Analoge vs. digitale Signale: Unterschied und Vergleich

Key Take Away

1. Wellenform: Analoge Signale werden durch kontinuierliche Wellen dargestellt, die sich im Laufe der Zeit sanft ändern. Digitale Signale sind diskrete Dateneinheiten, die durch diskrete Ein-/Aus-Impulse oder Spannungspegel dargestellt werden.
2. Datenübertragung: Analoge Daten werden in ihrer ursprünglichen Form als modulierte Wellen übertragen. Digitale Daten werden vor der Übertragung als Binärziffern (1en und 0en) kodiert.
3. Lärmtoleranz: Analoge Signale sind während der Übertragung anfälliger für Verschlechterung und Rauschen. Digitale Signale weisen aufgrund diskreter Quantisierungsstufen eine höhere Störfestigkeit auf.

Was sind analoge Signale?

Analoge Signale sind kontinuierliche, zeitlich veränderliche Signale, die reale physikalische Größen darstellen. Sie zeichnen sich durch ihre glatte und kontinuierliche Wellenform aus, die innerhalb eines bestimmten Bereichs jeden Wert annehmen kann. Analoge Signale werden üblicherweise zur Übertragung und Verarbeitung von Informationen in verschiedenen Bereichen verwendet, einschließlich Telekommunikation, Audio- und Videosystemen und Instrumentierung.

Analoge Signale können innerhalb eines vorgegebenen Bereichs unendlich viele Werte annehmen. Das Signal ändert sich im Laufe der Zeit sanft und kontinuierlich und ermöglicht so ein breites Spektrum an Präzision und Detailgenauigkeit. Sie werden durch Wellenformen wie Sinuswellen oder komplexe Wellenformen dargestellt, die die zeitliche Änderung der Amplitude (Stärke) des Signals darstellen. Sie stellen physikalische Größen direkt dar. In Audiosystemen stellt ein analoges Signal beispielsweise die kontinuierlichen Änderungen des Luftdrucks dar, die den von einem Musikinstrument oder einer Stimme erzeugten Schallwellen entsprechen.

Was sind digitale Signale?

Digitale Signale sind diskrete, nicht kontinuierliche Signale, die Informationen mithilfe einer Reihe binärer Ziffern oder Bits darstellen. Im Gegensatz zu analogen Signalen, die jeden beliebigen Wert innerhalb eines Bereichs annehmen können, verfügen digitale Signale über eine begrenzte Menge diskreter Werte, die als Nullen und Einsen dargestellt werden. Diese Signale werden häufig in verschiedenen digitalen Systemen verwendet, darunter Computer, Telekommunikation und digitale Elektronik.

Digitale Signale haben einen begrenzten Satz diskreter Werte. Jeder Wert stellt eine Binärziffer (Bit) dar, die entweder 0 oder 1 sein kann. Die Binärziffern werden zu Binärzahlen zusammengefasst und ermöglichen so die Darstellung verschiedener Werte oder Zustände. Sie werden durch einen Prozess namens Sampling gewonnen, bei dem das kontinuierliche Analogsignal in regelmäßigen Abständen gemessen wird. Die abgetasteten Werte werden dann quantisiert und anhand ihrer Amplitude oder Intensität diskrete digitale Werte zugewiesen.

Unterschied zwischen analogen und digitalen Signalen

1. Analoge Signale sind kontinuierlich und stellen reale physikalische Größen direkt dar, während digitale Signale diskret sind und Informationen mithilfe einer Reihe binärer Ziffern oder Bits darstellen.
2. Analoge Signale können unendlich viele Variationen aufweisen und bieten eine kontinuierliche Darstellung des Signals, was eine hohe Präzision und Genauigkeit ermöglicht. Digitale Signale haben diskrete Werte, was zu Quantisierungsfehlern und eingeschränkter Präzision führen kann.
3. Analoge Signale sind anfälliger für Rauschen und Interferenzen, die bei der Übertragung und Verarbeitung zu Verzerrungen führen können. Digitale Signale weisen eine höhere Störfestigkeit auf, da sie auch bei Vorhandensein von Rauschen genau rekonstruiert werden können.
4. Analoge Signale erfordern spezielle analoge Schaltkreise zur Verarbeitung und Speicherung. Digitale Signale hingegen können mit digitalen Systemen wie Computern und digitalen Speichergeräten leicht verarbeitet, manipuliert und gespeichert werden.
5. Bei analogen Signalen kann es bei Übertragungen über große Entfernungen aufgrund von Faktoren wie Dämpfung und Rauschen zu einer Verschlechterung und einem Qualitätsverlust kommen. Digitale Signale können ohne Qualitätsverlust übertragen und wiedergegeben werden, sofern der Rauschpegel in akzeptablen Grenzen liegt.

Vergleich zwischen analogen und digitalen Signalen

Vergleichsparameter	Analoge Signale	Digitale Signale
Vertretung	Stellt reale physikalische Größen direkt mit einem kontinuierlichen Wertebereich dar.	Stellt Informationen mithilfe einer Reihe diskreter Binärziffern (Bits) dar.
Präzision	Bietet hohe Präzision und Genauigkeit aufgrund der kontinuierlichen Natur des Signals.	Kann zu Quantisierungsfehlern führen und ist im Vergleich zu analogen Signalen nur begrenzt präzise.
Signalvariation	Kann unendlich viele Variationen haben und eine kontinuierliche Darstellung des Signals liefern.	Hat diskrete Werte und begrenzte Variationen, da es aus einer endlichen Anzahl binärer Ziffern besteht.
Geräuschunempfindlichkeit	Anfälliger für Rauschen und Störungen bei der Übertragung und Verarbeitung.	Höhere Störfestigkeit, da sie selbst bei Vorhandensein von Rauschen genau rekonstruiert werden kann.
Verarbeitung und Lagerung	Für die Verarbeitung und Speicherung sind spezielle analoge Schaltkreise erforderlich.	Kann mit digitalen Systemen und Technologien einfach verarbeitet, manipuliert und gespeichert werden.

Literaturhinweise

1. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0168900298009863?casa_token=Rg8fPsvjoEIAAAAA:3inv4jz8r9Osm0EnI9lmiwEf8PGfurN-_5XHVg9gGsJA2uDsHpqPXtYMgLzffiRswx5K5Ny_Gw