الإشارات الرقمية

من ويكي الهندسة المعلوماتية
اذهب إلى: تصفح، ابحث

بالإضافة إلى الإشارات الرقمية، يمكن للبيانات أن تمثل أيضاً باستخدام الإشارات الرقمية. ستتضمن هذه الصفحة عدداً من المواضيع المرتبطة بالإشارات الرقمية.

معدل نقل البتات

3 1 DigitalSignalLevels Ar.png

معظم الإشارات الرقمية غير دورية، ولذلك من غير المناسب دراسة الدور والتواتر، لكن هناك مصطلح آخر لوصف الإشارة الرقمية، وهو "معدل البتات Bit-Rate"، وهو عدد البتات المرسلة خلال ثانية، ويعبر عنه بـ (bps (bit per second

في الشكل المجاور: في القسم أ: نرسل بتّاً واحداً في كل مستوى، بينما في القسم ب: نرسل بتّين اثنين في كل مستوى.

في الحالة العامة: من أجل إشارة لها L مستوى، فإننا نرسل في كل مستوى بتّاً.

أمثلة

  • مثال: نريد تحميل صفحات نصية بمعدل 100 صفحة بالدقيقة، ما هو معدل البتات المطلوب؟

الحل: بفرض أن كل صفحة تحتوي على 24 سطراً وكل سطر يحتوي على 80 محرفاً، وبفرض أن كل محرف يحتاج لـ 8 بتات لتمثيله رقمياً، يكون معدل البتات المطلوب هو:

100×24×80×8=1,636,000 bps=1.636 Mbps

  • مثال: لدينا إشارة رقمية مؤلفة من ثمانية مستويات، كم بتاً نحتاج لكل مستوى؟

الحل: نستخدم المعادلة التالية:

Number of bits per level = log_2(8) = 3

أي يمكن تمثيل كل مستوى بثلاث بتات.

  • مثال: لدينا قناة صوتية مرقمة بترقيم إشارة صوتية ذات عرض حزمة 4 kHz، نريد أخذ عينات للإشارة عند ضعفي التردد (أي عينتين لكل هرتز)، نفترض أن كل

عينة تحتاج 8 بتات. ما هو معدل البتات المطلوب؟

bit rate=2×4000×8=64000 bps=64 kbps
  • مثال: ما هو معدل البتات من أجل فيديو عالي الوضوح HDTV؟

يستخدم التلفاز ذو الفيديو عالي الوضوح HDTV الإشارات الرقمية في البث. لشاشة التلفاز عالي الوضوح نسبة عرض لارتفاع 16:9، هناك 1920 by 1080 عنصر صورة للشاشة، ويعاد تحديث الصورة 30 مرة كل ثانية، كل عنصر صورة ملون يحتاج لـ 24 بتاً لتمثيله..

1920×1080×30×24=1,492,992,000=1.5 Gbps

تخفض محطات التلفاز هذا المعدل حتى 20 إلى 40 Mbps باستعمال الضغط.

طول البت

ناقشنا مفهوم طول موجة إشارة تماثلية سابقاً، وهو المسافة التي تشغلها نبضة (دورة) واحدة على وسط النقل.

يمكننا تعريف مصطلح مشابه في الإشارة الرقمية، "طول البت"، وهو المسافة التي يشغلها بت واحد على وسط النقل.

طول البت = سرعة الانتشار (حسب الوسط، مثلاً في الخلاء هو سرعة الضوء) × مدة البت.

BitLength = propagation speed × bit duration

الإشارة الرقمية كإشارة تماثلية مركبة

3 2 TimeFrequencyDomains Ar.png

بناءً على تحليل فورييه، فإن الإشارة الرقمية هي عبارة عن إشارة تماثلية مركبة، فيها عرض الحزمة غير محدود، أي الإشارة الرقمية تشغل مجالاً لانهائياً من الترددات.

يمكننا استنتاج ذلك بسهولة عند دراسة الإشارة الرقمية، ففي النطاق الزمني، تتألف الإشارة الرقمية من خطوط عمودية وأفقيه متصلة ببعضها.

الخط العمودي في النطاق الزمني يعني تردداً لانهائياً (فهو تغير مفاجئ مع الزمن)، الخط الأفقي في النطاق الزمني يعني تردداً معدوماً (لا تغير مع الزمن).

يدل التغير من تردد معدوم إلى تردد لانهائي (وبالعكس) أن جميع الترددات بينهما هي جزء من النطاق.

يمكن استخدام تحليل فورييه لفك تركيب الإشارة الرقمية:

  • إذا كانت الإشارة الرقمية دورية (وهذا نادر الحدوث في اتصالات المعطيات)، فإن الإشارة المفكوكة تُمثل في النطاق الترددي بعرض حزمة غير محدد وترددات

متقطعة.

  • أما إذا كانت الإشارة الرقمية لادورية، فإن الإشارة المفكوكة سيبقى لها عرض حزمة غير محدد لكن الترددات مستمرة.

في القسم أ، تظهر إشارة رقمية دورية لها عرض حزمة غير محدد، وتظهر الترددات في النطاق الترددي بشكل متقطع. في القسم ب، أيضاً عرض الحزمة غير محدد، بينما تظهر الترددات في النطاق الترددي بشكل مستمر.

كما يظهر الشكل أدناه كيفية تركب الإشارة الرقمية الدورية:

600px-Square wave frequency spectrum animation.gif