2.1.ارتباط دیجیتال

ارتباط دیجیتال به فرستنده‌ای اشاره دارد که سیگنال‌هایی را از مجموعه‌ای محدود ارسال می‌کند. به عنوان مثال، هنگام انتقال 1000 بیت، ما یکی از 1000 دنباله باینری ممکن را برای ارتباط انتخاب می‌کنیم. برای انتقال این انتخاب، سیگنالی مناسب برای کانال فعلی انتخاب می‌کنیم. صرف نظر از سیگنال انتخاب شده، روش ارتباط دیجیتال است. راه ساده برای دستیابی به این هدف این است که اجازه دهیم هر بیت دامنه موج حامل را در یک بازه زمانی مشخص تعیین کند، به عنوان مثال، اولین بیت دامنه را از زمان 0 تا T تعیین می‌کند، بیت دوم دامنه را از T تا 2T تعیین می‌کند و غیره. این شکل اساسی مدولاسیون دامنه پالس (PAM) است. روش‌های منطقی زیادی برای نگاشت بیت‌ها به شکل موج‌های مناسب برای یک کانال خاص وجود دارد؛ صرف نظر از روش نگاشت انتخاب شده، این در دسته ارتباطات دیجیتال قرار می‌گیرد.

2.2. ارتباط آنالوگ

هنگامی که فرستنده یکی از مجموعه‌ای از سیگنال‌های متوالی ممکن را ارسال می‌کند، ما آن را ارتباط آنالوگ می‌نامیم. به عنوان مثال، سیگنال ارسالی می‌تواند خروجی یک میکروفون باشد، که در آن حتی یک تغییر کوچک در سیگنال می‌تواند نشان‌دهنده یک سیگنال معتبر باشد. در ارتباط آنالوگ، سیگنال منبع برای اصلاح پارامتر سیگنال حامل استفاده می‌شود؛ دو روش رایج مدولاسیون دامنه (AM) و مدولاسیون فرکانس (FM) هستند. در AM، دامنه حامل با سیگنال منبع تغییر می‌کند؛ در FM، فرکانس حامل با سیگنال منبع تغییر می‌کند.

2.3. مدل سیستم ارتباط آنالوگ

بخش عمده‌ای از قرن بیستم، سیستم‌های ارتباطی آنالوگ با دامنه، فرکانس یا فاز متغیر پیوسته خود غالب بودند. این سیستم‌ها تداوم طبیعت را منعکس می‌کردند، مانند صدای انسان که امواج صوتی آن به طور مداوم در دامنه و فرکانس تغییر می‌کنند. پخش رادیویی AM و FM و سیستم‌های تلفن سیمی سنتی کاربردهای معمولی سیستم‌های ارتباطی آنالوگ هستند که خوانندگان روزانه با آن‌ها روبرو می‌شوند.

در سیستم‌های آنالوگ، انتقال پیام با یک سنسور ورودی (مبدل) آغاز می‌شود که سیگنال خام (مانند صدا) را به یک سیگنال الکتریکی تبدیل می‌کند که اغلب سیگنال پیام یا سیگنال پایه نامیده می‌شود. سیگنال‌های صوتی از 300 هرتز تا 3000 هرتز متغیر هستند، در حالی که سیگنال‌های تلویزیونی از 0 هرتز تا 6000 کیلوهرتز متغیر هستند.

این سیگنال سپس مدوله شده و با یک سیگنال حامل ترکیب می‌شود. فرستنده سیگنال الکتریکی را به فرمتی مناسب برای انتقال از طریق یک کانال خاص مدوله می‌کند. این فرآیند شامل بارگذاری سیگنال پیام بر روی یک سیگنال حامل با فرکانس بالا است. کانال‌های مختلف ممکن است به انواع مختلفی از فرستنده‌ها برای سازگاری با ویژگی‌های خود نیاز داشته باشند. فرستنده باید بتواند هنگام تغییر شرایط کانال به طور انعطاف‌پذیر تنظیم شود تا اطمینان حاصل شود که سیگنال در محدوده ارتباطی مؤثر باقی می‌ماند. روش‌های مدولاسیون رایج شامل مدولاسیون دامنه (AM)، مدولاسیون فرکانس (FM) و مدولاسیون فاز (PM) هستند.

سیگنال مدوله شده تقویت شده و از طریق کانالی مانند هوا یا کابل منتقل می‌شود. در انتهای گیرنده، سیگنال تشخیص داده شده، تقویت شده و دمدوله می‌شود تا پیام اصلی بازسازی شود. در نهایت، سنسور خروجی سیگنال الکتریکی را به شکل اصلی خود، مانند صدا که از طریق بلندگو پخش می‌شود، تبدیل می‌کند.

اگرچه سیستم‌های ارتباطی آنالوگ از نظر ساختاری ساده هستند و می‌توانند سیگنال‌های پیوسته را به طور طبیعی مدیریت کنند، اما در برابر تداخل نویز و تضعیف سیگنال، به ویژه در فواصل طولانی یا انتقال چند سطحی، آسیب‌پذیر هستند.

2.4. مدل سیستم ارتباط دیجیتال

مدل سیستم ارتباط دیجیتال طبیعت معمولاً اطلاعات را به صورت پیوسته ارائه می‌دهد، مانند مناظر زیبای کوهستانی یا آواز دلنشین پرندگان. با این حال، سیستم‌های ارتباطی مدرن تمایل به استفاده از سیگنال‌های دیجیتال دارند که دامنه و زمان آن‌ها مقادیر گسسته‌ای است. سیگنال‌های دیجیتال تا حدی به این دلیل ترجیح داده می‌شوند که انتقال آن‌ها نسبت به سیگنال‌های آنالوگ قابل اطمینان‌تر است. هنگامی که آسیب به سیستم انتقال شروع به تأثیرگذاری بر کیفیت سیگنال می‌کند، می‌توان آن را قبل از رسیدن به مقصد نهایی از طریق تشخیص، شکل‌دهی و تقویت به شکل استاندارد خود بازگرداند. نمودار زیر یک پالس دیجیتال باینری ایده‌آل را در حال انتشار در یک خط انتقال نشان می‌دهد؛ شکل پالس با افزایش طول خط تخریب می‌شود. در فاصله انتشار که سیگنال هنوز به طور قابل اطمینان قابل شناسایی است، یک تقویت‌کننده دیجیتال پالس را تقویت کرده و شکل ایده‌آل اصلی آن را بازیابی می‌کند و در نتیجه سیگنال را بازسازی می‌کند. سیگنال‌های آنالوگ، به دلیل تنوع بی‌نهایت شکل آن‌ها، نمی‌توانند چنین شکل‌دهی را انجام دهند. بنابراین، هرچه سیگنال دورتر سفر کند و پردازش بیشتری را متحمل شود، تخریب ناشی از حتی خطاهای کوچک را شدیدتر متحمل می‌شود.

سیستم ارتباط دیجیتال کلاسیک

در سیستم ارتباط دیجیتال کلاسیک که در سمت چپ نشان داده شده است، فرآیند با کدگذاری منبع آغاز می‌شود که ورودی آنالوگ را به فرمت دیجیتال تبدیل کرده و اغلب شامل فشرده‌سازی داده است. سپس داده‌های دیجیتال کدگذاری کانال را طی می‌کنند و افزونگی برای تشخیص و تصحیح خطا اضافه می‌شود. تکنیک‌های مدولاسیون دیجیتال داده‌ها را برای انتقال به نمادها نگاشت می‌کنند، مانند کلیدزنی تغییر فاز (PSK) یا کلیدزنی تغییر فرکانس (FSK). فرآیند گیرنده این مراحل را به ترتیب معکوس انجام می‌دهد و تصحیح خطا و پردازش سیگنال را اضافه می‌کند. توانایی تشخیص و تصحیح خطا یک مزیت قابل توجه سیستم‌های دیجیتال است که امکان ارتباط قابل اطمینان‌تر را در کانال‌های پر سر و صدا فراهم می‌کند.