Die Kommunikation, die in unserem täglichen Leben stattfindet, erfolgt in Form von Signalen. Diese Signale, wie z. B. Tonsignale, sind im Allgemeinen analoger Natur. Wenn die Kommunikation über eine große Entfernung erfolgen muss, werden die analogen Signale über Kabel gesendet, wobei verschiedene Techniken für eine effektive Übertragung verwendet werden.

Die Notwendigkeit der Digitalisierung

Die herkömmlichen Kommunikationsmethoden verwendeten analoge Signale für die Kommunikation über große Entfernungen, die unter vielen Verlusten wie Verzerrungen, Störungen und anderen Verlusten, einschließlich Sicherheitsverletzungen, leiden.

Um diese Probleme zu überwinden, werden die Signale mit verschiedenen Techniken digitalisiert. Die digitalisierten Signale ermöglichen eine klarere und genauere Kommunikation ohne Verluste.

Die folgende Abbildung zeigt den Unterschied zwischen analogen und digitalen Signalen. Die digitalen Signale bestehen aus 1en und 0en, die jeweils hohe und niedrige Werte anzeigen.

Vorteile der digitalen Kommunikation

Da die Signale digitalisiert werden, gibt es viele Vorteile der digitalen Kommunikation gegenüber der analogen Kommunikation, wie z.B. –

• Die Auswirkungen von Verzerrungen, Rauschen und Störungen sind bei digitalen Signalen viel geringer, da sie weniger beeinträchtigt werden.

• Digitale Schaltungen sind zuverlässiger.

• Digitale Schaltungen sind einfach zu entwerfen und billiger als analoge Schaltungen.

• Die Hardware-Implementierung in digitalen Schaltungen ist flexibler als in analogen Schaltungen.

• Das Auftreten von Übersprechen ist in der digitalen Kommunikation sehr selten.

• Das Signal wird nicht verändert, da der Impuls eine hohe Störung benötigt, um seine Eigenschaften zu verändern, was sehr schwierig ist.

• Signalverarbeitungsfunktionen wie Verschlüsselung und Komprimierung werden in digitalen Schaltungen eingesetzt, um die Geheimhaltung der Informationen zu gewährleisten.

• Die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Fehlern wird durch den Einsatz von Fehlererkennungs- und Fehlerkorrekturcodes verringert.

• Die Technik des gespreizten Spektrums wird verwendet, um Signalstörungen zu vermeiden.

• Die Kombination digitaler Signale durch Zeitmultiplexen (TDM) ist einfacher als die Kombination analoger Signale durch Frequenzmultiplexen (FDM).

• Die Konfiguration von digitalen Signalen ist einfacher als die von analogen Signalen.

• Digitale Signale können bequemer gespeichert und abgerufen werden als analoge Signale.

• Viele der digitalen Schaltkreise haben fast gemeinsame Kodierungstechniken und daher können ähnliche Geräte für eine Reihe von Zwecken verwendet werden.

• Die Kapazität des Kanals wird durch digitale Signale effektiv ausgenutzt.

Elemente der digitalen Kommunikation

Die Elemente, die ein digitales Kommunikationssystem bilden, werden zum besseren Verständnis durch das folgende Blockdiagramm dargestellt.

Nachfolgend sind die Abschnitte des digitalen Kommunikationssystems aufgeführt.

Quelle

Die Quelle kann ein analoges Signal sein. Beispiel: Ein Tonsignal

Eingangswandler

Dies ist ein Wandler, der einen physikalischen Eingang aufnimmt und ihn in ein elektrisches Signal umwandelt (Beispiel: Mikrofon). Dieser Block besteht auch aus einem Analog-Digital-Wandler, wenn ein digitales Signal für weitere Prozesse benötigt wird.

Ein digitales Signal wird im Allgemeinen durch eine binäre Sequenz dargestellt.

Quellcodierer

Der Quellcodierer komprimiert die Daten in eine minimale Anzahl von Bits. Dieser Prozess hilft bei der effektiven Nutzung der Bandbreite. Er entfernt die redundanten Bits (unnötige überschüssige Bits, d.h. Nullen).

Kanal-Kodierer

Der Kanal-Kodierer übernimmt die Kodierung zur Fehlerkorrektur. Während der Übertragung des Signals kann das Signal aufgrund des Rauschens im Kanal verändert werden, und um dies zu vermeiden, fügt der Kanalcodierer einige redundante Bits zu den übertragenen Daten hinzu. Dies sind die fehlerkorrigierenden Bits.

Digitaler Modulator

Das zu übertragende Signal wird hier durch einen Träger moduliert. Das Signal wird außerdem von der digitalen Sequenz in eine analoge Sequenz umgewandelt, damit es den Kanal oder das Medium durchlaufen kann.

Kanal

Der Kanal oder das Medium ermöglicht die Übertragung des analogen Signals von der Senderseite zur Empfängerseite.

Digitaler Demodulator

Dies ist der erste Schritt auf der Empfängerseite. Das empfangene Signal wird sowohl demoduliert als auch wieder von analog nach digital gewandelt. Das Signal wird hier rekonstruiert.

Kanaldecoder

Der Kanaldecoder führt nach der Erkennung der Sequenz einige Fehlerkorrekturen durch. Die Verzerrungen, die bei der Übertragung auftreten können, werden durch Hinzufügen einiger redundanter Bits korrigiert. Diese Hinzufügung von Bits trägt zur vollständigen Wiederherstellung des ursprünglichen Signals bei.

Quellendecoder

Das resultierende Signal wird erneut durch Abtastung und Quantisierung digitalisiert, so dass eine rein digitale Ausgabe ohne Informationsverlust entsteht. Der Quellendekoder stellt den Ausgang der Quelle wieder her.

Ausgangswandler

Dies ist der letzte Block, der das Signal in die ursprüngliche physikalische Form umwandelt, die am Eingang des Senders war. Er wandelt das elektrische Signal in eine physikalische Ausgabe um (Beispiel: Lautsprecher).

Ausgangssignal

Das ist die Ausgabe, die nach dem ganzen Prozess erzeugt wird. Beispiel – Das empfangene Tonsignal.

Diese Einheit hat sich mit der Einführung, der Digitalisierung von Signalen, den Vorteilen und den Elementen der digitalen Kommunikation beschäftigt. In den kommenden Kapiteln werden wir die Konzepte der digitalen Kommunikation im Detail kennenlernen.