اتصالاتوالعلوم وممارسة نقل المعلومات بالوسائل الكهرومغناطيسية. تركز الاتصالات الحديثة على المشكلات التي ينطوي عليها إرسال كميات كبيرة من المعلومات عبر مسافات طويلة دون الإضرار بالخسارة بسبب الضوضاء والتداخل. يجب أن تكون المكونات الأساسية لنظام الاتصالات الرقمية الحديث قادرة على إرسال إشارات الصوت والبيانات والراديو والتلفزيون. يتم استخدام الإرسال الرقمي لتحقيق موثوقية عالية ولأن تكلفة أنظمة التحويل الرقمي أقل بكثير من تكلفة الأنظمة التناظرية. ومع ذلك ، من أجل استخدام الإرسال الرقمي ، يجب أن تخضع الإشارات التناظرية التي تشكل معظم الاتصالات الصوتية والإذاعية والتلفزيونية لعملية تحويل من تناظري إلى رقمي. (في نقل البيانات ، يتم تجاوز هذه الخطوة لأن الإشارات تكون بالفعل في شكل رقمي ؛ ومع ذلك ، فإن معظم الاتصالات التلفزيونية والراديو والصوتية تستخدم النظام التناظري ويجب أن تكون رقمية). في كثير من الحالات ، يتم تمرير الإشارة الرقمية من خلال مصدر التشفير ، الذي يستخدم عددًا من الصيغ لتقليل المعلومات الثنائية الزائدة. بعد تشفير المصدر ، تتم معالجة الإشارة المرقمنة في مشفر القناة ، الذي يقدم معلومات زائدة تسمح باكتشاف الأخطاء وتصحيحها. تكون الإشارة المشفرة مناسبة للإرسال بالتشكيل على موجة حاملة ويمكن أن تكون جزءًا من إشارة أكبر في عملية تعرف باسم تعدد الإرسال. يتم بعد ذلك إرسال إشارة تعدد الإرسال إلى قناة إرسال متعددة الوصول. بعد الإرسال ، يتم عكس العملية المذكورة أعلاه عند طرف الاستقبال ، ويتم استخراج المعلومات.
توضح هذه المقالة مكونات نظام الاتصالات الرقمية كما هو موضح أعلاه. للحصول على تفاصيل حول تطبيقات محددة تستخدم أنظمة الاتصالات ، راجع مقالات الهاتف والتلغراف والفاكس والإذاعة والتلفزيون. تناقش وسائط الاتصالات الاتصالات عبر الأسلاك الكهربائية والموجات اللاسلكية والألياف البصرية. للحصول على نظرة عامة على أنواع الشبكات المستخدمة في إرسال المعلومات ، انظر شبكة الاتصالات.
تحويل تناظري إلى رقمي
في إرسال معلومات الكلام أو الصوت أو الفيديو ، يكون الكائن بدقة عالية - أي أفضل استنساخ ممكن للرسالة الأصلية بدون الانحطاط الذي تفرضه تشويه الإشارة والضوضاء. أساس الاتصالات الخالية نسبيا من الضوضاء والتشويه هو الإشارة الثنائية. أبسط إشارة ممكنة من أي نوع يمكن استخدامها لإرسال الرسائل ، تتكون الإشارة الثنائية من قيمتين محتملتين فقط. يتم تمثيل هذه القيم من خلال الأرقام الثنائية أو البتات 1 و 0. ما لم يكن التشويش والتشويه الذي يتم انتقاؤه أثناء الإرسال كبيرًا بما يكفي لتغيير الإشارة الثنائية من قيمة إلى أخرى ، يمكن تحديد القيمة الصحيحة من قبل جهاز الاستقبال بحيث يمكن أن يحدث استقبال مثالي.
إذا كانت المعلومات التي سيتم إرسالها في شكل ثنائي بالفعل (كما هو الحال في اتصالات البيانات) ، فليس هناك حاجة لترميز الإشارة رقميًا. لكن الاتصالات الصوتية العادية التي تتم عن طريق الهاتف ليست في شكل ثنائي ؛ ولا يتم جمع الكثير من المعلومات لإرسالها من مسبار فضائي ، ولا يتم جمع الإشارات التلفزيونية أو اللاسلكية لإرسالها عبر وصلة ساتلية. ويقال أن هذه الإشارات ، التي تختلف باستمرار بين مجموعة من القيم ، تكون تناظرية ، وفي أنظمة الاتصالات الرقمية يجب تحويل الإشارات التناظرية إلى شكل رقمي. تسمى عملية إجراء تحويل الإشارة هذا تحويلًا تناظريًا إلى رقمي (A / D).
أخذ العينات
يبدأ التحويل التناظري إلى الرقمي بأخذ العينات ، أو قياس اتساع شكل الموجة التناظرية في فترات زمنية منفصلة متساوية المسافات. حقيقة أن عينات من موجة متغيرة باستمرار يمكن استخدامها لتمثيل تلك الموجة تعتمد على افتراض أن الموجة مقيدة في معدل تغيرها. لأن إشارة الاتصالات هي في الواقع موجة معقدة - بشكل أساسي مجموع عدد من موجات جيبية مكونة ، وكلها لها اتساعات وأطوار دقيقة خاصة بها - يمكن قياس معدل تغير الموجة المعقدة بترددات التذبذب للجميع مكوناته. يُعرف الفرق بين الحد الأقصى لمعدل التذبذب (أو أعلى تردد) والحد الأدنى لمعدل التذبذب (أو أدنى تردد) للموجات الجيبية التي تتكون منها الإشارة باسم عرض النطاق الترددي (B) للإشارة. وبالتالي يمثل عرض النطاق الترددي نطاق التردد الأقصى الذي تشغله إشارة. في حالة وجود إشارة صوتية بحد أدنى للتردد 300 هيرتز والحد الأقصى للتردد 3300 هيرتز ، يكون عرض النطاق الترددي 3000 هيرتز ، أو 3 كيلوهرتز. تحتل الإشارات الصوتية بشكل عام حوالي 20 كيلو هرتز من عرض النطاق الترددي ، وتحتل إشارات الفيديو القياسية حوالي 6 ملايين هرتز أو 6 ميجا هرتز.
يعتبر مفهوم عرض النطاق الترددي محوريًا لجميع الاتصالات. في التحويل التناظري إلى الرقمي ، هناك نظرية أساسية مفادها أن الإشارة التناظرية قد يتم تمثيلها بشكل فريد من خلال عينات منفصلة متباعدة لا تزيد عن واحدة على ضعف عرض النطاق الترددي (1 / 2B). يشار إلى هذه النظرية عادةً باسم نظرية أخذ العينات ، ويشار إلى الفاصل الزمني لأخذ العينات (1 / 2B ثانية) بفاصل Nyquist (بعد المهندس الكهربائي الأمريكي المولد السويدي Harry Nyquist). كمثال على فاصل Nyquist ، في ممارسة الهاتف السابقة ، تم أخذ عرض النطاق الترددي ، الذي يتم تثبيته بشكل شائع عند 3000 هرتز ، على الأقل كل 1/6000 ثانية. في الممارسة الحالية ، يتم أخذ 8000 عينة في الثانية ، من أجل زيادة نطاق التردد ودقة تمثيل الكلام.
