DIGITAL-кодирование информации
Много лет назад вся информация передавалась в аналоговом формате,- а это означает, что сообщение передавалось в виде точной копии оригинала. Лучший пример передачи данных в аналоговом формате – первые телефонные аппараты. Когда человек говорит по телефону, микрофон в телефонной трубке преобразует звуковые волны голоса в электрический сигнал (изменение электрического напряжения или тока), который имитирует колебания давления воздуха. Этот аналоговый сигнал направляется вдоль электрических проводов к месту назначения, где электрический сигнал передается в небольшой громкоговоритель, который воссоздает звук голоса вызывающего абонента. Основной проблемой в этой схемы является то, что электрический сигнал искажается в его переходе от вызывающего абонента к слушателю. И, кроме того, электрический сигнал должен быть усилен на своем пути, чтобы противодействовать потере энергии, которая естественным образом происходит для всех электрических сигналов, проходящих по проводам. Добавляются некоторые искажения и шумы, случайно возникающие на электрическом фоне, создаваемые для всех электронных систем, как фундаментальное природное явление. Все эти проблемы можно обойти, если передаваемые электрические сигналы в цифровой форме представить в двоичном коде.
Если мы возьмем значения V (T) через равные промежутки времени, и каждое значение напряжения переведем на его двоичный сигнал, то мы можем создать непрерывное бинарное представление исходного аналогового сигнала. Это называется аналого-цифровым преобразованием (A / D). Для того чтобы сделать двоичное представление необходимо сделать точную запись исходного сигнала, т.е. должно быть достаточное количество образцов снимаемого аналогового напряжения и каждый из них должен быть закодирован с помощью двоичных разрядов. Количество двоичных битов зависит от того, насколько точно должна быть оцифрована мгновенная амплитуда сигнала. Использование 16 бит означает, что масштаб 2 16, а именно 65536, что используются разные уровни напряжения для характеристики диапазона значений, которые могут быть приняты в качестве изменений напряжения V (T). На практике это означает, что самый громкий звуковой сигнал, который можно точно воспроизвести, эквивалентен 65536, и бесшумный будет соответствовать 1. Кроме того, для представления о сигнале, желательно следует принимать образцы на максимальной частоте. Так, например, речь оцифровывается на 8 бит (2 8 = 256), чтобы включить в себя частоты до 4 кГц необходимо производить битовую скорость 64000 бит в секунду (б / с). (64000 = 8X4,000X2.) Музыка оцифровывается в 16 бит, чтобы включать в себя частоты до 20 кГц она будет нуждаться в битовой скорости 640000 бит в секунду.
После того, как информация была оцифрована, она может передаваться от источника сообщения (отправитель) к месту назначения (приемник), не беспокоясь по поводу искажения и добавления шума. В приемнике, если не произошло тяжелое искажение во время передачи, то легко воссоздать идеальное представление о передаваемом двоичном сигнале, так как в течение каждого временного интервала должно быть принято простое решение — это «один» или «ноль «.
Целесообразно рассмотреть число битов цифровых данных в минуту, связанных с передачей (или хранением) различных видов информации. Компакт-диск (CD) с одного часа музыки, как правило, содержит около 680 мегабит (MBS) цифровых данных. Компьютер CD ROM содержит аналогичное количество данных. Видео требует несколько большего количества битов в час, потому что должны быть сохранены и картинка, и звуковое сопровождение. Тем не менее, умные методы сжатия изображения могут уменьшить это количество.
Последнее поколение цифровых видеодисков несут около 4,7 ГБ данных на каждой стороне. Двусторонние двухслойные DVD-диски могут нести в четыре раза больше данных — более 17 Гб информации. Односторонний однослойный диск хранит в себе 133 минут фильма (со звуком), поэтому средняя скорость передачи данных во время просмотра составляет около 0,6 Мегабит в секунду. Для воспроизведения видео в реальном времени скорость передачи данных требуется гораздо выше, в диапазоне от 3 до 5 Мегабит в секунду. Чтобы скачать 2 часа долгого DVD фильма по каналу в течение 10 секунд требуемая скорость передачи данных составляет около 0,5 Гбит / с. Невозможно получить такие скорости передачи данных через телефонную линию. Однако, если установить оптическое волокно непосредственно к вашему дому, то можно напрямую получать доступ к информации. Телефонные и кабельные компании не выявили текущий спрос на цифровые услуги связи, а именно какие необходимо предоставлять скорости передачи данных потребителю.
В цифровой связи по оптическому волокну, самый простой способ предоставления данных является переключение лазера между двумя значениями интенсивности, высокое значение представляет собой «один», а также низкое значение «ноль». Максимальная скорость, при которой такие импульсы могут передаваться, приниматься и обрабатываться, в настоящее время ограничена не только свойствами волокна, также необходимо переключить лазер и выключить, обнаружить принимаемые световые импульсы и, при необходимости повторно преобразовывать их обратно из двоичного кода в аналоговый формат (цифро-аналоговое преобразование — D / A). В настоящее время максимальная частота пульса, которая может быть обработана, в практических системах составляет около 10 миллиардов бит в секунду (10 Гбит / с). Тем не менее, последние события сделали возможным значительное увеличение этой скорости передачи данных. Эти разработки включают в себя развитие легированного эрбием волоконного усилителя. Однако, прежде чем рассматривать это необходимо снова отвлечься, чтобы изучить использование ретрансляторов и явление дисперсии.