Wie ein digitales Signal über eine Distanz übertragen wird

Wenn ein analoges Signal kontinuierlich ist, dann ist ein digitales Signal ein Signal, das eine Folge diskreter (in Größe und Zeit klar getrennter) Werte ist, die ein Vielfaches eines bestimmten Mindestwerts sind.

In der modernen Welt werden bei der Informationsübertragung am häufigsten binäre Signale, sogenannte Bitströme (Folgen von „0“ und „1“) verwendet, da Folgen dieses Formats leicht kodiert und sofort verwendet werden können in der binären Elektronik… Um ein digitales Signal über einen analogen Kanal (Funk oder elektrisch) zu übertragen, wird es umgewandelt, also moduliert. Und beim Empfang demodulieren sie es wieder.

Das digitale Signal verfügt über eine wichtige Eigenschaft, nämlich die Fähigkeit, es im Repeater vollständig zu regenerieren. Und wenn das im Kommunikationssystem übertragene digitale Signal verrauscht ist, kann es im Repeater auf ein bestimmtes Signal-Rausch-Verhältnis zurückgesetzt werden. Das heißt, wenn das Signal mit geringfügigen Störungen angekommen ist, wird es in digitale Form umgewandelt und im Repeater vollständig neu geformt – es wird auf diese Weise wiederhergestellt.

Wenn das verzerrte Signal jedoch analog ist, muss es zusammen mit dem überlagerten Rauschen verstärkt werden. Wenn das eingehende digitale Signal jedoch stark gestört wird, beispielsweise durch den Aufprall auf eine steile Klippe, ist eine vollständige Wiederherstellung völlig unmöglich, da weiterhin Teile verloren gehen.

Ein analoges Signal kann selbst bei starken Störungen immer noch in eine akzeptable Form zurückgeführt werden, wenn es möglich ist, einige Informationen daraus zu extrahieren, wenn auch mit Schwierigkeiten.

Analoge Mobilfunkkommunikation im AMPS- und NMT-Format ermöglicht im Vergleich zur digitalen Mobilfunkkommunikation im GSM- und CDMA-Format ein Gespräch mit Störungen, während dies bei Störungen in der digitalen Kommunikation nicht funktioniert, da ganze Teile aus dem Gespräch herausfallen.

Um solchen Problemen vorzubeugen, wird das digitale Signal häufig durch den Einbau von Regeneratoren in die Kommunikationsleitungsunterbrechung regeneriert, wenn diese lang genug ist oder die Entfernung von der Basisstation zum Mobiltelefon verringert wird – Basisstationen befinden sich häufiger am Boden. Algorithmen zur Verifizierung und Wiederherstellung digitaler Informationen in digitalen Systemen ermöglichen es, die Zuverlässigkeit der Übertragung von Informationen in digitaler Form zu erhöhen.

Wie oben erwähnt besteht die wichtigste Eigenschaft eines digitalen Signals während seiner Übertragung darin, dass die Impulssequenz wiederhergestellt werden kann, nachdem sie ein Medium durchlaufen hat, das Streuung und Interferenz verursacht. Das Medium kann kabelgebunden oder drahtlos sein.

Regeneratoren werden entlang der Leitung in einem bestimmten Abstand voneinander platziert. Abschnitte mit Kabeln und Regeneratoren werden als Regenerationsabschnitte bezeichnet.Der Regenerator korrigiert die Form der empfangenen Impulse, stellt die Abstände zwischen ihnen (Takte) wieder her und reproduziert praktisch die Impulsfolge wieder.

Nehmen Sie an, dass eine Reihe positiver, negativer Impulse und Lücken vom Ausgang des vorherigen Regenerators erhalten werden. Dann weisen die Impulse am Eingang des nächsten Regenerators Verzerrungen auf, beispielsweise nach der Übertragung per Kabel oder durch äußere elektromagnetische Einflüsse.

Der Korrekturverstärker korrigiert die Form der Impulse, erhöht ihre Amplitude so weit, dass der nächste Block verstehen kann, ob hier ein Impuls vorhanden ist oder nicht, und entscheiden kann, ob er ihn zum aktuellen Zeitpunkt wiederherstellt oder nicht.

Als nächstes folgt der Zeit- und Regenerationsvorgang, die gleichzeitig durchgeführt werden. Darüber hinaus ist die Regeneration nur möglich, wenn am Punkt der Regeneratorlösung die Summe der Amplituden des Eingangsimpulses und der Störung den Schwellenwert der Regeneratorlösung und des Zeitsignals überschreitet Die Lösung hat die richtige Amplitude und Polarität.

Das Zeitsignal liefert einen Zeitabtastwert der gleichgerichteten Impulse, der das maximale Signal-Rausch-Verhältnis widerspiegelt, und ordnet die Impulse außerdem korrekt in der Reihenfolge an.

Im Idealfall erhält man am Ausgang des Regenerators eine regenerierte Sequenz, die eine exakte Kopie der vom vorherigen Abschnitt der Kommunikationsleitung übertragenen Impulssequenz ist.

In Wirklichkeit kann die wiederhergestellte Sequenz vom Original abweichen.Fehler können jedoch auftreten, wenn am Eingang Rauschen mit großer Amplitude vorhanden ist. In einem decodierten analogen Signal sieht es wie das Auftreten von Rauschen aus, und Fehler im Zusammenhang mit den Intervallen zwischen Impulsen können Phasenschwankungen in ihrer relativen Position am Ausgang verursachen.

In analogen Signalen erscheinen diese Schwankungen als Abtastrauschen und werden bei der anschließenden Regeneration sichtbar. Darüber hinaus können positive und negative Ausgangsimpulse bei ungenauer Stromversorgung in der Amplitude voneinander abweichen, was ebenfalls zu Fehlern in der nächsten Stufe der digitalen Signalregeneration beiträgt.