Czym jest Sygnał Transmisji Danych?

Sygnał transmisji danych to fizyczna reprezentacja informacji cyfrowej. Podczas gdy sygnały analogowe są ciągłe, sygnał cyfrowy jest dyskretny, co oznacza, że reprezentuje informację jako sekwencję odrębnych stanów. W systemach binarnych stany te odpowiadają logicznym '0' i '1'. Proces przekształcania tej binarnej sekwencji w fizyczną falę, taką jak zmieniające się napięcie, nazywany jest kodowaniem liniowym (lub kanałowym).

W większości systemów telekomunikacyjnych transmisja danych odbywa się szeregowo, co oznacza, że bity są wysyłane jeden po drugim przez pojedynczy kanał komunikacyjny.

Reprezentacja Wizualna i Kluczowe Parametry

Prosty sygnał danych można zwizualizować jako przebieg, w którym różne poziomy napięcia odpowiadają wartościom binarnym. Przebieg ten jest zdefiniowany przez kilka kluczowych parametrów.

Parametry Sygnału

• Poziomy Napięcia: Sygnał używa odrębnych poziomów napięcia do reprezentacji bitów. Na przykład, wysokie napięcie ($u_H$) może reprezentować '1', a niskie napięcie ($u_L$) może reprezentować '0'. Jest to forma sygnalizacji bipolarnej.
• Czas Trwania Bitu ($T$ lub $\tau$): Nazywany również okresem bitowym, jest to czas, w którym sygnał reprezentuje pojedynczy bit. Mierzony jest w sekundach [s].
• Przepływność Bitowa ($R_b$): Przepływność bitowa to liczba bitów przesyłanych na sekundę. Jest to odwrotność czasu trwania bitu.
  Wzór: $R_b = \frac{1}{T}$. Jej jednostką są bity na sekundę [bit/s lub bps].

Wyzwania Transmisji Cyfrowej i Kodowanie Kanałowe

Przesyłanie "surowego" strumienia bitów w postaci prostych poziomów napięcia (jak pokazano powyżej) stwarza kilka praktycznych problemów. Długa sekwencja identycznych bitów (np. `00000000` lub `11111111`) może powodować:

• Utratę Synchronizacji: Jeśli sygnał nie zmienia się przez dłuższy czas, zegar odbiornika może stracić synchronizację z zegarem nadawcy, co prowadzi do błędów w odczytywaniu bitów.
• Pojawienie się Składowej Stałej: Długi ciąg jedynek (lub zer w schematach unipolarnych) tworzy średnie napięcie stałe na linii, które nie może przejść przez niektóre komponenty sieciowe, jak transformatory.
• Problemy z Pasmem: Ostre krawędzie idealnego sygnału prostokątnego zawierają nieskończenie wiele składowych o wysokiej częstotliwości, których żaden rzeczywisty kanał nie jest w stanie idealnie przenieść.

Aby przezwyciężyć te problemy, surowe dane binarne są przekształcane za pomocą różnych schematów kodowania liniowego (takich jak Manchester, AMI czy HDB-3). Kody te są projektowane tak, aby zapewnić częste zmiany sygnału dla odzyskania zegara, eliminować składową stałą i kształtować widmo sygnału, aby dopasować je do charakterystyki kanału.