Przesyłanie danych
Informacje przesyłane przez telefon, radio, telewizję czy internet, przesyła się w postaci sygnałów. Analogowych lub cyfrowych.
Mówiąc o sygnale analogowym, można przedstawić go za pomocą zasady działania telefonu wynalezionego w 1876 roku przez Aleksandra Bella. (podr. Str 166, rys. 6.1)
Mamy tam obwód składający się z membrany, warstwy sproszkowanego węgla i uzwojenia pierwotnego transformatora. Na skutek naszej mowy do mikrofonu membrana wykonuje drgania, a te drgania z kolei powodują zmiany wzajemnych położeń kawałeczków węgla. To jest przyczyną zmian opory elektrycznego warstwy węgla i zmian natężenia prądu w obwodzie. Prąd elektryczny o zmieniającym się natężeniu, przepływając przez pierwotne uzwojenie transformatora, wytwarza w rdzeniu zmienne pole magnetyczne. W znajdującym się w zmiennym polu magnetycznym uzwojeniu wtórnym zachodzi zjawisko indukcji elektromagnetycznej i między punktami A i B powstaje napięcie. Zmiany tego napięcia odpowiadają dokładnie fali głosowej, która wywołała drgania membrany mikrofonu. Gdybyśmy do punktu A i B dołączyli przewody, a ich końce połączyli głośnikiem, uzyskalibyśmy taką samą falę głosową, jaka dotarła do membrany.
Sygnał analogowy to właśnie płynący w przewodach zmienny prąd elektryczny powstający pod wpływem zmiennego napięcia między punktami A i B. Nośnikiem sygnału analowego może być także elaktromagnetyczna fala radiowa.
Każda stacja telewizyjna i radiowa która emituje informacje w postaci sygnałów analogowych posiada generator połączony z anteną nadawczą. Te urządzenia służą do wytwarzania fali elektromagnetycznej o określonej, przydzielonej tej stacji, częstotliwości. Jest to fala nośna, która nie przenosi żadnych informacji. Poddaje się ją tzw. Procesowi modulacji, który polega na nałożeniu na falę nośną zmian napięcia między punktami A i B., reprezentujących informację. Taka fala dociera do odbiornika, w którym zmienne napięcie doprowadzane do głośnika wprawia w drgania jego membranę. Jednak dźwięk przekazywany w ten sposób nie jest najlepszej jakości, ponieważ przy przesyłaniu na duże odległości, sygnał analogowy staje się coraz słabszy i łatwo ulega zniekształceniom. Aby uniknąć takich wad sygnał analogowy zamienia się na ciąg impulsów, używając tzw. Przetworników analogowo - cyfrowych. (kartka). Spróbujmy wyjaśnić zasadę takiego przetwornika. Chcąc zmierzyć napięcie w zakresie między 0V a 16V, użyjemy woltomierza i przyrządu wyposażonego w lampkę. (Str 167). W przyrządzie tym lampka może się świecić, bądź też nie.. jeżeli stanowi, w którym lampka nie świeci przyporządkujemy zakres od 1V do 8V, a stanowi, gdzie lampka świeci zakres od 8V do 16 V, będzie można dokonać pomiaru z dokładnością do 8V. Gdy do urządzenia z jedną lampką dodamy drugą lampkę, zauważymy, że może ono znajdować się w czterech położeniach. Te położenia i poszczególne ich zakresy są ukazane na stronie 168, rys. 6.4. zmierzymy napięcie z dokładnością do 4V. Gdy w urządzeniu będziemy mieć trzy lampki, dysponować będziemy ośmioma stanami. (rys.6.6) dokładność pomiaru wyniesie 2V, lecz nadal będzie ona mniejsza w porównaniu z pomiarem dokonanym zwykłym woltomierzem.
Z trzech omówionych przypadków wynika pewna reguła, reguła ta mówi, że liczba możliwych stanów N w każdym wypadku wynosi N=2 liczba lampek (dwa do potęgi równej liczbie lampek). Przy czterech lampkach liczba stanów będzie wynosiła 2 do czwartej czyli 16, dokładność przyrządu wyniesie wtedy 1V, czyli tyle, ile wynosi dokładność woltomierza. Gdybyśmy użyli jeszcze większej ilości lampek, pomiar byłby jeszcze bardziej precyzyjny. Należy pamiętać, że im większy zakres chcemy zbadać, tym mniejsza będzie dokładność pomiaru.
Zmierza to do wyjaśnienia zasady działania przetwornika analogowo - cyfrowego. Dwa stany, w których mogła się znajdować jedna lampka to jeden bit informacji.. przetwornik z np. czterema lampkami nazwiemy przetwornikiem cztero bitowym. Zgaszonej lampce przypiszemy liczbę 0, a zapalonej liczbę 1.tak więc stan odpowiadający jakiemuś konkretnemu napięciu możemy zapisać za pomocą ciągu cyfr. Jeden bajt jest to podstawowa jednostka informacji we współczesnych komputerach. Która składa się z ośmiu bitów. Wszystkie urządzenia, które wykorzystują wyżej wymienioną zasadę to urządzenia cyfrowe. Dział techniki, który zajmuje się nimi to cyfronika. Napięcie między punktami A i B możemy zmienić w ciąg zer i jedynek nazywa się to próbkowaniem. Taką informację (w postaci ciągu zer i jedynek) przekazuje się np. do lasera. Gdy dochodzi do niego jedynka, następuje błysk światła, trwający przez bardzo krótki, określony czas, zwany impulsem; jeśli dochodzi zero, błysk światła nie występuje. Te impulsy kierowane są do światłowodu. Sygnał cyfrowy, to właśnie ciąg impulsów i przerw między nimi. Można je przesyłać także za pomocą nośnej fali elektromagnetycznej (komórka), zwykłymi przewodami elektrycznymi, ale wtedy ciąg zer i jedynek zmienia się na ciąg impulsów napięcia i przerw.
W postaci sygnałów cyfrowych można przesyłać oczywiście także obrazy, np. zamieniając sygnał cyfrowy na sygnał czarno - biały. Urządzenie rejestrujące dany obraz dzieli go na małe fragmenty zwane pikselami. Jeśli np. przetwornik jest 8 bitowy, jest zdolny do rozpoznania 256 różnych odcieni szarości od białego do czarnego. Każdemu odcieniowi szarości odpowiada inny układ ośmiu cyfr: zer i jedynek. (str.171 rys. 6.9).
Sygnały cyfrowe nie wykorzystuje się we współczesnej technice częściej tylko dlatego, iż sygnały analogowe łatwo ulegają zakłóceniom. Ważnym problemem są też różnice pomiędzy systemami analogowymi, stosowanymi w różnych krajach. Wśród systemów telewizyjnych rozróżniamy np. zachodnioeuropejski system PAL, francuski system SECAM (stosowany od niedawna w Polsce), czy amerykański system NTSC. Jakie są skutki różnorodności systemów? Np. takie, że obrazy zarejestrowane na taśmie wideo w USA nie mogą być odtworzone bezpośrednio w Europie, a telewizor kupiony we Francji nie może być używany w Niemczech. Telewizja cyfrowa nie ma takich problemów. Zaletą transmisji cyfrowych jest także to, że pozwalają one zwielokrotnić liczbę jednocześnie przekazywanych sygnałów np. w telewizji czy sieci telefonicznej. Gdy np. trzech abonentów telefonii cyfrowej prowadzi równocześnie rozmowę, każdy ze swoim rozmówcą. Sygnał analogowy z każdego telefonu zamieniany jest na sygnał cyfrowy przez poddanie go próbkowaniu. Gdyby z linii korzystała tylko jedna osoba , czas między kolejnymi próbkami byłby niewykorzystany, a linia przesyłowa w tym okresie próżnowałaby. Multiplekser to urządzenie, które przesyła w tym czasie próbki sygnałów innych rozmów.. multiplekser wysyła informacje, a demultiplekser je odbiera. Przy przesyłaniu informacji na duże odległości, np. między kontynentami, wykorzystuje się geostacjonarne satelity telekomunikacyjne. Sygnał, który przesyłany jest np. z Afryki do Polski, doprowadzany jest do anteny satelitarnej na terenie Polski, a ta wysyła go w kierunku wiszącego nad ziemią satelity telekomunikacyjnego. Ten odbiera sygnał i wysyła go z powrotem na ziemię. tylko w innym kierunku, aby antena w Afryce południowej mogła go odebrać.