Цифровий сигнал

Оцифрований аналоговий сигнал

Цифрови́й сигна́л — дискретний сигнал з певним значенням інформативного параметра, яке визначається у цифровій формі. Цифрові сигнали є цифровим зображенням дискретного сигналу, який часто видобувається шляхом квантування аналогового сигналу.

В комп'ютерах та інших цифрових системах, цифровий сигнал є хвилею, що переключається між двома рівнями напруги (0 та 1). У більшості комп'ютерних програм цифровий сигнал зображається у вигляді двійкових чисел і тому точність квантизації вимірюється у бітах. Так, наприклад, 4-бітова система забезпечить підтримку 2^4 = 16 дискретних значень, 7-бітова — 2^7 = 128, 16-бітова — 2^16 = 65536 дискретних значень і т. д.

Цифрові технології отримали широке розповсюдження у 1990-ті роки і включають у себе різноманітні медіа пристрої. Сучасні телекомунікації та побутова електроніка працює майже виключно на цифрових технологіях.

Визначення

Термін цифровий сигнал має відповідні значення в різних контекстах.

В цифровій електроніці

Цифровий сигнал у формі п'яти-рівневої імпульсно-амплітудної модуляції^[en]

В цифровій електроніці цифровий сигнал це послідовність імпульсів^[en] (сигнал в імпульсно-амплітудній модуляції^[en]), тобто. послідовність електричних імпульсів квадратної форми із фіксованою довжиною, кожен з яких може займати один із рівнів амплітуди, яких можлива дискретна кількість.[1][2] Особливим випадком є логічний сигнал або двійковий сигнал, який змінюється між високим і низьким рівнем сигналу.

В обробці сигналів

В обробці сигналів, цифровий сигнал це абстракція, яка є дискретною за часом і амплітудою, що означає, що вона існує лише в певні моменти часу.

В цифровій обробці сигналів, цифровий сигнал подається дискретизованим і квантованим фізичним сигналом. Цифровий сигнал є абстрацією, яка дискретна у часі і амплітуді. Значення сигналу існує лише в регулярних часових інтервалах, оскільки лише в ці квантовані моменти часу значення відповідного фізичного сигналу є важливими для подальшої цифрової обробки. Цифровий сигнал це послідовність кодів отриманих із кінцевого набору значень.[3] Цифровий сигнал може зберігатися, оброблюватися чи передаватися фізично як сигнал імпульсно-кодової модуляції (ІКМ).

У зв'язку

Частотна маніпуляція (англ. frequency shift keying, FSK) сигналу кодує дані за допомогою чергування двох форм хвилі сигналу, і дозволяє передачу у межах пропускної смуги.

Біполярний^[en] цифровий сигнал використовується у передачі в основній частотній смузі (кодування лінії)

У цифровому передаванні даних, цифровий сигнал представлений неперервним у часі фізичним сигналом a, що чергується між дискретною кількістю форм хвилі,[4] і представляє бітовий потік. Форма хвилі сигналу залежить від схеми передачі, яка може бути або схемою кодування; або схемою модуляції. Така модульована носієм синусова хвиля вважається цифровим сигналом у літературі із цифрового зв'язку і передавання даних,[5], але в електроніці і комп'ютерних мережах розглядається як перетворений у аналоговий сигнал бітовий потік.[6]

У системах зв'язку, як правило присутні джерела перешкод, які вносять шум у сигнал, що часто є суттєвою проблемою. Ефект інтерференції, як правило, зводять до мінімуму за допомогою фільтрації зашумлених сигналів, наскільки це можливо, а також використовують надмірність інформації. Основною перевагою цифрових сигналів в системах зв'язку завадостійкість при дії шуму, і можливість в багатьох випадках використовувати стиснення даних, як наприклад із радіо та відеоданими, що дозволяє значно зменшити необхідну пропускну здатність засобів комунікації.

Переваги цифрового сигналу

Перевагами цифрового сигналу над аналоговими є[7]. :

• більша захищеність від дії шумів, наводок і перешкод;
• невеликі відхилення від дозволених значень ніяк не викривляє цифровий сигнал, так як завжди існують зони допустимих відхилень;
• дозволяє складнішу і багатоступеневу обробку
• більш довге зберігання без втрат
• якісніша передача
• цифрові пристрої легше проектувати, відлагоджувати. Їхня поведінка більш точно прогнозується та розраховується.

Недоліки цифрового сигналу

Цифровий сигнал[7] передає інформацію кількома (переважно двома) своїми рівнями і зміною цих рівнів, а аналоговий більш ємний, оскільки несе інформацію кожним поточним своїм значенням. Крім того, цифровий сигнал потребує перебування в певному рівні деякий період часу, інакше його неможливо буде розпізнати. Тому цифрові пристрої працюють повільніше за аналогові і швидкість передачі та обробки інформації аналоговими пристроями завжди може бути більшою.

Посилання

1. B. SOMANATHAN NAIR, Digital electronics and logic design 2002: «Цифрові сигнали це імпульси фіксованої ширини, які приймають лише один із двох рівнів амплітуди.»
2. Joseph Migga Kizza, Computer Network Security 2005
3. Vinod Kumar Khanna, Digital Signal Processing, 2009: Цифровий сигнал це особлива форма сигналу у дискретному часі, який є дискретним у часі та амплітуді, для передачі якого кожному значенню (кванту) сигналу у дискретному часі дозволяється приймати скінченну множину значень (квантування), яким присвоюється числовий символ відповідно до кодування … Цифровий сигнал це послідовність або список чисел, що складають скінченну множину.
4. Analogue and Digital Communication Techniques: «A digital signal is a complex waveform and can be defined as a discrete waveform having a finite set of levels»
5. J.S.Chitode, Communication Systems^[недоступне посилання], 2008: «Коли цифровий сигнал передається на довгу відстань, необхідно застосовувати CW модуляцію.»
6. Fred Halsall, Computer Networking and the Internet: «Для того, щоб передати цифровий сигнал по аналоговій абонентській лінії, необхідно використовувати модульовану передачу; що є електричним сигналом, який передає двійковий бітовий потік початкового (цифрового) виходу, який спершу необхідно перетворити у аналоговий сигнал сумісний із (телефонним) голосовим сигналом.»
7. Лекція 1: Базові поняття цифрової електроніки [Архівовано 28 квітня 2012 у Wayback Machine.]// Intuit.ru (рос.)

Див. також

• Аналоговий сигнал
• Дискретна система