ДИГИТАЛИЗОВАЊЕ

ДИГИТАЛИЗОВАЊЕ (дигитални пренос), превођење аналогних сигнала у дигитални облик. Oно омогућава дигитални пренос свих врста сигнала било да су по својој природи аналогни или дигитални, тј. користећи коначан број сигнала, почевши већ од бинарног преноса, где се користе само два могућа облика сигнала, који се често обележавају са 0 и 1, па до преноса где се користи веома велик број различитих облика сигнала (обично број сигнала одговара неком степену броја два). Неки сигнали су сами по својој природи дигитални, почевши од телеграфије до данашњег преноса података. Међутим, неки сигнали су по својој природи аналогни, тј. мењају се управо онако како се преношене физичке величине мењају у природи (промена ваздушног притиска код говора или музике, интензитет светлости код слике, температура итд.). У овом другом случају се најпре мора извршити д. -- претварање у дигиталне сигнале. Оно се формално састоји од три одвојена поступка: узимање узорака аналогног сигнала -- узорковање, свођење измерених амплитуда на коначан број нивоа -- квантовање и представљање ових нивоа одговарајућим комбинацијама дигиталних сигнала -- кодовање. Као резултат се за сваки узорак добија одговарајућа кодна реч коначне дужине. Овако добијене кодне речи које најчешће одговарају низу бинарних импулса (бита) преносе се какве јесу (у основном фреквенцијском опсегу) или се користе за дигиталну модулацију одговарајућих носилаца -- најчешће простопериодичних сигнала (пренос у транспонованом опсегу). Д. са своје стране омогућава и мултиплексирање, тј. истовремени пренос више сигнала, чак и различитог типа, једним „дигиталним каналом". У нашој стручној литератури се за узорковање користе речи одабирање и одмеравање које нису адекватне самом поступку (енглески назив је sampling, француски -- échantillonage итд.). Овим поступком се не оштећују информације које носи аналогни сигнал. Наиме, постоји теорема која показује да се под одређеним условима (који се своде на то да спектар сигнала заузима ограничен фреквенцијски опсег, а то је увек случај с аналогним сигналима који се преносе) може узети коначан број узорака сигнала у коначном временском интервалу, и да се на основу њих може сигнал потпуно верно реконструисати. Следећи корак је квантовање. Оно уноси непоправљиво изобличење у реконструисани сигнал, које се обично назива шум квантовања. Међутим, често је „крајњи корисник" преношених сигнала сам човек (говор, музика, слика) а код наших чула постоје „прагови разликовања", тј. ухо или око неће приметити промену интензитета, ако се амплитуда реконструисаног сигнала мења у одређеним границама. На тај начин се може дефинисати захтевани однос снаге сигнала и снаге шума квантовања при датом преносу, а даље треба одредити и број потребних квантних нивоа. Развијене су и посебне методе обраде сигнала пре квантовања које узимају у обзир особине чула (најчешће тзв. компресија). Такође, у случају мобилне телефоније, најбитнија је разумљивост преношеног говорног сигнала, па се може допустити већи шум квантовања. С друге стране, уколико се преносе информације које се даље аутоматски обрађују, најчешће у рачунарима, дефинишу се одређени захтеви везани за тачност, који зависе од начина и циља обраде. На крају се врши кодовање (кодирање) -- представљање амплитуда из коначног скупа комбинацијама елемената неког другог коначног скупа, најчешће бинарног. При овоме се за постизање неких додатних особина корисних за пренос могу користити различити кодови -- различити начини пресликавања амплитуде у кодне речи. Наравно, могу се и парови, па и већи скупови суседних амплитуда, представљати одговарајућим кодним речима.

Дигитални пренос је по својој природи надмоћан над аналогним. Наиме, дужина аналогне везе је ограничена јер се, без обзира на њен квалитет, током преноса на преношени сигнал суперпонирају шумови који се додатним појачавањем снаге сигнала не могу елиминисати, него се и они појачавају, тако да на дугачкој линији везе сигнал постепено „урања у шум". Постоје посебне методе побољшања односа снаге сигнала и шума на пријему, али оне нису свемоћне, него само могу да донекле продуже дужину успостављене везе за тражени квалитет сигнала на пријему. С друге стране, основни параметар којим се генерално може оценити квалитет дигиталне везе је вероватноћа грешке -- вероватноћа да на пријему један сигнал из скупа коришћених сигнала буде замењен другим сигналом из истога скупа. За борбу против ове појаве користе се кодови за контролу грешака (тј. њихово откривање и евентуално исправљање). То се постиже додавањем неинформационих симбола у кодне речи (као што су то у најелементарнијем случају провере на парност), специјалним избором скупа сигнала који се користе за пренос или комбинацијом оба ова поступка. Показано је да се вероватноћа грешке може учинити произвољно малом, али се не може постићи дигитални пренос без икаквих грешака. Као што у аналогном преносу може бити више деоница везе са појачавачима, тако у дигиталном преносу може бити више деоница везе са регенерацијом сигнала. Ту се, као и на крају комплетне дигиталне везе, на крају деонице из изобличеног приспелог дигиталног сигнала реконструише оригинално послати дигитални сигнал, при чему се могу јавити и грешке. У случају да је вероватноћа грешке незадовољавајуће велика, може се скратити дужина дигиталних деоница тако да укупна вероватноћа грешке буде задовољавајућа. Ако се не могу увести деонице (нпр. веза са објектима лансираним у Сунчев систем), мора се применити јачи код за контролу грешака чиме се само смањује еквивалентна брзина преноса информација, али се вероватноћа грешке одржава на захтеваном нивоу. Амерички научник Клод Шенон је показао да се кроз сваки канал могу успешно преносити информације уз произвољно малу вероватноћу грешке, али да брзина (тзв. капацитет канала) овога преноса зависи од квалитета канала (Друга Шенонова теорема).

Првобитни пренос сигнала на даљину био је по својој природи дигиталан -- класична телеграфија. Међутим, у даљем развоју телекомуникација -- телефонија, радио и телевизија су искључиво користили аналогни пренос, чему је посебно допринео и развој вакуумских електронских цеви (диода, триода итд.). Запис на медијуме је такође у почетку био аналогни (грамофон, магнетофон, магнетоскоп), али је данас практично у свим подручјима дигитални (компакт дискови, флешеви итд.). Године 1938. Алек Ривс је за пренос говора патентирао поступак импулсно кодоване модулације (ИКМ, енглески Pulse-Code Modulation -- PCM), док су током II светског рата у САД изграђени за војне и друге специјалне примене системи базирани на ИКМ. За јавни телефонски саобраћај ови уређаји су били неекономични и почели су да се примењују тек када су се на тржишту, 60-их година, појавили релативно јефтини транзистори. Године 1962. израђен је први комерцијални ИКМ систем за пренос 24 телефонска канала у САД (по европским стандардима еквивалентни системи данас преносе по 32 канала) по парицама јавне телефонске мреже, користећи само неколико уместо до тада потребне 24 парице. Додатно је примену овога система олакшала могућност да се Пупинови калемови, који су се тада користили, замене одговарајућим регенераторима, а да се при томе не мора вршити никакво даље копање и мењање каблова. Касније су уведени стандарди и дефинисани су системи вишег реда који су омогућили пренос више хиљада телефонских канала. Појам д. телекомуникационе мреже се односи на прелазак с аналогног на дигитални пренос сигнала на даљину и истовремено прелазак на дигиталну комутацију канала у телефонским централама (дигиталне централе су комутациони чворови у којима су се успостављали дигитални канали између позивајућег и позваног говорника).

Још 2005. године започело се у Србији са дигитализацијом телевизијског сигнала. Следећи важан технолошки корак је појава микропроцесора који су економично могли да врше низ обрада неопходних при дигиталном преносу сигнала. Такође се изузетно напредовало у технологији оптичких влакана (светловода) која имају практично неограничен капацитет. Принцип преноса по оптичким влакнима био је познат и раније, али је тек напретком технологије оптичких влакана, извора и детектора светлости, почетком 70-их година прошлог века, дошло до праве „експлозије" у стварању модерног информационог друштва. Данас практично постоји светска „дигитална" мрежа (→ Интернет), где се сви сигнали преносе дигитално. Изузев радио-емисија, које су и даље аналогне, док се у телевизији иде на д., у свему осталом практично доминирају дигиталне телекомуникације, уз постојање неких мањих „острва" где је пренос још увек анaлогни. Прва генерација мобилне телефоније базирана на аналогном преносу ушла је у комерцијалну употребу 1981. Следеће генерације (друга, трећа и даље варијанте) базиране су на дигиталном преносу.

Значајан допринос д. телекомуникационе мреже СФРЈ, СРЈ, СЦГ и Србије, дао је ИРИТЕЛ (основан као Институт Електронске индустрије Еи ИРИ 1967 (→ Ирител) кроз развој и производњу дигиталних мултиплексера и система преноса (уређаја) на бази ИКМ (познати као PCM мултиплексери). Ови мултиплексери су у свом саставу имали склопове за д. говорних канала, склопове за прихватање тада постојећих дигиталних сигнала (телеграфски и телепринтерски сигнали), склопове за мултиплексирање и линијске јединице за прилагођење преноса по бакарним и оптичким кабловима. Под вођством Георгија Лукателе први PCM терминал у СФРЈ развијен је 1968. у Еи ИРИ (садашњи ИРИТЕЛ), када је био представљен на Сајму електронике у Љубљани. Био је то терминал за 24 канала по америчком стандарду. По новом европском стандарду, 32-канални терминал развијен је у истом институту. Први пар терминала пуштен је у рад новембра 1975. на релацији Пожаревац--Костолац. Ова релација је радила до 2004. када је замењена савременијим оптичким системом преноса. После почетне производње у Еи ИРИ, производња тог терминала под називом EI PCM 30/32 настављена је 1978. у Електронској индустрији, фабрици „Пупин". Произведено је више од 5.300 терминала (око 170.000 телефонских канала), инсталирано и пуштено у рад на територији целе СФРЈ. То је била опрема којом је почео процес д. телекомуникационе мреже у СФРЈ. Наравно, поред ове опреме која је у потпуности била резултат домаћег развоја и производње, инсталирана је и опрема иностраних произвођача („Siemens", „Ericsson", „Hasler" итд.). Касније, ширење процеса д. омогућили су новији и савременији ИКМ мултиплексери (тзв. флексибилни мултиплексери) и уређаји за оптички пренос са PDH (Plesiosynchronous Digital Hierarchy) мултиплексерима развијени и произведени у ИРИТЕЛ-у за протоке 8Мбит/с и 34Мбит/с од 1995. до 2000. Даљи развој дигиталних транспортних мрежа преузели су уређаји за оптички пренос по стандардима SDH (Synchronous Digital Hierarchy)) са протоцима 155 Мбит/с, 622 Мбит/с и 2,5 Гбит/с развијени и произведени у ИРИТЕЛ-у од 2000, а у најновије време оптички системи преноса на бази OTN (Optical Transport Network) технологије за пренос 10 Гбит/с и мултиплексирање по таласним дужинама за капацитете 0,4 Tбит/с.

Експериментално дигитално емитовање телевизијског сигнала у Србији је почело у априлу 2005. Стратегија д. телевизијског сигнала је, међутим, донета 2009. усвајањем DVB-T2 (Digital Video Broadcasting -- Terrestrial 2) стандарда за пренос и MPEG-4 p.10 (Moving Picture Experts Group part 10) стандарда за компресију видео-сигнала. Одабрана је архитектура мреже једнофреквенцијског типа SFN (Single Frequency Network) заснована на IP технологији. Иницијална мрежа за терестричко емитовање у наведеним стандардима је почела с радом 2012. Унутар мултиплекса укупног капацитета 36M Мбит/с преносе се програми у стандардној SDTV (Standard Definition TV) и високој резолуцији HDTV (High Definition TV). Искључивање аналогног телевизијског сигнала почело је по зонама расподеле у фебруару 2015. Први аналогни предајник био је искључен у зони Вршац. Коначно искључивање аналогних предајника извршено је у зони Авала 10. VI 2015. и тај дан се обележава као почетак дигиталног емитовања телевизијског сигнала у Србији. Том приликом је ослобођен део спектра, познат под именом дигитална дивиденда, и омогућено увођење нове, четврте, генерације мобилних система. Захваљујући избору, у том тренутку најефикаснијих, стандарда, типа и архитектуре мреже, Србија је, као прва држава у Европи, поред радио-фреквенцијског опсега од 800 МХз, ослободила и опсег 700 МХз (који ће се користити за мобилне системе пете генерације). Значајан допринос д. телевизијског сигнала у Србији дало је, пре свих, министарство одговорно за област телекомуникација, посебно група инжењера у сектору електронских комуникација планирањем стандарда и ТВ канала, као и мреже за дистрибуцију телевизијског сигнала. Пројектовање и реализација терестријалне дигиталне телевизијске мреже извршени су у Јавном предузећу емисиона техника и везе (ЈП ЕТВ) покривањем 98% популације у Србији. Експериментално емитовање дигиталног радијског сигнала у Србији започело је ЈП ЕТВ 24. X 2018. емитовањем три програма Радио- Београда с предајника на Авали у стандарду DAB+ (Digital Audio Broadcasting).

ЛИТЕРАТУРА: Г. Лукатела, Д. Драјић, Г. Петровић и др., Дигиталне телекомуникције, Бг 1984; М. Л. Дукић, Принципи телекомуникација, Бг 2008.

Д. Драјић

*Текст је објављен у 2. књизи III тома Српске енциклопедије (2021)