Wie unterscheidet sich die digitale Darstellung von Signalen von der analogen?
Die traditionelle analoge Darstellung von Signalen basiert auf der Ähnlichkeit (Ähnlichkeit) elektrischer Signale (Änderungen von Strom und Spannung) mit den von ihnen dargestellten Originalsignalen (Schalldruck, Temperatur, Geschwindigkeit usw.).
Sowie in der Ähnlichkeit der Formen der elektrischen Signale an verschiedenen Punkten des Verstärkungs- oder Übertragungsweges. Die Form der elektrischen Kurve, die das ursprüngliche Signal beschreibt (auch als Übertragung bezeichnet), kommt der Form der Kurve dieses Signals so nahe wie möglich.
Eine solche Darstellung ist am genauesten, jedoch wird die geringste Verzerrung der Form des elektrischen Trägersignals unvermeidlich die gleiche Verzerrung der Form und des Signals des Trägers beinhalten. In Bezug auf die Informationstheorie ist die Informationsmenge im Trägersignal genau gleich der Informationsmenge im Originalsignal, und die elektrische Darstellung enthält keine Redundanz, die das übertragene Signal vor Verzerrung während der Speicherung und Übertragung schützen könnte. und Verstärkung.
Die digitale Darstellung elektrischer Signale soll Redundanz hinzufügen, um unerwünschte Interferenzen zu vermeiden. Hierzu werden dem elektrischen Signal des Trägers ernsthafte Einschränkungen auferlegt: Seine Amplitude kann nur zwei Grenzwerte annehmen: 0 und 1. In diesem Fall wird die gesamte Zone möglicher Amplituden in drei Zonen unterteilt: Die untere Zone repräsentiert Nullwerte, die obere , einzigartig, und das Zwischenprodukt ist nach innen verboten. es können nur Störungen eindringen. Daher beeinflusst jede Interferenz, deren Amplitude weniger als die Hälfte der Amplitude des Trägersignals beträgt, nicht die korrekte Übertragung der Werte 0 und 1. Eine Interferenz mit einer höheren Amplitude beeinflusst auch nicht, ob die Dauer des Interferenzimpulses signifikant ist weniger als die Dauer des Informationsimpulses.
Das auf diese Weise gebildete digitale Signal kann jede nützliche Information enthalten, die in Form einer Folge von Bits codiert ist: Nullen und Einsen; Ein besonderer Fall solcher Informationen sind elektrische und akustische Signale. Hier ist die Informationsmenge in dem digitalen Trägersignal viel höher als in dem ursprünglich codierten Signal, so dass das Trägersignal eine gewisse Redundanz in Bezug auf das Original und jegliche Verzerrung der Wellenform des Trägersignals aufweist. Die Fähigkeit des Empfängers, zwischen Nullen und Einsen korrekt zu unterscheiden, bleibt erhalten, hat jedoch keinen Einfluss auf die Zuverlässigkeit des übertragenen Signals. durch dieses Informationssignal. Bei erheblicher Interferenz kann die Form des Signals jedoch so stark verzerrt werden, dass eine genaue Übertragung der übertragenen Informationen unmöglich wird: Es treten Fehler auf, die mit einem einfachen Codierungsverfahren auftreten kann der Empfänger nicht nur korrigieren, sondern auch erkennen. Um den Widerstand eines digitalen Signals gegen Interferenz und Verzerrung weiter zu erhöhen, werden zwei Arten der digitalen Redundanzcodierung verwendet: Verifizierungscodes (EDC – Fehlererkennungscode) und Korrektur (ECC – Fehlerkorrekturcode). ). Bei der digitalen Codierung werden einfach zusätzliche Bits zu den ursprünglichen Informationen hinzugefügt und / oder die ursprüngliche Bitfolge in eine längere Zeichenfolge und eine andere Struktur umgewandelt. Mit EDC können Sie einfach die Tatsache eines Fehlers erkennen: eine Verzerrung oder einen Verlust einer nützlichen oder das Auftreten einer falschen Ziffer, aber die Informationen, die in diesem Fall übertragen werden, sind auch verzerrt; Mit ECC können Sie erkannte Fehler sofort korrigieren und die übertragenen Informationen unverändert lassen.
Jeder EDC / ECC-Typ hat seine eigene Kapazitätsgrenze zum Erkennen und Korrigieren von Fehlern. Danach beginnen unerkannte Fehler und Verzerrungen der übertragenen Informationen erneut. Eine Erhöhung des EDC / ECC-Volumens im Verhältnis zum Volumen der Originalinformationen erhöht im Allgemeinen die Fähigkeit, diese Codes zu erkennen und zu korrigieren.
Wie EDC der beliebte zyklische Redundanzcode CRC (Cyclic Redundancy Check), dessen Kern das komplexe Mischen der Anfangsinformationen im Block und die Bildung kurzer binärer Wörter ist, deren Bits eine starke Kreuzabhängigkeit von jedem Bit des Blocks aufweisen. Das Ändern auch nur eines Bits in einem Block führt zu einer signifikanten Änderung der daraus berechneten CRC, und die Wahrscheinlichkeit einer solchen Bitverzerrung, bei der sich die CRC nicht ändert, ist selbst bei kurzen CRC-Wörtern (einem kleinen Prozentsatz der Länge) äußerst gering des Blocks). Das ECC verwendet die Codes Hamming und Reed-Solomon, die auch EDC-Funktionen enthalten.
Die Informationsredundanz des digitalen Trägersignals führt zu einer signifikanten Erweiterung (um eine Größenordnung oder mehr) des Frequenzbandes, das für seine erfolgreiche Übertragung erforderlich ist.