Цифровой сигнал | это… Что такое Цифровой сигнал?
Для термина «сигнал» см. другие значения.
Цифровой сигнал — сигнал данных, у которого каждый из представляющих параметров описывается функцией дискретного времени и конечным множеством возможных значений.[1]
Сигналы представляют собой дискретные электрические или световые импульсы. При таком способе вся емкость коммуникационного канала используется для передачи одного сигнала. Цифровой сигнал использует всю полосу пропускания кабеля. Полоса пропускания — это разница между максимальной и минимальной частотой, которая может быть передана по кабелю. Каждое устройство в таких сетях посылает данные в обоих направлениях, а некоторые могут одновременно принимать и передавать. Узкополосные системы (baseband) передают данные в виде цифрового сигнала одной частоты.
Дискретный цифровой сигнал сложнее передавать на большие расстояния, чем аналоговый сигнал, поэтому его предварительно модулируют на стороне передатчика, и демодулируют на стороне приёмника информации.
Использование в цифровых системах алгоритмов проверки и восстановления цифровой информации позволяет существенно увеличить надёжность передачи информации.
Замечание. Следует иметь в виду, что реальный цифровой сигнал по своей физической природе является аналоговым. Из-за шумов и изменения параметров линий передачи он имеет флуктуации по амплитуде, фазе/частоте (джиттер), поляризации. Но этот аналоговый сигнал (импульсный и дискретный) наделяется свойствами числа. В результате для его обработки становится возможным использование численных методов (компьютерная обработка).
Важным свойством цифрового сигнала, определившего его доминирование в современных системах связи, является его способность к полной регенерации вплоть до некоторого порогового отношения сигнал/шум, в то время как аналоговый сигнал удаётся лишь усилить вместе с наложившимися на него шумами. Здесь же кроется и недостаток цифрового сигнала: если цифровой сигнал утопает в шумах, восстановить его невозможно (эффект крутой скалы (англ.
)), в то время как человек (не машина) может усвоить информацию из сильно зашумлённого сигнала на аналоговом радиоприёмнике, хотя и с трудом. Если сравнивать сотовую связь аналогового формата (AMPS, NMT) с цифровой связью (GSM, CDMA), то при помехах на цифровой линии из разговора выпадают порой целые слова, а на аналоговой можно вести разговор, хотя и с помехами. Выход из данной ситуации — почаще регенерировать цифровой сигнал, вставляя регенераторы в разрыв линии связи, или уменьшать длину линии связи (например, уменьшать расстояние от сотового телефона до базовой станции (БС), что достигается более частым расположением БС на местности).
Ссылки
- ↑ ГОСТ 17657—79 «Передача данных. Термины и определения»
См. также
- Аналоговый сигнал
- Сигнал (техника)
- Квантованный сигнал
| В этой статье не хватает ссылок на источники информации.
Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена. |
1.2. Основные обозначения на схемах
В зависимости от степени детализации изображения электронных устройств и их узлов применяются три типа схем: структурная, функциональная и принципиальная. В технической документации приводятся структурная и/или функциональная схемы, а также обязательно принципиальная схема. В научных статьях и книгах обычно ограничиваются структурной или функциональной схемой, приводя принципиальные схемы лишь в частных случаях.
Структурная
схема определяет основные функциональные
части изделия (устройства, функциональные
группы), их назначение и связи. Это
наименее подробная схема. Структурная
схема позволяет понять, как взаимодействуют
отдельные части устройства, что оно
делает в основных режимах работы. Из
структурной схемы должно быть понятно,
зачем нужно данное устройство.
Все
функциональные части на схеме изображают
в виде прямоугольников или условных
графических обозначений (УГО). В общем
случае обозначения на структурной схеме
могут быть достаточно произвольными,
хотя общепринятые правила, рекомендуемые
стандартами, все-таки лучше выполнять.
На
функциональной
схеме изображают функциональные части
изделия (элементы устройства) и связи
между ними с разъяснениями последовательности
процессов, протекающих в отдельных
функциональных цепях изделия или изделии
в целом. Для сложного
изделия разрабатывают несколько
функциональных схем, поясняющих
происходящие процессы при различных
предусмотренных режимах работы.
Количество функциональных схем,
разрабатываемых для изделия, степень
их детализации и объем помещаемых
сведений определяются разработчиком
с учетом особенностей изделия.
Функциональные части и связи между ними
изображают в виде условных графических
обозначений, установленных в стандартах
ЕСКД. Отдельные функциональные части
на схеме допускается изображать в виде
прямоугольников.
Принципиальная
схема – это наиболее подробная схема.
Она показывает все использованные в
устройстве элементы и все связи между
ними. На ней изображаются также элементы,
которыми заканчиваются входные и
выходные цепи (соединители, зажимы,
разъемы и т.п.). Эта схема дает детальное
представление о принципах работы
изделия. Такие схемы выполняются для
изделий, находящихся в отключенном
положении. Элементы схем показывают
условными графическими обозначениями,
установленными стандартами ЕСКД (прил.
1). Если схема строится на основе микросхем
(цифровых или аналоговых), то указываются
и номера выводов всех входов и выходов
этих микросхем.
Принципиальная схема
должна позволять полностью воспроизвести
описываемое устройство.
Изучая основы схемотехники ЭВМ, можно говорить об информационной стороне процессов, арифметических основах и логических основах.
Сигнал – это любая физическая величина, изменяющаяся со временем.
Сигналы могут быть различной природы. Вся электроника работает в основном с электрическими сигналами. В оптоэлектронике используют изменяющуюся во времени интенсивность светового потока.
Электрический сигнал – это электрическая величина (например, ток, напряжение), изменяющаяся со временем.
Сигналы могут изменяться во времени непрерывно, принимая любые значения в определенных пределах. Такие сигналы называют аналоговыми.
Устройства,
которые работают с такими сигналами,
называют аналоговыми.
Сигнал, который может принимать только два значения (иногда – три), называют цифровым. Устройства, работающие с такими сигналами, называют цифровыми.
В природе практически все сигналы аналоговые. Сигналы на выходе микрофона, различного рода датчиков изменяются непрерывно в некоторых пределах. Эти устройства преобразуют физические величины в пропорциональные им напряжение или ток. Эти сигналы могут быть преобразованы (например, усилены), переданы на значительные расстояния.
Аналоговые сигналы и работающая с ними аппаратура имеют большие недостатки. Дело в том, что аналоговые сигналы чувствительны к действию всевозможных паразитных сигналов – шумов, наводок, помех.
Во
всех случаях выполнения операций над
аналоговыми сигналами (преобразование,
передача, хранение) полезные сигналы
искажаются паразитными сигналами. При
обработке сигналов (усилении, фильтрации)
искажается их форма из-за несовершенства
электронных устройств.
Цифровые сигналы, имеющие два разрешенных значения, в отличие от аналоговых защищены от действия шумов, наводок и помех гораздо лучше. Небольшие отклонения от разрешенных значений не искажают цифровой сигнал. Это связано с тем, что обычно разрешены некоторые отклонения от установленных значений, то есть существуют зоны допустимых значений. Цифровые устройства гораздо меньше подвержены старению, так как небольшое изменение их параметров никак не отражается на их функционировании. Эти преимущества и обеспечивают бурное развитие цифровой электроники.
Однако
у цифровых устройств есть крупный
недостаток. Аналоговый сигнал определен
в любой момент времени, а цифровой –
только в выделенные моменты времени.
Поэтому максимально достижимое
быстродействие аналоговых устройств
всегда принципиально больше, чем цифровых
устройств. Аналоговые устройства могут
работать с более быстро меняющимися
сигналами, чем цифровые.
Рис. 1.1. Искажение аналогового (а) и цифрового (б) сигнала
Цифровые устройства, в том числе и ЭВМ, строятся из логических микросхем, каждая из которых обязательно имеет следующие выводы (рис. 1.2):
выводы питания: общий (или «земля») и напряжения питания (часто +5 В), которые на схемах обычно не показываются;
- выводы для входных сигналов (или «входы»), на которые поступают внешние цифровые сигналы;
выводы для выходных сигналов (или «выходы»), на которые выдаются цифровые сигналы из самой микросхемы.
Все
узлы, блоки, элементы, аналоговые и
цифровые микросхемы показываются на
схемах в виде прямоугольников с
соответствующими надписями (ГОСТ
2.
708–81,
ГОСТ 2.743–82,
ГОСТ 2.751–73,
ГОСТ 2.759–82).
Все связи между ними, все передаваемые
сигналы показываются в виде линий,
соединяющих эти прямоугольники. Входы
должны быть расположены на левой стороне
прямоугольника, выходы –
на правой стороне. Стандарты допускают
(но не рекомендуют) и иное расположение
сигналов: входы сверху, выходы снизу
прямоугольника.
Входные и выходные сигналы могут быть прямыми и инверсными. Понятие «прямой вход» означает, что на соответствующий вывод микросхемы поступает положительный сигнал (сигнал положительной полярности). Это активный сигнал, вызывающий изменение выходного сигнала. Активным сигналом может быть и отрицательный сигнал (низкий уровень потенциала на входе относительно общего провода).
Рис. 1.2. Обозначение входов и выходов микросхемы
Рис. 1.3. Элементы цифрового сигнала
При
этом высокий уровень потенциала является
пассивным, то есть не вызывает изменения
выходного сигнала.
Графически элементы
цифрового сигнала представлены на рис.
1.3. Для обозначения полярности на схемах
используется знак минус, например: –WR
или –S.
Если таких знаков нет, то сигнал считается
положительным. Инверсия сигнала
обозначается кружочком на месте входа
или выхода (см. рис. 1.2).
Рис. 1.4. Обозначение неинформационных выводов.
Микросхемы
содержат выводы, которые не несут
информацию, то есть не являются ни
логическими входами, ни логическими
выходами. Это могут быть, например,
выводы для подключения питающего
напряжения, опорного напряжения, внешних
элементов частотозадающих цепей и т.д.
Такие выводы помечаются, если это
необходимо, косым крестом (рис.
1.4).
В сложных цифровых устройствах довольно значительное число сигналов и линий, передающих эти сигналы. Для уменьшения количества параллельных сонаправленных линий большой протяженности рекомендуется изображать их в однолинейном представлении. Группы сигналов (и передающих их линий), объединенных по какому-то признаку, образуют шину. Пример такой шины – адресная. В схемах для шин предусматриваются специальные обозначения (рис. 1.5).
На
структурных и функциональных схемах
шины обозначаются толстыми линиями или
двойными стрелками, причем количество
сигналов, входящих в шину, указывается
рядом с косой чертой, пересекающей шину
(рис. 1.5, а, б)
На принципиальных схемах так же
используется подобные обозначения. Они
называются графической свёрткой. Свёртка
используется для уменьшения количества
сонаправленных линий, но в отличие от
шины, входящие в нее линии не обязательно
должны иметь общий признак. Т.е. в свёртку
могут входить цепи, идущие в одном
направлении, но передающие разные по
смыслу сигналы.
Входящие в шину и
выходящие из нее сигналы показываются
в виде перпендикулярных к шине тонких
линий (рис. 1.5 в).
При этом, как показано на рис. 1.5 в,
каждую линию помечают в месте слияния,
а при необходимости на обоих концах
условными обозначениями (цифрами,
буквами или сочетаниями букв и цифр).
Для пояснения в условиях эксплуатации
около условных графических обозначений
элементов помещают соответствующие
надписи, знаки или графические обозначения
(например, у переключателей, гнезд,
потенциометров и т. п.).
Рис.1.5. Обозначение шин и сверток: а – толстыми линиями; б – двойными стрелками; в – графическая свертка
При
большой графической насыщенности схемы
допускается входящие и выходящие линии
связи начинать и обрывать внутри листа,
прерывать отдельные линии связи между
удаленными друг от друга графическими
обозначениями элементов, изображенными
на одном листе. Всем входящим, выходящим
и прерванным на данном листе линиям в
месте обрыва должны быть присвоены
обозначения (цифровые, буквенные или
буквенно-цифровые).
Эти обозначения
указывают над линией, на уровне линии
или в разрыве линии.
Аналогичным образом линии связи и свертки можно переносить на другой лист принципиальной схемы (если листов несколько). При этом кроме обозначения разорванной линии указать еще и номер лист, на который переносится линия.
На схемах допускается выделять функциональные части штрихпунктирной линией. Каждая выделенная составная часть должна иметь наименование или условное обозначение, которое должно быть пояснено на поле схемы или в документации на изделие. Стандарты, которые применяют при разработке схем цифровых устройств, приведены в прил. 1.
4. Мультиплексирование и Иерархия Т-носителей
Тирания множества есть тирания умноженная.
— Эдмунд Берк
Чтобы перейти от DS0 к
области с более высокой пропускной способностью, дополнительные уровни мультиплексирования
нужный. В этой главе описывается, как DS0 объединяются в DS1.
ДС1
относится к цифровому сигналу, работающему на скорости 1,544 Мбит/с; Т1 относится
специально для DS1, доставленного по четырехпроводному интерфейсу. Большинство
люди просто используют термин T1 для обозначения любого цифрового сигнала на данном этапе.
скорость и, чтобы не нарушать общепринятое соглашение,
книга.
Более высокие уровни мультиплексирования используются для генерации дополнительных уровней T-несущей иерархии, например DS3. Однако DS3 отличается от T1 тем, что гораздо более высокая скорость требует других методов кодирования, гораздо больше точное время и новые интерфейсы сеть-маршрутизатор. Избегать теряется в деталях DS3, поэтому в этой главе подробно описывается только Процесс мультиплексирования DS0 в DS1.
Сборка
высокоскоростные каналы в системе T-carrier концептуально просты. Брать
набор низкоскоростных ссылок и объединить их вместе как
каналов в структуре TDM.
Когда 24 потока DS0
объединяются вместе, результатом является цифровой поток более высокого уровня:
ДС1. Несколько DS1 объединяются в DS2, а DS2
связаны вместе в DS3. Таблица 4-1 показывает
стандартизированные скорости передачи данных в системе T-carrier. В то время как скорость передачи данных
для DS4 была стандартизирована, большинство деталей сетевого интерфейса были
нет.
Таблица 4-1. Сравнение T-перевозчиков
|
Тип потока |
Скорость (Мбит/с) |
Эквивалент T1 |
Эквивалентные голосовые каналы |
|---|---|---|---|
|
ДС0 |
0,064 |
1/24 |
1 |
|
ДС1 |
1,544 |
1 |
24 |
|
ДС1С |
3,152 |
2 |
48 |
|
ДС2 |
6. |
4 |
96 |
|
ДС3 |
44.736 |
28 |
672 |
|
DS3C |
89.472 |
56 |
1344 |
|
ДС4 |
274,176 |
168 |
4032 |
176
Из-за различий в
биты управления и биты кадрирования на разных уровнях иерархии,
расхождения могут казаться существующими.
Например, DS1 состоит из 24
Каналы DS0, каждый из которых работает на скорости 64 кбит/с, но 24 x 64 кбит/с =
1,536 Мбит/с. DS1 добавляет дополнительную информацию о кадрировании и управлении,
увеличивает скорость линии до 1,544 Мбит/с, хотя максимальная
Для пользовательских данных доступно 1,536 Мбит/с.
В иерархии T-операторов DS1C и DS3C никогда не существовали, поскольку услуги, которые можно заказать. Скорости передачи данных, соответствующие DS1C и DS3C — промежуточные скорости мультиплексирования, которые могут существовать в цифровой кросс. DS2 так и не получил широкого распространения, а DS4 никогда полностью не стандартизировался.
Мультиплексирование для формирования T1
На принимающей стороне T1
поток битов, требуется какой-то метод для различения, где один
канал останавливается и начинается другой канал. Каждый канал может быть
в индивидуальном фрейме с уникальным заголовком, но такой подход
добавить большое количество битов заголовка и использовать слишком много
пропускная способность несущей просто для управляющей информации.
Вместо этого T1 передает каждый канал по очереди и добавляет один кадр.
бит в начале, как показано на рис. 4-1.
Биты кадрирования используются для синхронизации часов и элементарных ошибок.
индикация.
Рис. 4-1. Общий формат кадра
Несколько кадров могут быть объединены вместе в суперкадров . Полный заголовок построенный с использованием кадрового бита из каждого кадра и объединение битов в нескольких кадрах.
Наконечник
Использовать
терминов кадр и
суперкадр здесь отличается от данных
мир. Я думаю о фрейме как об объекте с полным заголовком,
не двенадцатая или двадцать четвертая часть заголовка. Если бы это было до
меня, я бы назвал последовательность 192 бита данных плюс бит кадрирования
подкадр и собрать подкадры в кадры.
Таким образом, мой субфрейм — это то, что телекоммуникационная компания назвала бы фреймом, а мой фрейм
это то, что телекоммуникационная компания называет суперкадром.
у меня явно не было
влияние на термины, поэтому мы застряли с фреймом и
суперкадр; Я использую стандартные отраслевые термины, потому что они
укоренившийся.
При первом подключении кабеля T1 тревожный индикатор все равно будет жаловаться на отсутствие кадрирования. Предупреждения о потере кадра будут отображаться в течение короткого времени, так как CSU/DSU ищет биты кадрирования, блокирует и синхронизирует их. Часы. Синхронизация — довольно удивительный процесс: CSU/DSU должен определить 193-я битовая позиция в каждом кадре, а затем идентифицируйте начало последовательности кадров. После завершения синхронизации биты могут быть переданы на удаленный конец, который фиксируется на переданные кадры и сбрасывает любые удаленные аварийные ситуации.
Плотность единиц и T1
Поскольку синхронизация часов
поддерживается путем контроля времени импульса, спецификации T1 предписывают
определенной плотности импульса, чтобы оба конца оставались синхронизированными.
Два
минимумы устанавливаются стандартами:
-
Общая плотность 12,5%.
-
Максимум 15 последовательных временных интервалов без импульса. Современный цифровые повторители могут обрабатывать гораздо более длинные строки нулей, но это Требование было введено задолго до того, как такое оборудование стало доступным. Не существует простого способа узнать возможности ретрансляторов на любом натяжение кабеля, поэтому все коммерческое оборудование по-прежнему рассчитано на старая спецификация.
Когда T1 установлен, телефонная
техник может подключить портативное устройство с большим количеством кнопок и
мигающие огни на нем до нового гнезда T1. Тестовое устройство может
провести стресс-тесты на новой линии, чтобы измерить ее качество и
ясность. После замыкания T1 тестирующее устройство вводит
конкретный битовый поток. Возвращаемые биты сравниваются с исходными.
последовательность для определения частоты ошибок по битам (BER).
Несколько общих тестов
используются:
- Тест QRS
-
В этих тестах используется квазислучайный сигнал , указанный в ANSI T1.403. Бит QRS не гарантируется соответствие последовательности требованиям плотности импульсов. На Ссылки с кодировкой B8ZS, CSU/DSU будут выполнять нулевую замену, а передаваемый сигнал будет соответствовать требованиям плотности импульса без проблема. Ссылки с кодировкой AMI не должны изменять сигнал для соответствия минимальные требования к плотности импульса, но неправильно настроенное оборудование на линия может быть настроена для этого. Ошибки, наблюдаемые в тесте QRS указать одну из двух вещей: плохую строку или строку, которая неправильно настроенное оборудование. Одним из распространенных источников неправильной конфигурации является связанные с заполнением импульсов на CSU/DSU или других компонентах линии.
Некоторые компоненты могут быть сконфигурированы так, чтобы «вставлять» импульсы в
обеспечить минимальную плотность импульса; заполненные импульсы изменяют цифровые данные
и не являются приемлемыми. Плохая производительность теста QRS может быть вызвана тем, что
вставка импульсов ошибочно включена на CSU/DSU или другой линии
оборудование.
Некоторые компоненты могут быть сконфигурированы так, чтобы «вставлять» импульсы в
обеспечить минимальную плотность импульса; заполненные импульсы изменяют цифровые данные
и не являются приемлемыми. Плохая производительность теста QRS может быть вызвана тем, что
вставка импульсов ошибочно включена на CSU/DSU или другой линии
оборудование.
- Тест 3 из 24
-
При использовании на Ссылки в кодировке AMI, тест 3-в-24 отправляет сформированный шаблон 010001000000000000000100, что соответствует минимальной плотности импульса и максимальной нулевой длины, и усиливает ссылку, отправляя наименьший сигнал плотности, разрешенный спецификацией.
- Тест 1 из 8
-
Ссылки с кодировкой B8ZS используют этот тест, который передает кадрированную последовательность байтов, в которой второй бит равен единице (01000000). 1-в-8 — это стрессовый тест для ссылок B8ZS, потому что он содержит повторяющиеся строки из семи последовательных нулей, что является максимальная продолжительность бездействия на линии, разрешенная B8ZS линейный код.
Замена нуля B8ZS может иногда происходить с
Тестовый шаблон 1-в-8. Последний канал, передаваемый в кадре, имеет шесть
последовательные нули и первый бит данных в первом канале
следующий кадр — ноль. Если промежуточный бит кадра равен нулю, ноль
произойдет подмена.
Замена нуля B8ZS может иногда происходить с
Тестовый шаблон 1-в-8. Последний канал, передаваемый в кадре, имеет шесть
последовательные нули и первый бит данных в первом канале
следующий кадр — ноль. Если промежуточный бит кадра равен нулю, ноль
произойдет подмена.
- Проверка всех нулей
-
Б8ЗС ссылки могут использовать этот тест, который передает кадрированную последовательность нулей. При использовании на канале B8ZS проверка всех нулей должна привести к непрерывная замена нуля. На линиях, настроенных для кодирования AMI, этот тест сообщит о большом количестве биполярных нарушений.
- Тест на все единицы
-
Оба Каналы с кадрами B8ZS и AMI могут использовать этот тест, который передает непрерывно обрамленная последовательность единиц.
Этот тест проверяет
звон и перекрестные помехи .
Звон возникает, когда передаваемые сигналы отражаются от границ и
отражения отскакивают и мешают более позднему
сигналы. Перекрёстные помехи возникают, когда кабельные пары не разделены
правильно, так что передаваемый сигнал индуцирует аналогичный сигнал в
принимающая пара.
Этот тест проверяет
звон и перекрестные помехи .
Звон возникает, когда передаваемые сигналы отражаются от границ и
отражения отскакивают и мешают более позднему
сигналы. Перекрёстные помехи возникают, когда кабельные пары не разделены
правильно, так что передаваемый сигнал индуцирует аналогичный сигнал в
принимающая пара.
Получите T1: Руководство по выживанию прямо сейчас с обучающей платформой O’Reilly.
участника O’Reilly проходят онлайн-обучение в режиме реального времени, а также получают книги, видео и цифровой контент почти от 200 издателей.
Начать бесплатную пробную версию
ds3today.com/images/NewsBackGroundMDlt.jpg»>
История этой системы восходит к 1950-м годам, когда Bell Labs осознала преимущества перехода от полностью аналоговой телефонной системы к цифровым соединениям между офисами телефонных компаний. Цифровая передача передает много разговоров по нескольким проводам и устраняет шум и перекрестные помехи, которые в то время обычно были слышны при междугородних звонках. 
Линия T3 передает сигнал DS3 по коаксиальному кабелю, хотя услуга T3 также может передаваться по микроволновой печи. 
Можно сказать, что DS1 и T1 имеют пропускную способность 1,5 Мбит/с. Можно сказать, что DS3 и T3 имеют пропускную способность 45 Мбит/с. Именно эти цифры можно использовать для сравнения цен с конкурирующими телекоммуникационными услугами, такими как Metro Ethernet. 
