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什么是数字信号和模拟信号

根据信号方式的不同,通信可分为模拟通信和数字通信。模拟数据(Analog Data)是由传感器采集得到的连续变化的值,例如温度、压力,以及目前在电话、无线电和电视广播中的声音和图像。数字数据(Digital Data)则是模拟数据经量化后得到的离散的值,例如在计算机中用二进制代码表示的字符、图形、音频与视频数据。目前,ASCII美国信息交换标准码(American Standard Code for Information Interchange)已为ISO国际标准化组织和CCITT国际电报电话咨询委员会所采纳,成为国际通用的信息交换标准代码,使用7位二进制数来表示一个英文字母、数字、标点或控制符号;图形、音频与视频数据则可分别采用多种编码格式。

数字信号与模拟信号的不同

数字信号是一种离散的、脉冲有无的组合形式,是负载数字信息的信号。电报信号就属于数字信号。现在最常见的数字信号是幅度取值只有两种(用0和1代表)的波形,称为“二进制信号”。“数字通信”是指用数字信号作为载体来传输信息,或者用数字信号对载波进行数字调制后再传输的通信方式。数字通信与模拟通信相比具有明显的优点:首先是抗干扰能力强。模拟信号在传输过程中和叠加的噪声很难分离,噪声会随着信号被传输、放大、严重影响通信质量。数字通信中的信息是包含在脉冲的有无之中的,只要噪声绝对值不超过某一门限值,接收端便可判别脉冲的有无,以保证通信的可靠性。其次是远距离传输仍能保证质量。因为数字通信是采用再生中继方式,能够消除噪音,再生的数字信号和原来的数字信号一样,可继续传输下去,这样通信质量便不受距离的影响,可高质量地进行远距离通信。此外,它还具有适应各种通信业务要求(如电话、电报、图像、数据等),便于实现统一的综合业务数字网,便于采用大规模集成电路,便于实现加密处理,便于实现通信网的计算机管理等优点。

不同的数据必须转换为相应的信号才能进行传输:

模拟数据一般采用模拟信号。例如用一系列连续变化的电磁波(如无线电与电视广播中的电磁波),或电压信号(如电话传输中的音频电压信号)来表示;数字数据则采用数字信,例如用一系列断续变化的电压脉冲(如我们可用恒定的正电压表示二进制数1,用恒定的负电压表示二进制数0),或光脉冲来表示。 当模拟信号采用连续变化的电磁波来表示时,电磁波本身既是信号载体,同时作为传输介质;而当模拟信号采用连续变化的信号电压来表示时,它一般通过传统的模拟信号传输线路(例如电话网、有线电视网)来传输。 当数字信号采用断续变化的电压或光脉冲来表示时,一般则需要用双绞线、电缆或光纤介质将通信双方连接起来,才能将信号从一个节点传到另一个节点。

模拟信号与数字信号之间的相互转换

模拟信号和数字信号之间可以相互转换:模拟信号一般通过PCM脉码调制(Pulse Code Modulation)方法量化为数字信号,即让模拟信号的不同幅度分别对应不同的二进制值,例如采用8位编码可将模拟信号量化为2^8=256个量级,实用中常采取24位或30位编码;数字信号一般通过对载波进行移相(Phase Shift)的方法转换为模拟信号。 计算机、计算机局域网与城域网中均使用二进制数字信号,目前在计算机广域网中实际传送的则既有二进制数字信号,也有由数字信号转换

而得的模拟信号。但是更具应用发展前景的是数字信号。

实现数字通信,必须使发送端发出的模拟信号变为数字信号,这个过程称为“模数变换”。模拟信号数字化最基本的方法有三个过程,第一步是“抽样”,就是对连续的模拟信号进行离散化处理,通常是以相等的时间间隔来抽取模拟信号的样值。第二步是“量化”,将模拟信号样值变换到最接近的数字值。因抽样后的样值在时间上虽是离散的,但在幅度上仍是连续的,量化过程就是把幅度上连续的抽样也变为离散的。第三步是“编码”,就是把量化后的样值信号用一组二进制数字代码来表示,最终完成模拟信号的数字化。数字信号送入数字网进行传输。接收端则是一个还原过程,把收到的数字信号变为模拟信号,即“数据摸变换”,从而再现声音或图像。

如果发送端发出的信号本来就是数字信号,则用不着进行模数变换过程,数字信号可直接进入数字网进行传输。

由于人们对各种通信业务的需求迅速增加,数字通信正向着小型化、智能化、高速大容量的方向迅速发展,最终必将取代模拟通信。

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