電気通信 、電磁的手段による情報伝達の科学と実践。現代の電気通信は、ノイズや干渉による損失を損なうことなく、長距離にわたって大量の情報を送信することに伴う問題に重点を置いています。最新のデジタル通信システムの基本コンポーネントは、音声、データ、ラジオ、およびテレビ信号を送信できる必要があります。高い信頼性を実現するために、またデジタル交換システムのコストが アナログ システム。ただし、デジタル伝送を使用するために、ほとんどの音声、ラジオ、およびテレビを構成するアナログ信号 コミュニケーション アナログからデジタルへの変換プロセスを実行する必要があります。 （データ送信では、信号がすでにデジタル形式であるため、このステップはバイパスされます。ただし、ほとんどのテレビ、ラジオ、および音声通信はアナログシステムを使用し、デジタル化する必要があります。）多くの場合、デジタル化された信号はソースを通過します。エンコーダー、これは削減するために多くの式を採用しています 冗長 バイナリ情報。ソースエンコード後、デジタル化された信号はチャネルエンコーダで処理されます。これにより、エラーの検出と修正を可能にする冗長な情報が導入されます。エンコードされた信号は、 変調 搬送波上にあり、多重化として知られているプロセスでより大きな信号の一部にすることができます。次に、多重化された信号は、多元接続伝送チャネルに送信されます。送信後、受信側で上記の処理を逆に行い、情報を抽出します。
デジタル通信システムのブロック図。 EncyclopædiaBritannica、Inc。
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この記事では、上記で概説したデジタル通信システムのコンポーネントについて説明します。通信システムを利用する特定のアプリケーションの詳細については、電話の記事を参照してください。 電信 、 ファックス 、 無線 、およびテレビ。電線、電波、光ファイバーを介した伝送は、通信メディアで議論されています。情報送信に使用されるネットワークの種類の概要については、を参照してください。 電気通信ネットワーク 。
音声、音声、またはビデオ情報の送信では、オブジェクトは忠実度が高くなります。つまり、元のメッセージを可能な限り最高に再現します。 劣化 信号の歪みによって課せられ、 ノイズ 。比較的ノイズや歪みのない通信の基本は、バイナリ信号です。メッセージの送信に使用できるあらゆる種類の最も単純な信号であるバイナリ信号は、2つの可能な値のみで構成されます。これらの値は、2進数、つまりビット1と0で表されます。送信中に拾われたノイズと歪みが、バイナリ信号をある値から別の値に変更するのに十分な大きさでない限り、受信機は正しい値を決定できます。完璧な受信が発生する可能性があります。
アナログ-デジタル変換の基本手順アナログ信号は定期的にサンプリングされます。各間隔での振幅は量子化されるか、値が割り当てられ、値は一連の2進数またはビットにマップされます。情報はデジタル信号として受信機に送信され、そこでデコードされてアナログ信号が再構成されます。 EncyclopædiaBritannica、Inc。
送信する情報がすでにバイナリ形式である場合（データ通信の場合など）、信号をデジタルエンコードする必要はありません。しかし、電話を介して行われる通常の音声通信は、バイナリ形式ではありません。宇宙探査機からの送信のために収集された情報の多くも、衛星リンクを介した送信のために収集されたテレビやラジオの信号もありません。値の範囲間で絶えず変化するこのような信号はアナログであると言われ、デジタル通信システムではアナログ信号をデジタル形式に変換する必要があります。この信号変換を行うプロセスは、アナログ-デジタル（A / D）変換と呼ばれます。
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アナログからデジタルへの変換は、サンプリング、または等間隔の離散的な瞬間におけるアナログ波形の振幅の測定から始まります。継続的に変化する波のサンプルを使用してその波を表すことができるという事実は、波がその変化率に制約されているという仮定に依存している。通信信号は実際には複素波であるため（基本的には、すべてが独自の正確な振幅と位相を持ついくつかの成分正弦波の合計）、複素波の変動率は、すべての振動の周波数によって測定できます。そのコンポーネント。信号を構成する正弦波の最大発振速度（または最高周波数）と最小発振速度（または最低周波数）の差は、帯域幅（ B ）信号の。したがって、帯域幅は、信号が占める最大周波数範囲を表します。最小周波数が300ヘルツ、最大周波数が3,300ヘルツの音声信号の場合、帯域幅は3,000ヘルツ、つまり3キロヘルツです。オーディオ信号は一般に約20キロヘルツの帯域幅を占め、標準のビデオ信号は約600万ヘルツ、つまり6メガヘルツを占めます。
帯域幅の概念は、すべての通信の中心です。アナログからデジタルへの変換では、アナログ信号は、帯域幅の2倍（1/2）にわたって1つ以下の間隔で配置された離散サンプルによって一意に表されるという基本的な定理があります。 B ）離れて。この定理は一般にサンプリング定理と呼ばれ、サンプリング間隔（1/2 B 秒）はナイキスト間隔と呼ばれます（スウェーデン生まれのアメリカの電気技師ハリーナイキストにちなんで）。ナイキスト間隔の例として、過去の電話慣行では、帯域幅は通常3,000ヘルツに固定されており、少なくとも1 / 6,000秒ごとにサンプリングされていました。現在の慣行では、周波数範囲と 忠実度 音声表現の。
サンプリングされた信号をデジタル形式で保存または送信するには、サンプリングされた各振幅を有限数の可能な値またはレベルの1つに変換する必要があります。バイナリ形式への変換を容易にするために、レベルの数は通常2の累乗です。つまり、必要な精度の程度に応じて、8、16、32、64、128、256などになります。音声のデジタル伝送では、256レベルが一般的に使用されます。これは、これが平均的な電話リスナーに十分な忠実度を提供することがテストで示されているためです。
量子化器への入力は、サンプリングされた振幅のシーケンスであり、 無限 可能な値の数。一方、量子化器の出力は、有限数のレベルに制限する必要があります。限られた数のレベルに無限に可変の振幅を割り当てると、必然的に不正確さが生じ、不正確さは対応する量の信号歪みをもたらします。 （このため、量子化は非可逆システムと呼ばれることがよくあります。）不正確さの程度は、量子化器が使用する出力レベルの数によって異なります。量子化レベルが増えると、表現の精度が向上しますが、必要なストレージ容量または伝送速度も向上します。出力レベルと振幅を適切に配置することにより、同じ数の出力レベルでより良いパフォーマンスを実現できます。 しきい値 それらのレベルを割り当てるために必要です。この配置は、量子化される波形の性質に依存します。一般に、最適な量子化器は、信号が発生する可能性が高い振幅範囲に多くのレベルを配置し、信号が発生する可能性が低いレベルを少なくします。この手法は、非線形量子化として知られています。非線形量子化は、信号をコンプレッサー回路に通すことによっても実現できます。コンプレッサー回路は、信号の弱い成分を増幅し、 減衰します その強力なコンポーネント。圧縮された信号は、現在、より狭い範囲を占めています 動的 範囲は、しきい値と出力レベルの均一または線形の間隔で量子化できます。電話信号の場合、圧縮信号は256レベルで均一に量子化され、各レベルは8ビットのシーケンスで表されます。受信側では、再構成された信号が元の振幅範囲に拡張されます。コンパンディングと呼ばれるこの圧縮と拡張のシーケンスにより、13ビットに相当する有効なダイナミックレンジが得られます。
