В цифровых системах передача сигнала идет в виде двоичных данных, так как параметр сигнала может принимать только два значения. Цифровые сигналы так же, как и аналоговые, подвержены ослаблению и воздействию шумов. Поскольку цифровые сигналы дискретны, то при прохождении их через канал необходимо отмечать только отсутствие или наличие сигнального импульса. Цифровые сигналы можно полностью реконструировать прежде, чем они исказятся настолько, что их точное восстановление будет выполнено с большой вероятностью ошибки. Для восстановления параметров сигналов используются регенераторы, устанавливаемые через определенные промежутки цифрового тракта.

Для передачи интегральной информации целесообразно использовать цифровые телефонные каналы, где полоса пропускания и скорость передачи спроектированы для передачи речевых сообщений. Для передачи данных, видео, высококачественного звука необходимо пользоваться объединением выделенных полос, или цифровой иерархией. Основой для цифрового телефонного сигнала является канал 64 кбит/сек, который возглавляет иерархию каналов передачи. Существует две принципиально разных структуры иерархии — американская и европейская. В европейской системе мультиплексирование производится всегда ступенями по четыре, в американской оно меняется.

Для превращения аналоговых сигналов в цифровые строки из двоичных значений используются различные методы. Первый широко используемый подход называется импульсно-кодовой модуляцией (ИКМ). Основой этого метода является то, что между аналоговым сигналом и преобразованным цифровым существует взаимно однозначное соответствие, если аналоговый сигнал дискретизировать с частотой в два раза большей максимальной частоты его спектра. В промышленности принята стандартная частота дискретизации, равная 8000 Гц. В общем случае аналоговый сигнал проходит через устройство дискретизации, т.е. производятся мгновенные замеры амплитуды сигнала с частотой, большей, удвоенная максимальная частота спектра сигнала. Далее сигнал, соответствующий второму классу, проходит через устройство квантования, в котором произвольные значения амплитуды замеров дискретизируются по значениям конечного множества. Обычно бывает до 256 таких дискретных значений. Очевидно, чем больше число возможных дискретных значений, тем меньше искажений претерпит сигнал и, следовательно, тем точнее он будет соответствовать исходному аналоговому сигналу. После квантования получается сигнал четвертого класса. Последним этапом преобразования сигнала в устройстве передатчика является кодирование – разложение каждого квантованного значения на двоичные символы. По сути его можно представить как преобразование десятичного числа в двоичное. Длина этой двоичной комбинации определяется количеством возможных квантованных значений.

Цифровой сигнал может быть искажен различными способами. Так, помимо искажений в канале, ошибки возникают из-за процедуры квантования значений дискретных отсчетов аналогового сигнала. Ее можно было бы устранить путем поднятия частоты дискретизации и увеличения числа уровней квантования. Это, однако, потребует более дорогостоящих компонентов и более широкой полосы пропускания канала. Другим широко применяемым методом цифровой передачи является метод дифференциальной импульсно-кодовой модуляции (ДИКМ). В канал передаются не фактические отображения аналогового сигнала, а только разница между соседними отсчетами. Это основано на структуре аналогового сигнала, чья амплитуда меняется сравнительно медленно и величина разницы между двумя отсчетами значительно меньше амплитуды самого сигнала. Следовательно, значения этой разницы можно кодировать не 8 битами, а меньше (например, четырьмя).

Важным преимуществом ИКМ является ее малая чувствительность к шумовым помехам, поскольку на промежуточных пунктах регенерации сигнала достаточно просто отличать ноль от единицы. При правильном различении все наложенные помехи сглаживаются.