Analóg és digitális jel

Analóg jel fogalma: 

Az analóg jel egy folyamatosan változó jel idő és amplitúdó. Leginkább abban különbözik a digitális jeltől, hogy az apró ingadozásoknak, hullámzásoknak is van jelentésük. Az analóg kifejezést többnyire elektronikus értelemben használják, bár mechanikai, pneumatikus, hidraulikus és más rendszerek is használhatnak analóg jeleket.

Az analóg jel a közvetítő eszköz valamilyen tulajdonságát használja ki a jel információtartalmának továbbításához. Például a barométer mutatójának forgása révén vagyunk képesek a megfelelő jel nyomásra vonatkozó információtartalmát megjeleníteni. Elektronikus értelemben a leginkább használt tulajdonság az, hogy a feszültségváltozást szorosan követi a frekvencia, az áramerősség és a töltés megváltozása.

Digitális jel fogalma: 

A digitális jel valamely változó jelenségnek, vagy fizikai mennyiségnek diszkrét (nem folytonos), megszámlálhatóan felaprózott, s így számokkal felírt értékein alapul (például: jel (informatika), számítógép, szélessávú internet-kapcsolatok, digitális fényképezők stb.). A digitális rendszerek sokkal inkább számokat (leginkább bináris számokat) használnak bevitelhez, feldolgozáshoz, átvitelhez, tároláshoz, vagy megjelenítéshez, mint az értékek folytonos spektrumát (ez utóbbit ugyanis az analóg rendszerek használják), vagy a nem-numerikus szimbólumokat, mint a betűk, vagy ikonok. A digitális szót leggyakrabban a számítástechnika és az elektronika területén használják, különösen azokon a területeken, ahol a való világ információit konvertálják át bináris számokká. Ilyenek például a digitális hang(zás) és a digitális fényképezés. A digitális adat-átvivő jelek az elektronikus, vagy optikai impulzus két lehetséges értéke közül az egyiket vehetik fel. A logikai 1 (van impulzus) vagy 0 (nincs impulzus) értékeket. Az ilyen rendszerű eszközöknél gyakran egy "e-" előtag utal a digitális mivoltra, mint az e-mailnél, vagy az e-könyvnél, bár nem minden elektronikus rendszer digitális.

A jelátalakítás

Az átalakítás jelentősége

A fizikai réteg esetében nagyon fontos annak az eldöntése, hogy az adatok átvitele milyen módon történjen meg. Mivel villamos vezetőket használunk a kapcsolat kialakításához, ezért valamilyen villamos jellemző fogja az információt hordozni. Annak alapján, hogy ezek milyen módon képesek az információt reprezentálni, beszélhetünk analóg és digitális átvitelről. Mindkét módot használják a gyakorlatban.

A digitális adatátvitel

A digitális átvitelt elsősorban mikroszámítógépekben és a számítógépek között valósítanak meg. A digitális jelek két állapottal rendelkeznek, a kikapcsolt állapot a logikai 0, a bekapcsolt pedig a logikai 1. Annak érdekében, hogy ezek az állapotok kezelhetők legyenek, hozzájuk a gyakorlatban legtöbbször konkrét feszültségszinteket vagy feszültségszint-tartományokat rendelnek (0 szint: 0V, 1 szint: 5V). Fontos, hogy a két feszültségszint között a digitális jelek nem vehetnek fel értéket, a két szint közötti váltásnak pedig nagyon rövid idő alatt kell megtörténnie (lehetőleg nullához közeli érték alatt). Ezzel kapcsolatban még el kell mondani azt is, hogy a váltások nem történhetnek akármikor. Ennek az oka, hogy a digitális rendszerek áramkörei megadott ütemezés szerint működnek. Erre azért van szükség, hogy a megfelelő jelszinteket a vevő is megfelelő időben legyen képes értelmezni.

A digitális adatátvitel során digitális jeleket viszünk át a kialakított vonalon. Az átvitt információ legkisebb mennyisége a bit. A bit két lehetséges értéket vehet fel (0 vagy 1). Minden adat előállítható bitek sorozatából. A bitek csoportosításából nagyabb adategységek jönnek létre: 8 bit az 1 bájt, 1024 bájt az 1 kbájt (1kB) 1024 kbájt az 1Mbájt (1MB).

A jelátalakítás, átvitel, hardver eszközök

A bitek továbbítása alapvetően két különböző módon történhet. A legegyszerűbb eset, amikor a biteket sorban egymás után egy csatornán elküldjük a vevőnek. Ezt az átviteli módot nevezik soros adatátvitelnek. A másik lehetőség, hogy az adó és a vevő között annyi vonalat alakítunk ki, amennyi bitet egyszerre át szeretnénk vinni. Ebben az esetben tehát bitcsoportok átviteléről van szó. Ezt az adatátviteli módot párhuzamos adatátvitelnek nevezik. Természetesen mindkét módszernek van előnye és hátránya egyaránt. E soros átvitel kialakítása olcsó, mivel kevés számú kapcsolódásra van szükség, de ezzel együtt az átvitel sebessége a párhuzamos átvitelhez képest lényegesen kisebb. A soros kapcsolattal nagyobb távolság hidalható át, mint a párhuzamossal. Azt, hogy melyik módszert alkalmazzák, egyértelműen a feladat dönti el. Általában mikroszámítógépek belső áramköreinek az összekapcsolására párhuzamos módot választanak a kis távolságok és a nagy átviteli sebesség miatt. A külső eszközök összekapcsolása a számítógépekkel már mindkét módszer szerint történhet (például az egér soros, a nyomtató viszont párhuzamos átvitelt használ).

Nagyon fontos a digitális eszközöknél, hogy az információt akkor vegyék, amikor ténylegesen az van a csatornán (a másodikként kiadott bitet a vevő is másodikként értelmezze). Elmondható, hogy az átvitel során a bitek továbbítása legtöbbször sorban történik. Mindkét átviteli mód esetében nagyon fontos az adó és a vevő egyidejű működésének (szinkronizáció) a biztosítása. A gyakorlatban kétféle módszert használunk, az egyik a szinkron, a másik pedig az aszinkron adatátvitel.

A szinkron átvitelnél a bitek kezdete, közepe és a vége csak egy megadott alapidőtartam egész számú többszörösére helyezkedhetnek el egymástól. Ebből is látható, hogy ebben az esetben a bitek nagyon szigorúan meghatározott sorrendben követik egymást, a bitek kezdete és hosszúsága is pontosan meg van határozva. A szinkronizációt speciális bitcsoportokkal valósítják meg, amelyek a tényleges információt előzik meg. A szinkron bitcsoport általában a legtöbb átmenetet tartalmazó csoport ) amelynek ideje alatt a vevő képes a saját működésének az ütemezését beállítani.

Az aszinkron átvitel tipikus karakterátviteli módszer, azonban még a mai napig is használják nap, mint nap (egér). Általában ezt a módszert a soros átvitelnél használják. Az aszinkron soros átvitel nagyon elterjedt a mikroszámítógépek terén, számos speciális áramkört alakítottak ki az átvitel megvalósításának egyszerűbbé tételére. A gyakorlatban a PC-s technikában az RS-232C (CCITT V.24), az ipari környezetben pedig az RS-485 interfészt használják.

Jelátalakítás hardver eszközei:

Modem: Digitális információk analóg közegeken (pl. telefonos vagy kábelhálózat) keresztüli továbbítását vivőjelek modulálásával lehetővé tevő hardvereszköz. A modem nevét két alapvető részegysége, a modulátor és a demodulátor kezdőbetűinek összevonásából kapta. A hagyományos, analóg telefonos hálózaton történő átvitelre használt modemek legnagyobb sebessége 56 Kbps, míg a kábelhálózaton üzemelő kábelmodemek által biztosított sávszélesség akár a Mbps-es tartományt is elérheti.

Kodek: A kodek a kódóló/dekódoló kifejezésre utaló, dupla értelemmel bíró szó, amely egy adat- vagy jelfolyam átalakítására szolgáló eszközt vagy programot fed. Egy kodek átalakíthat egy adat- vagy jelfolyamot egy kódolt formátummá (gyakran átviteli, tárolási, vagy rejtjelezési célból), ugyanakkor képes dekódolni is azt a formátumot, egy akár megtekintésre, akár kezelésre jobban alkalmas formátummá. Gyakran használnak kodekeket videókonferenciás és streaming média megoldásokhoz.

Az analóg átvitel

Az analóg jelek időben folyamatosan változnak. Általában elmondhatjuk róluk, hogy periodikusak, azaz bizonyos időközönként ismétlődnek. Nagyon fontos, hogy a nagyságuk (amplitúdó) két szélső határ között bármilyen értéket felvehetnek. Az ilyen jeleknek három tulajdonsága van, amely adatátvitelre felhasználható.

Frekvenciája, vagy periódusideje: az az időtartam, amely elteltével a jel megismétlődik.

Amplitúdója: az analóg jel nagyságát határozza meg. Az analóg jelek amplitúdója tetszőleges értéket felvehet két határérték között.

Fázisszöge: annak az időnek az értéke, amikor az analóg jel amplitúdója 0. Az analóg jelek kezelése meglehetősen bonyolult. A fenti felsorolásban látható, hogy a jellemzők meglehetősen széles tartományban mozoghatnak. Meg kell oldani, hogy az információt képesek legyenek továbbítani. A számítógépek digitális jelekkel dolgoznak, ezeket kell analóg úton továbbítani a másik számítógéphez. A megoldás az analóg jel valamely jellemzőjének a megváltoztatása a digitális információnak megfelelően. Ezt a műveletet nevezzük modulációnak. A vevő oldalon értelemszerűen vissza kell alakítani a digitális információt. Ez a folyamat a demoduláció.