Telekommunikation

Telekommunikation, vetenskap och praktik för att överföra information med elektromagnetiska medel. Moderna telekommunikationscentra handlar om problemen med att överföra stora mängder information över långa avstånd utan att skada förlust på grund av buller och störningar. De grundläggande komponenterna i ett modernt digitalt telekommunikationssystem måste kunna överföra röst-, data-, radio- och TV-signaler. Digital överföring används för att uppnå hög tillförlitlighet och eftersom kostnaden för digitala växlingssystem är mycket lägre än kostnaden för analoga system. För att kunna använda digital transmission måste emellertid de analoga signalerna som utgör de flesta röst-, radio- och TV-kommunikation utsättas för en process med analog-till-digital konvertering. (Vid dataöverföring kringgås detta steg eftersom signalerna redan är i digital form; de flesta TV-, radio- och röstkommunikation använder dock det analoga systemet och måste digitaliseras.) I många fall överförs den digitaliserade signalen genom en källa kodare, som använder ett antal formler för att minska redundant binär information. Efter källkodning behandlas den digitaliserade signalen i en kanalkodare, som introducerar redundant information som gör att fel kan upptäckas och korrigeras. Den kodade signalen görs lämplig för överföring genom modulering till en bärvåg och kan göras till en del av en större signal i en process som kallas multiplexering. Den multiplexerade signalen sänds sedan till en överföringskanal med flera åtkomst. Efter överföringen reverseras processen ovan vid den mottagande änden och informationen extraheras.

Den här artikeln beskriver komponenterna i ett digitalt telekommunikationssystem enligt ovan. För detaljer om specifika applikationer som använder telekommunikationssystem, se artiklarna telefon, telegraf, fax, radio och tv. Sändning över elektrisk tråd, radiovåg och optisk fiber diskuteras i telekommunikationsmedier. För en översikt över de typer av nätverk som används vid informationsöverföring, se telenät.

Analog till digital konvertering

Vid överföring av tal-, ljud- eller videoinformation är objektet hög trohet - det vill säga bästa möjliga återgivning av det ursprungliga meddelandet utan de nedbrytningar som påförs av signalförvrängning och brus. Grunden för relativt brusfri och distorsionsfri telekommunikation är den binära signalen. Den enklaste möjliga signalen av alla slag som kan användas för att sända meddelanden, den binära signalen består av endast två möjliga värden. Dessa värden representeras av de binära siffrorna, eller bitarna, 1 och 0. Om inte bruset och distorsionen som tas upp under överföringen är tillräckligt stora för att ändra den binära signalen från ett värde till ett annat, kan rätt värde bestämmas av mottagaren så att perfekt mottagning kan uppstå.

Om informationen som ska överföras redan är i binär form (som i datakommunikation), finns det inget behov av att signalen kodas digitalt. Men vanlig röstkommunikation som sker via en telefon är inte i binär form; varken är mycket av den information som samlas in för överföring från en rumsond, inte heller är TV- eller radiosignaler samlade för överföring via en satellitlänk. Sådana signaler, som kontinuerligt varierar mellan en mängd värden, sägs vara analoga och i digitala kommunikationssystem måste analoga signaler konverteras till digital form. Processen att göra denna signalomvandling kallas analog-till-digital (A / D) -konvertering.

provtagning

Analog till digital konvertering börjar med sampling eller mätning av amplituden hos den analoga vågformen vid lika åtskilda diskreta ögonblick. Det faktum att prover av en kontinuerligt varierande våg kan användas för att representera den vågen förlitar sig på antagandet att vågen begränsas i dess variationskvot. Eftersom en kommunikationssignal faktiskt är en komplex våg - väsentligen summan av ett antal sinusvågkomponenter, som alla har sina exakta amplituder och faser - kan variationskvoten för den komplexa vågen mätas med frekvenserna av svängningar hos dess komponenter. Skillnaden mellan den maximala svängningshastigheten (eller högsta frekvensen) och den minsta svängningshastigheten (eller lägsta frekvensen) för sinusvågorna som utgör signalen kallas signalbredd (B) för signalen. Bandbredd representerar således det maximala frekvensområdet som upptas av en signal. När det gäller en röstsignal som har en minsta frekvens av 300 hertz och en maximal frekvens av 3 300 hertz är bandbredden 3 000 hertz, eller 3 kilohertz. Ljudsignaler upptar i allmänhet cirka 20 kilohertz bandbredd, och vanliga videosignaler upptar cirka 6 miljoner hertz, eller 6 megahertz.

Begreppet bandbredd är central för all telekommunikation. Vid analog-till-digital konvertering finns det en grundläggande teorem att den analoga signalen kan representeras unikt av diskreta prover som inte är mer än en över två gånger bandbredden (1 / 2B) isär. Denna sats kallas vanligtvis samplingsteoremet, och provtagningsintervallet (1 / 2B sekunder) kallas Nyquist-intervallet (efter den svenskfödda amerikanska elektroingenjören Harry Nyquist). Som ett exempel på Nyquist-intervallet provades bandbredden, vanligtvis fixerad till 3 000 hertz, vid varje telefonövning minst varje 1/6 000 sekund. I den nuvarande praxisen tas 8000 prover per sekund för att öka frekvensområdet och talrepresentationens trohet.