Τηλεπικοινωνία, επιστήμη και πρακτική μετάδοσης πληροφοριών με ηλεκτρομαγνητικά μέσα. Οι σύγχρονες τηλεπικοινωνίες επικεντρώνονται στα προβλήματα που σχετίζονται με τη μετάδοση μεγάλου όγκου πληροφοριών σε μεγάλες αποστάσεις χωρίς ζημιά λόγω απώλειας λόγω θορύβου και παρεμβολών. Τα βασικά στοιχεία ενός σύγχρονου συστήματος ψηφιακών τηλεπικοινωνιών πρέπει να είναι ικανά να μεταδίδουν σήματα φωνής, δεδομένων, ραδιοφώνου και τηλεόρασης. Η ψηφιακή μετάδοση χρησιμοποιείται για την επίτευξη υψηλής αξιοπιστίας και επειδή το κόστος των ψηφιακών συστημάτων μεταγωγής είναι πολύ χαμηλότερο από το κόστος των αναλογικών συστημάτων. Ωστόσο, προκειμένου να χρησιμοποιηθεί η ψηφιακή μετάδοση, τα αναλογικά σήματα που αποτελούν το μεγαλύτερο μέρος της επικοινωνίας φωνής, ραδιοφώνου και τηλεόρασης πρέπει να υποβληθούν σε μια διαδικασία αναλογικής μετατροπής σε ψηφιακό. (Στη μετάδοση δεδομένων αυτό το βήμα παρακάμπτεται επειδή τα σήματα είναι ήδη σε ψηφιακή μορφή. Ωστόσο, οι περισσότερες τηλεοπτικές, ραδιοφωνικές και φωνητικές επικοινωνίες χρησιμοποιούν το αναλογικό σύστημα και πρέπει να ψηφιοποιηθούν.) Σε πολλές περιπτώσεις, το ψηφιοποιημένο σήμα περνά από μια πηγή κωδικοποιητής, ο οποίος χρησιμοποιεί έναν αριθμό τύπων για τη μείωση των περιττών δυαδικών πληροφοριών. Μετά την κωδικοποίηση πηγής, το ψηφιοποιημένο σήμα υποβάλλεται σε επεξεργασία σε έναν κωδικοποιητή καναλιού, ο οποίος εισάγει περιττές πληροφορίες που επιτρέπουν την ανίχνευση και διόρθωση σφαλμάτων. Το κωδικοποιημένο σήμα κατασκευάζεται κατάλληλο για μετάδοση μέσω διαμόρφωσης σε ένα κύμα φορέα και μπορεί να γίνει μέρος ενός μεγαλύτερου σήματος σε μια διαδικασία γνωστή ως πολυπλεξία. Το σήμα πολυπλεξίας στη συνέχεια αποστέλλεται σε ένα κανάλι μετάδοσης πολλαπλής πρόσβασης. Μετά τη μετάδοση, η παραπάνω διαδικασία αντιστρέφεται στο τέλος λήψης και οι πληροφορίες εξάγονται.
Αυτό το άρθρο περιγράφει τα στοιχεία ενός ψηφιακού συστήματος τηλεπικοινωνιών όπως περιγράφεται παραπάνω. Για λεπτομέρειες σχετικά με συγκεκριμένες εφαρμογές που χρησιμοποιούν συστήματα τηλεπικοινωνιών, ανατρέξτε στα άρθρα τηλεφώνου, τηλεγράφου, φαξ, ραδιοφώνου και τηλεόρασης. Η μετάδοση μέσω ηλεκτρικών καλωδίων, ραδιοκυμάτων και οπτικών ινών συζητείται στα μέσα τηλεπικοινωνιών. Για μια επισκόπηση των τύπων δικτύων που χρησιμοποιούνται στη μετάδοση πληροφοριών, δείτε το δίκτυο τηλεπικοινωνιών.
Αναλογική σε ψηφιακή μετατροπή
Κατά τη μετάδοση πληροφοριών ομιλίας, ήχου ή βίντεο, το αντικείμενο είναι υψηλή πιστότητα - δηλαδή, η καλύτερη δυνατή αναπαραγωγή του αρχικού μηνύματος χωρίς τις υποβαθμίσεις που επιβάλλονται από παραμόρφωση σήματος και θόρυβο. Η βάση των τηλεπικοινωνιών σχετικά χωρίς θόρυβο και χωρίς παραμόρφωση είναι το δυαδικό σήμα. Το απλούστερο δυνατό σήμα οποιουδήποτε είδους που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μετάδοση μηνυμάτων, το δυαδικό σήμα αποτελείται από δύο μόνο πιθανές τιμές. Αυτές οι τιμές αντιπροσωπεύονται από τα δυαδικά ψηφία, ή bits, 1 και 0. Εκτός εάν ο θόρυβος και η παραμόρφωση που λαμβάνονται κατά τη μετάδοση είναι αρκετά μεγάλες για να αλλάξουν το δυαδικό σήμα από τη μία τιμή στην άλλη, η σωστή τιμή μπορεί να προσδιοριστεί από τον δέκτη έτσι ώστε μπορεί να συμβεί τέλεια λήψη.
Εάν οι πληροφορίες που πρέπει να μεταδοθούν είναι ήδη σε δυαδική μορφή (όπως στην επικοινωνία δεδομένων), δεν χρειάζεται να κωδικοποιηθεί ψηφιακά το σήμα. Αλλά οι συνηθισμένες φωνητικές επικοινωνίες που πραγματοποιούνται μέσω τηλεφώνου δεν είναι σε δυαδική μορφή. Ούτε συλλέγονται πολλές από τις πληροφορίες για μετάδοση από διαστημικό ανιχνευτή, ούτε συλλέγονται σήματα τηλεόρασης ή ραδιοφώνου για μετάδοση μέσω δορυφορικής σύνδεσης. Τέτοια σήματα, τα οποία ποικίλλουν συνεχώς μεταξύ ενός εύρους τιμών, λέγεται ότι είναι αναλογικά και σε συστήματα ψηφιακών επικοινωνιών τα αναλογικά σήματα πρέπει να μετατρέπονται σε ψηφιακή μορφή. Η διαδικασία πραγματοποίησης αυτής της μετατροπής σήματος ονομάζεται μετατροπή αναλογικού σε ψηφιακό (A / D).
Δειγματοληψία
Η μετατροπή αναλογικού σε ψηφιακό ξεκινά με δειγματοληψία ή μέτρηση του πλάτους της αναλογικής κυματομορφής σε εξίσου χωριστές διακριτές στιγμές χρόνου. Το γεγονός ότι δείγματα ενός συνεχώς μεταβαλλόμενου κύματος μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να αντιπροσωπεύσει αυτό το κύμα βασίζεται στην υπόθεση ότι το κύμα περιορίζεται στον ρυθμό μεταβολής του. Επειδή ένα σήμα επικοινωνίας είναι στην πραγματικότητα ένα πολύπλοκο κύμα - ουσιαστικά το άθροισμα ενός αριθμού συνιστωσών ημιτονοειδών κυμάτων, όλα τα οποία έχουν τα δικά τους ακριβή πλάτη και φάσεις - ο ρυθμός μεταβολής του σύνθετου κύματος μπορεί να μετρηθεί από τις συχνότητες ταλάντωσης όλων τα συστατικά του. Η διαφορά μεταξύ του μέγιστου ρυθμού ταλάντωσης (ή της υψηλότερης συχνότητας) και του ελάχιστου ρυθμού ταλάντωσης (ή της χαμηλότερης συχνότητας) των ημιτονοειδών κυμάτων που αποτελούν το σήμα είναι γνωστή ως το εύρος ζώνης (Β) του σήματος. Το εύρος ζώνης αντιπροσωπεύει έτσι το μέγιστο εύρος συχνοτήτων που καταλαμβάνεται από ένα σήμα. Στην περίπτωση ενός φωνητικού σήματος με ελάχιστη συχνότητα 300 hertz και μέγιστη συχνότητα 3.300 hertz, το εύρος ζώνης είναι 3.000 hertz ή 3 kilohertz. Τα ηχητικά σήματα καταλαμβάνουν γενικά περίπου 20 κιλά εύρος ζώνης και τα τυπικά σήματα βίντεο καταλαμβάνουν περίπου 6 εκατομμύρια hertz ή 6 megahertz.
Η έννοια του εύρους ζώνης είναι κεντρική για όλες τις τηλεπικοινωνίες. Στην αναλογική-σε-ψηφιακή μετατροπή, υπάρχει ένα θεμελιώδες θεώρημα ότι το αναλογικό σήμα μπορεί να αντιπροσωπεύεται μοναδικά από διακριτά δείγματα που απέχουν όχι περισσότερο από ένα πάνω από το διπλάσιο του εύρους ζώνης (1 / 2Β). Αυτό το θεώρημα αναφέρεται συνήθως ως θεώρημα δειγματοληψίας και το διάστημα δειγματοληψίας (1 / 2B δευτερόλεπτα) αναφέρεται ως το διάστημα Nyquist (μετά τον Σουηδό γεννημένο Αμερικανό ηλεκτρολόγο μηχανικό Harry Nyquist). Ως παράδειγμα του διαστήματος Nyquist, στην προηγούμενη τηλεφωνική πρακτική, το εύρος ζώνης, συνήθως σταθερό στα 3.000 hertz, έγινε δειγματοληψία τουλάχιστον κάθε 1 / 6.000 δευτερόλεπτα. Στην τρέχουσα πρακτική λαμβάνονται 8.000 δείγματα ανά δευτερόλεπτο, προκειμένου να αυξηθεί το εύρος συχνοτήτων και η πιστότητα της αναπαράστασης ομιλίας.
