Практически с самого момента зарождения человеческие племена столкнулось с необходимостью не только накапливать информацию, но и обмениваться ею друг с другом. Однако если с ближними сделать это было не так уже и сложно (язык и письменность), то с теми, кто находился на дальних расстояниях, данный процесс вызывал некоторые проблемы.
Со временем они были решены с помощью изобретения сигнала. Виды сигналов поначалу были довольно примитивными (дымовые, звуковые и т. п.), но постепенно человечество открывало новые законы природы, что способствовало изобретению новых способов для передачи информации. Давайте узнаем, какие виды сигналов бывают, а также рассмотрим, какими из них чаще всего пользуются в современном обществе.
Что называется сигналом
Под этим словом подразумевается закодированная одной системой информация, которая передается по специальному каналу и может быть декодирована другой системой.
Многие ученые полагают, что способность биологических организмов или даже отдельных клеток взаимодействовать между собою (сигнализируя о наличии питательных веществ или опасности) стала основной движущей силой эволюции.
В качестве сигнала может выступать каждый физический процесс, параметры которого адаптируются под тип передаваемых данных. К примеру, в системе телефонной связи передатчик преобразует слова говорящего абонента в электрический сигнал напряжения, который по проводам передается к принимающему аппарату, возле коего находится слушающий человек.
Сигнал и сообщение
Эти два понятия весьма близки по значению – они содержат в себе определенные данные, передающиеся от отправителя к получателю. Однако между ними есть ощутимое отличие.
Для реализации поставленной цели сообщение обязательно должно быть принято адресатом. То есть его жизненный цикл состоит из трех этапов: кодирование информации – передача - декодирование сообщения.
В случае с сигналом его принятие не является обязательным условием его существования. То есть зашифрованную в нем информацию возможно декодировать, но будет ли это сделано кем-то – неизвестно.
Классификация по разным критериям сигналов: основные виды
В природе существует немало разновидностей сигналов, обладающих разными особенностями. В связи с этим для их классификации используют различные критерии этих явлений. Таким образом, выделяют три категории:
- По способу подачи (регулярный/нерегулярный).
- По типу физической природы.
- По типу функции, описывающей параметры.
Сигналы по типу физической природы
В зависимости от способа образования, виды сигналов бывают следующими.
- Электрические (носитель информации - изменяющиеся во времени ток или напряжение в электрической цепи).
- Магнитные.
- Электромагнитные.
- Тепловые.
- Сигналы ионизирующих излучений.
- Оптические/световые.
- Акустические (звуковые).
Виды сигналов последние два также являются простейшими примерами коммуникационных технических операций, цель которых - оповещение об особенностях сложившейся ситуации.
Чаще всего их используют для предупреждения об опасности или неисправностях системы.
Нередко звуковые и оптические разновидности используются в качестве координирующих для налаженной работы автоматизированного оборудования. Так некоторые виды сигналов управления (команды) являются стимулирующими для системы, чтобы начать действовать.
К примеру, в противопожарных сигнализациях при обнаружении следов дыма датчиками они издают пронзительный звук. Тот, в свою очередь, воспринимается системой как управляющий сигнал для тушения очага возгорания.
Еще одним примером того, как сигнал (виды сигналов по типу физической природы перечислены выше) активизирует работу системы в случае опасности, является терморегуляция человеческого организма. Так, если вследствие различных факторов температура тела повышается, клетки «информируют» мозг об этом, и он включает «систему охлаждения организма», более известную всем как потоотделение.
По типу функции
По данному параметру выделяется разные категории.
- Аналоговые (непрерывные).
- Квантовые.
- Дискретные (импульсные).
- Цифровой сигнал.
Все эти виды сигналов – электрические. Обусловлено это тем, что их не только легче обрабатывать, но и они без труда передаются на длинные дистанции.
Что такое аналоговый сигнал и его виды
Такое название носят сигналы естественного происхождения, изменяющиеся непрерывно во времени (континуальные) и способные принимать разные значения на некотором интервале.
Благодаря своим свойствам, они прекрасно подходят для передачи данных в телефонной связи, радиовещании, а также телевидении.
Фактически, все остальные виды сигналов (цифровые, квантовые и дискретные) по своей природе – это преобразованные аналоговые.
В зависимости от непрерывных пространств и соответствующих физических величин, выделяются разные виды аналоговых сигналов.
- Прямая.
- Отрезок.
- Окружность.
- Пространства, характеризующиеся многомерностью.
Квантованный сигнал
Как уже было сказано в прошлом пункте, это все тот же аналоговый вид, однако его отличие состоит в том, что он подвергся квантованию. При этом вся область значений его поддалась разбивке на уровни. Их количество представляется в числах заданной разрядности.
Обычно данный процесс на практике используется при сжатии звуковых или оптических сигналов. Чем больше уровней квантования, тем более точной становится трансформация аналогового вида в квантовый.
Рассматриваемая разновидность также относится к тем, которые возникли искусственным путем.
Во многих классификациях видов сигналов сигнал этот не выделяется. Однако он существует.
Дискретный вид
Этот сигнал также относится к искусственным и имеет конечное число уровней (значений). Как правило, их два или три.
На практике различие дискретного и аналогового способов передачи сигналов можно проиллюстрировать, сравнив запись звука на виниловой пластинке и компакт-диске. На первой информация подана в виде непрерывной звуковой дорожки. А вот на втором – в виде выжженных лазером точек с разной отражающей способностью.
Этот вид передачи данных возникает путем преобразования непрерывного аналогового сигнала в набор дискретных значений в форме двоичных кодов.
Упомянутый процесс именуется дискретизацией. В зависимости от количества символов в кодовых комбинациях (равномерное/неравномерное) его делят на два вида.
Цифровые сигналы
Сегодня этот способ передачи информации настойчиво вытесняет аналоговый. Как и два предыдущих, он также является искусственным. На практике он представлен в виде последовательности цифровых значений.
В отличие от аналогового, рассматриваемый намного быстрее и качественнее передает данные, параллельно очищая их от шумовых помех. Одновременно в этом заключается и слабость цифрового сигнала (виды сигналов остальные - в предыдущих трех пунктах). Дело в том, что фильтрованная таким способом информация теряет «зашумленные» частицы с данными.
На практике это означает, что из передаваемого изображения исчезают целые куски. А если речь идет о звуке – слова или даже целые предложения.
Фактически, любой аналоговый сигнал может быть модулирован в цифровой. Для этого он подвергается одновременно двум процессам: дискретизации и квантованию. Являясь отдельным способом передачи информации, цифровой сигнал не делится на виды.
Его популярность способствует тому, что в последние годы телевизоры нового поколения создаются специально для цифрового, а не аналогового способа передачи изображения и звука. Однако их можно подключать к обычным телевизионным кабелям с помощью адаптеров.
Модуляция сигналов
Все вышеперечисленные способы передачи данных связаны с таким явлением, как модуляция (для цифровых сигналов - манипуляция). Зачем она нужна?
Как известно, электромагнитные волны (с помощью которых переносятся разные виды сигналов) склонны к затуханию, а это существенно уменьшает дальность их передачи. Чтобы этого не произошло, низкочастотные колебания переносятся в область длинных высокочастотных волн. Это явление и называется модуляцией (манипуляцией).
Помимо увеличения расстояния передачи данных, благодаря ей повышается помехоустойчивость сигналов. А также появляется возможность одновременно организовывать сразу несколько независимых каналов передачи информации.
Сам процесс выглядит следующим образом. В прибор, именуемый модулятором, поступают одновременно два сигнала: низкочастотный (несет определенную информацию) и высокочастотный (безинформационный, зато способен передаваться на длинные дистанции). В этом устройстве они преобразуются в один, который одновременно совмещает в себе достоинства их обоих.
Виды выходных сигналов зависят от измененного параметра входного несущего высокочастотного колебания.
Если оно гармоническое – такой процесс модуляции именуется аналоговым.
Если периодическое – импульсным.
Если несущим сигналом является просто постоянный ток – такая разновидность называется шумоподобной.
Первых два вида модуляции сигналов, в свою очередь, делятся на подвиды.
Аналоговая модуляция бывает такой.
- Амплитудная (АМ) – изменение амплитуды несущего сигнала.
- Фазовая (ФМ) – меняется фаза.
- Частотная – влиянию подвергается только частота.
Виды модуляции сигналов импульсных (дискретных).
- Амплитудно-импульсная (АИМ).
- Частотно-импульсная (ЧИМ).
- Широтно-испульсная (ШИМ).
- Фазо-импульсная (ФИМ).
Рассмотрев, какие существуют способы передачи данных, можно сделать вывод, что, независимо от их вида, все они играют важную роль в жизни человека, помогая ему всесторонне развиваться и защищая от возможных опасностей.
Что касается аналогового и цифрового сигналов (с помощью которых передается информация в современном мире) то, вероятнее всего, в ближайшие двадцать лет в развитых странах первый будет практически полностью вытеснен вторым.
