Digitálny signál je typ signálu, ktorý používa konečný počet stavov (najčastejšie 0 a 1) na reprezentáciu informácie. V praxi sa prenáša ako sled impulzov (napäťových alebo prúdových úrovní) a správa sa dá jednoducho ukladať, spracovať a regenerovať.
Digitálny signál je typicky diskrétny v amplitúde (má len niekoľko úrovní) a často aj diskrétny v čase (vzorky v pravidelných okamihoch). V komunikáciách sa stretneš aj s pojmom binárny prenos – ten je vždy 0/1.
Vlastnosti digitálnych signálov
- Reprezentované ako sekvencia 0 a 1 (bity).
- Často obdĺžnikový priebeh (ideálne), v realite má obmedzené hrany a prekmity.
- Odolnosť proti šumu – možná regenerácia pomocou prahovania (0/1 podľa hranice).
- Možnosť kompresie, šifrovania, a detekcie/opravovania chýb.
Základné pojmy (bity, rýchlosť, časovanie)
Najmenšia jednotka informácie v binárnom systéme.
– koľko bitov za sekundu prenesieme(bps).
– čas trvania jedného bitu.
Počet symbolov/s. Pri binárnom prenose často platí baud ≈ bps, ale pri viacúrovňových symboloch sa líšia.
Ako vznikne digitálny signál z analógového?
Mnohé reálne veličiny sú analógové (teplota, zvuk, tlak). Aby ich vedel spracovať počítač/PLC/mikrokontrolér, používame A/D prevod (ADC):
- Vzorkovanie: meriame hodnotu signálu v pravidelných časoch (f_s).
- Kvantovanie: zaokrúhlime hodnotu na jednu z 2^n úrovní (n = počet bitov).
- Kódovanie: úroveň zapíšeme do binárnej podoby → vzniknú bity (základ PCM).
Odolnosť proti šumu a regenerácia
Kľúčová výhoda digitálu je, že prijímač nemusí „uhádnuť presnú amplitúdu“, ale stačí rozhodnúť, či je to 0 alebo 1. Používa sa prahovanie (decision threshold). Vďaka tomu sa dá signál po ceste opakovane regenerovať (znovu vytvoriť čisté hrany a úrovne), takže sa šum „nehromadí“ tak ako pri analógu.
- Šum a rušenie môžu spôsobiť chybnú detekciu bitu.
- Chybovosť sa hodnotí ako BER (Bit Error Rate) – podiel chybných bitov.
- V praxi sa používa detekcia chýb (parita, CRC) a opravné kódy (napr. Hamming, Reed–Solomon).
Šírka pásma a reálne impulzy
Ideálny obdĺžnik obsahuje veľa vyšších harmonických → teoreticky potrebuje nekonečné pásmo. Reálne kanály majú obmedzenú šírku pásma, preto hrany nie sú nekonečne strmé a môžu vznikať:
- zaoblené hrany a oneskorenie (limit pásma),
- prekmit a zvonenie (odraz na vedení, nesúlad impedancií),
- ISI – intersymbol interference (symboly sa „prelínajú“), najmä pri vysokých rýchlostiach.
Kódovanie digitálneho signálu (line coding)
Aby sa bity prenášali spoľahlivo, používa sa konkrétne kódovanie vedenia. Najjednoduchšie je NRZ (1 = vysoká úroveň, 0 = nízka). Niektoré systémy používajú Manchester, kde je v každom bite prechod (ľahšia synchronizácia, ale vyššie nároky na pásmo).
- NRZ: jednoduché, ale dlhé série 0 alebo 1 sťažujú hodinovú synchronizáciu.
- Manchester: prechod v strede bitu = ľahká synchronizácia, nevýhoda je vyššia šírka pásma.
- NRZI / 4B5B / 8b10b: pokročilejšie kódy pre linky (USB, Ethernet, atď.).
Porovnanie s analógovým signálom
Digitálny kód
Digitálny signál je často znázornený ako sériový prenos bitov:
⬅ Späť na úvod