuesto, debido a la aparición y expansión del uso de los "digitales", están perdiendo su antigua popularidad.

Ventajas y desventajas de los tipos de señales.

La seguridad juega un papel importante en la evaluación de los parámetros de una señal en particular. Varios tipos de influencias, intrusiones extrañas hacen que la señal analógica esté indefensa. En el caso del digital, esto está excluido, ya que está codificado a partir de pulsos de radio. Para largas distancias La transmisión de señales digitales es complicada; es necesario utilizar esquemas de modulación-demodulación.

Resumiendo, podemos decir que diferencias entre señales analógicas y digitales consistir:

En continuidad de lo analógico y discreción de lo digital;
Existe una mayor probabilidad de que se produzcan interferencias durante la transmisión analógica;
En redundancia de señal analógica;
En la capacidad de lo digital para filtrar el ruido y restaurar la información original;
En la transmisión de una señal digital en forma codificada. Una señal analógica se reemplaza por varias digitales.

Cuando se trata de radiodifusión televisiva y radiofónica, así como tipos modernos comunicaciones, muy a menudo nos encontramos con términos como "Señal analoga" Y "señal digital". Para los especialistas no hay ningún misterio en estas palabras, pero para los ignorantes la diferencia entre “digital” y “analógico” puede resultar completamente desconocida. Mientras tanto, hay una diferencia muy significativa.

Cuando hablamos de señal, normalmente nos referimos a oscilaciones electromagnéticas que inducen campos electromagnéticos y provocan fluctuaciones de corriente en la antena del receptor. A partir de estas vibraciones, el dispositivo receptor (TV, radio, walkie-talkie o teléfono móvil) se forma una "idea" sobre qué imagen mostrar en la pantalla (si hay señal de vídeo) y qué sonidos acompañarán a esta señal de vídeo. .

En cualquier caso, la señal de una emisora de radio o torre de telefonía móvil puede aparecer tanto en formato digital como analógico. Después de todo, por ejemplo, el sonido en sí es una señal analógica. En una emisora de radio, el sonido recibido por el micrófono se convierte en las ondas electromagnéticas ya mencionadas. Cuanto mayor sea la frecuencia del sonido, mayor será la frecuencia de oscilación de salida y cuanto más alto hable el altavoz, mayor será la amplitud.

Las oscilaciones u ondas electromagnéticas resultantes se propagan en el espacio mediante una antena transmisora. Para que las ondas no se obstruyan con interferencias de baja frecuencia y para que diferentes estaciones de radio tengan la oportunidad de trabajar en paralelo sin interferir entre sí, las vibraciones resultantes de la influencia del sonido se suman, es decir, se "superponen". sobre otras vibraciones que tienen una frecuencia constante. A esta última frecuencia se le suele llamar "portadora", y es en su percepción que sintonizamos nuestro receptor de radio para "captar" la señal analógica de la estación de radio.

En el receptor ocurre el proceso inverso: la frecuencia portadora se separa, las oscilaciones electromagnéticas recibidas por la antena se convierten en oscilaciones de sonido y la voz familiar del locutor se escucha desde el altavoz.

Durante la transmisión de una señal de audio desde la estación de radio al receptor puede pasar cualquier cosa. Pueden producirse interferencias de terceros, la frecuencia y la amplitud pueden cambiar, lo que, por supuesto, afectará los sonidos producidos por la radio. Finalmente, tanto el transmisor como el receptor introducen algún error durante la conversión de la señal. Por tanto, el sonido que reproduce una radio analógica siempre tiene cierta distorsión. Es posible que la voz se reproduzca completamente, a pesar de los cambios, pero se escucharán silbidos o incluso algunas sibilancias de fondo causadas por la interferencia. Cuanto menos fiable sea la recepción, más fuertes y distintos serán estos efectos de ruido extraño.

Además, la señal analógica terrestre tiene un grado de protección muy débil contra el acceso no autorizado. Para las emisoras de radio públicas esto, por supuesto, no supone ninguna diferencia. Pero al usar la primera teléfonos móviles Hubo un momento desagradable asociado con el hecho de que casi cualquier receptor de radio de terceros podía sintonizarse fácilmente a la longitud de onda deseada para escuchar su conversación telefónica.

La radiodifusión analógica tiene esas desventajas. Gracias a ellos, por ejemplo, la televisión promete volverse completamente digital en un tiempo relativamente corto.

Las comunicaciones y radiodifusión digitales se consideran más protegidas de interferencias e influencias externas. El caso es que cuando se utiliza "digital", la señal analógica del micrófono en la estación transmisora se cifra en un código digital. No, por supuesto, una corriente de cifras y números no se extiende por el espacio circundante. Simplemente, se asigna un código de pulsos de radio a un sonido de una determinada frecuencia y volumen. La duración y la frecuencia de los impulsos están preestablecidas; es la misma tanto para el transmisor como para el receptor. La presencia de un impulso corresponde a uno, la ausencia a cero. Por lo tanto, dicha comunicación se denomina “digital”.

Un dispositivo que convierte una señal analógica en un código digital se llama convertidor analógico a digital (ADC). Un dispositivo instalado en el receptor que convierte el código en una señal analógica correspondiente a la voz de tu amigo en el altavoz. Teléfono móvil El estándar GSM se denomina "convertidor de digital a analógico" (DAC).

Durante la transmisión de señales digitales, los errores y distorsiones prácticamente se eliminan. Si el impulso se vuelve un poco más fuerte, más largo o viceversa, el sistema aún lo reconocerá como una unidad. Y cero seguirá siendo cero, incluso si en su lugar aparece alguna señal débil aleatoria. Para ADC y DAC no hay otros valores como 0,2 o 0,9, solo cero y uno. Por lo tanto, la interferencia casi no tiene efecto en las comunicaciones y radiodifusión digitales.

Además, lo "digital" también está más protegido contra el acceso no autorizado. Después de todo, para que el DAC de un dispositivo descifre una señal, necesita "conocer" el código de descifrado. El ADC, junto con la señal, también puede transmitir la dirección digital del dispositivo seleccionado como receptor. Por tanto, incluso si se intercepta la señal de radio, no se puede reconocer debido a la ausencia de al menos parte del código. Esto es especialmente cierto.

Así que aquí tienes diferencias entre señales digitales y analógicas:

1) Una señal analógica puede verse distorsionada por interferencias, y una señal digital puede estar completamente obstruida por interferencias o llegar sin distorsión. La señal digital está definitivamente presente o completamente ausente (cero o uno).

2) La señal analógica es accesible para todos los dispositivos que funcionan según el mismo principio que el transmisor. La señal digital está protegida de forma segura mediante un código y es difícil de interceptar si no está destinada a usted.