數字傳輸系統採用脈碼調制PCM體制.其原理為:將模擬信號在某個采樣周期T進行采樣;采樣的脈沖信號編碼成為數字信號;數字信號解碼後成為脈沖信號;還原後又成為模擬信號!
B. 什麼是模擬信號
模擬數據是一種連續變化的值,由感測器獲取,例如溫度、壓力等。在通信技術中,模擬數據如電話、無線電和電視廣播中的聲音和圖像,以連續變化的電磁波或電壓信號表示。
數字數據則是模擬數據經過量化處理,轉變為離散值,如計算機中的二進制代碼表示的字元、圖形、音頻與視頻數據。目前,ASCII碼已為國際標准化組織和國際電報電話咨詢委員會採納,成為通用的信息交換標准代碼。
模擬信號與數字信號是兩種不同的數據傳輸方式。模擬數據通常採用模擬信號,如無線電與電視廣播中的電磁波,或電話傳輸中的音頻電壓信號。而數字數據則採用數字信號,如斷續變化的電壓脈沖。
模擬信號傳輸時,電磁波或信號電壓既是信號載體,也是傳輸介質。而數字信號傳輸時,通常需要通過雙絞線、電纜或光纖介質將通信雙方連接起來。
模擬信號與數字信號之間可以相互轉換。模擬信號通常通過PCM脈碼調制方法量化為數字信號,數字信號則可通過載波移相轉換為模擬信號。
計算機及其網路中使用二進制數字信號,而實際傳輸的數據既有二進制數字信號,也有由數字信號轉換而來的模擬信號。未來,數字信號的應用前景更為廣闊。
C. 什麼叫模擬信號什麼叫數字信號區別是什麼
信號家族兩兄弟
信號是運載消息的工具,是消息的載體。從廣義上講,它包含光信號、聲信號和電信號等。例如,古代人利用點燃烽火台而產生的滾滾狼煙,向遠方軍隊傳遞敵人入侵的消息,這屬於光信號;當我們說話時,聲波傳遞到他人的耳朵,使他人了解我們的意圖,這屬於聲信號;遨遊太空的各種無線電波、四通八達的電話網中的電流等,都可以用來向遠方表達各種消息,這屬電信號。人們通過對光、聲、電信號進行接收,才知道對方要表達的消息。
在信號這個大家族中,有兩兄弟特別引人注目,就是「模擬」和「數字」。
什麼是「模擬」?
「模擬」是「數字」的兄長。
「模擬」是對我們生活的實體的一種表達方式。
比如說你在看一本書,白紙黑字映入你的眼簾,在你的大腦中就會有反應,你從書中知道了一些東西,我們說印在紙上的字是一種「模擬」。與此相類似,你用筆在紙上記下的一個電話號碼或是寫下的一首詩歌,還有刻在石頭上的古代碑文,這些都是「模擬」。除了文字以外,我們在生活中還能見到許多「模擬」的東西,比如說一幅風景畫,又比如說你在電視上或是電影院的屏幕上看到聽到了孩子們的歡歌笑語,你在電話里聽到了朋友的聲音。
「模擬」需要載體或是信息的存儲媒體,比如說一張白紙,又比如說是一盒膠卷。
「模擬」需要工具,比如說你有一台電視機,那麼電視機的熒光屏和喇叭都屬於模擬設備。
「模擬」需要傳播方式,比如說你可以和一個十幾米外的朋友說話,但是如果你的朋友在幾百公里以外,你就不得不需要電話,電話網通過「模擬信號」將你的聲音傳到了幾百公里甚至幾千公里以外。
什麼是「數字」?
類似於「模擬」,數字也是我們生活中的實體的一種表達方式。
你可以用筆在紙上記下一個電話號碼,也可以把這個電話號碼輸入你的計算機存儲器;你可以看一本印刷成冊的書,也可以看存儲在CD-ROM中的電子出版物;你可以聽收音機播放的音樂,也可以聽一盤音樂光碟(CD)。
數字信息的最小度量單位叫做「比特」,有時也叫「位」,意即二進制的一位。在媒體中傳輸的訊號是以比特的電子形式組成你的數據。
比特的定義是:比特是一種存在的狀態:開或關,真或偽,上或下,入或出,黑或白。出於實用的目的,我們把比特想成1或0。
應該說這個定義相當准確,但一個在電腦和英語方面知識程度不高的人仍然沒有弄懂「比特」究竟是什麼。
「比特」是英語bit一詞的音譯。bit一詞是由binary(二進制的)和digit(數字)兩個詞壓縮而成的,所以bit即「二進制數字」,亦即0和1。「數字時代」准確的意思是「二進制數字時代」或「比特時代」那麼這0和1到底是什麼意思呢?我們從一個簡單的例子說起。
在使用電腦的時候,我們可以根據我們的需要和喜好,通過一些位於顯示器底部的旋鈕來調節顯示圖形,在這些旋鈕下面,分別寫著center(居中度)、size(大小)、brightness(亮度)、contrast(對比度)。這些調節都有一定的可調幅度,我們可能在這個幅度內任意選擇哪一種居中度、大小等。除這些旋鈕外,還有一個「機關」卻不是這樣,這個機關的兩邊分別寫著0和1。這就是顯示屏的開關。它沒有調節幅度,通過它我們只能選擇非此即彼的兩種狀態:開(on)和關(off)。顯示屏的亮度、對比度等都有兩個極點,在這兩個極點之間的「值」是多值性的。而開關的周期只有兩個值,即它的兩個極點。「進制」的「進」,就是周期所包含的「值」。比如「十進制」數字,就是一個變化周期里包含十個「值」數字。同樣道理,二進制數字就是變化周期里包含二個值的數字。我們採用何種「進制」對一種事物的存在狀態計數,表面上,要看衡量事物狀態的「值」的多少,其實「進制」與事物的狀態值並無必然的、唯一的關聯。事實上,電腦完全可以用0和1這兩個數字將多進制狀態的「值」表示或「翻譯」出來。數是抽象的,但數的觀念卻源於人的具體的感覺經驗。我們對於十進制計數方法習以為常。當一個人說「一年有12個月」這句話時,他可能覺得「12」這個數字唯一正確地表示了一年的月份數。進而他可能會認為,數字與事物的數量同樣都是客觀的--除了說一年有12個月,你還能說一年有多少個月?
這是對於數字本質的一種似是而非的看法。極端地說,對於「一年有多少個月」這個問題,可以有很多不同的「答案」。這樣說聽起來簡直荒唐透頂,細究起來卻並不然。當我們採用不同進制來表示事物的數量時,我們對事物的數量就可以說出不同的「答案」,而且這些「答案」都是對的。比如可以說一人有65歲,也可說他有01000001歲。只是後一種說法我們聽起來相當別扭,因為我們早已習慣了用十進制數字來表達數量。如果採用「六進制」數字(世界上似乎還沒有哪個民族採用過這種進制的數字),那麼就可以說一年有二「六」個月。如果螃蟹有朝一日進化到與人接近的水平,它們很可能採用「八進制數字」來計數,那麼在它們看來,一年就有一「八」又四個月。
這樣說並非完全是開玩笑。我只是想說明,「數字」其實並非我們通常所認為的那樣「客觀」。說到底,它是人對於客觀事物的數量的主觀映象。
除了「比特」(bit),我們還經常會遇到幾個數字信息度量單位。位元組(byte)是一種比「比特」更抽象或是高級的度量單位,一般來說,一個位元組有8位,即8個比特。還有三個縮寫,「K」、「M」和「G」。1K=1024,在中文裡我們通常叫它「千」;1M=1024×1K,在中文裡我們通常叫它「兆」;1G=1024×1M,在中文裡我們通常叫它「千兆」或者「吉」。
比特(位)通常用於數據在網路上傳輸的情況下,比如我們一般都說這條電話線一秒鍾可以傳送9600比特的二進制流,而不是說1200位元組。位元組通常用在數據的存儲系統中,比如說這個文件的大小是2M,這里指的是位元組而不是比特,又比如是1.44M軟盤、20G硬碟,指的也是位元組。
模擬信號和數字信號有著很大的區別。模擬信號是用連續變化的數值來表示要說明的信息;數字信號是用有限個「0」和「1」的代碼來表示信息中某一個字元,當很多字元組合起來時,才能表達完整的信息。
D. 什麼是模擬數據
模擬數據是指用連續變化的物理量表示的信息。模擬數據分布於自然界的各個角落,如每天溫度的變化。
模擬數據的模擬信號調制
模擬數據以模擬信號傳輸時可以直接在模擬信道上傳輸,但是,出於天線尺寸和抗干擾等諸多問題的考慮,一般也需要進行調制,其輸出信號是一種帶有輸入數據的、頻率極高的模擬信號。其調制技術有三種:調幅、調頻和調相,其中最常用的是調幅和調頻,如調頻廣播。
(1)幅度調制
幅度調制是指載波的幅度會隨著原始模擬數據的幅度變化而變化的技術。載波的幅度會在整個調制過程中變化,而載波的頻率是相同的。
(2)頻率調制
頻率調制是一種使高頻載波的頻率隨著原始模擬數據的幅度變化而變化的技術。載波的頻率會在整個調制過程中波動,而載波的幅度是相同的。
模擬數據的數字信號編碼
由於數字信號傳輸具有失真小、誤碼率低、價格低和傳輸速率高等特點,所以常把模擬數據轉換為數字信號來傳輸。將模擬數據轉換為數字信號最常見的方法是脈沖編碼調制PCM(Pulse Code Molation)技術,它包括3個步驟:采樣、量化和編碼,如圖1-1所示。
圖1-1 脈沖編碼調制過程
PCM的理論基礎是奈奎斯特(Nyquist)采樣定理:若對連續變化的模擬信號進行周期性采樣,只要采樣頻率大於等於有效信號最高頻率或其帶寬的兩倍,則采樣值便可包含原始信號的全部信息,可以從這些采樣中重新構造出原始信號。例如,標準的電話信號的最高頻率為3.4KHz,采樣頻率常取8KHz。
①采樣。根據采樣頻率,隔一定的時間間隔採集模擬信號的值,得到一系列模擬值。
②量化。將采樣得到的模擬值按一定的量化級(圖1-1例採用8級)進行「取整」,得到一系列離散值。
③編碼。將量化後的離散值數字化,得到一系列二進制值;然後將二進制值進行編碼,得到數字信號。
經過上面的處理過程,原來的模擬信號經PCM編碼後得到如圖1-1所示的系列二進制數據。
模擬數據與數字數據
模擬數據的特點足在某時段內其數值是連續的,如語音。當人說話時,會在空氣中形成模擬形式的聲波。通過麥克風接收後,轉換為模擬信號或者再進行采樣轉換為數字信號。數字數據的特點是其數值是離散的,如文字形式中的字元、漢字等,其巾最典型例子是以0和1形式存儲在計算機中的數據。
參考文獻
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譚浩強叢書主編.第八章 計算機網路基礎 計算機與信息技術應用教程(第二版).清華大學出版社,2007.11.
E. 模擬信號和數字信號各有什麼優缺點
模擬信號
優點:模擬信號的主要優點是其精確的解析度,在理想情況下,它具有無窮大的解析度。與數字信號相比,模擬信號的信息密度更高。由於不存在量化誤差,它可以對自然界物理量的真實值進行盡可能逼近的描述。
模擬信號的另一個優點是,當達到相同的效果,模擬信號處理比數字信號處理更簡單。模擬信號的處理可以直接通過模擬電路組件(例如運算放大器等)實現,而數字信號處理往往涉及復雜的演算法,甚至需要專門的數字信號處理器。
缺點:模擬信號的主要缺點是它總是受到雜訊(信號中不希望得到的隨機變化值)的影響。信號被多次復制,或進行長距離傳輸之後,這些隨機雜訊的影響可能會變得十分顯著。
雜訊效應會使信號產生有損。有損後的模擬信號幾乎不可能再次被還原,因為對所需信號的放大會同時對雜訊信號進行放大。
數字信號
優點:抵抗材料本身干擾和環境干擾的能力都比模擬信號強,即使因干擾信號的值超過閡值范圍而出現了誤碼,只要採用一定的編碼技術,也很容易將出錯的信號檢測出來並加以糾正因此,與模擬信號相比,數字信號在傳輸過程中具有更高的抗干擾能力,更遠的傳輸距離,且失真幅度小。
便於加密處理,便於存儲、處理和交換,設備便於集成化、微型,便於構成綜合數字網和綜合業務數字網,佔用信道頻帶較寬。
缺點:演算法復雜。
拓展資料
數字信號特點:抗干擾能力強、無雜訊積累。
在模擬通信中,為了提高信噪比,需要在信號傳輸過程中及時對衰減的傳輸信號進行放大,信號在傳輸過程中不可避免地疊加上的雜訊也被同時放大。隨著傳輸距離的增加,雜訊累積越來越多,以致使傳輸質量嚴重惡化。
對於數字通信,由於數字信號的幅值為有限個離散值(通常取兩個幅值),在傳輸過程中雖然也受到雜訊的干擾,但當信噪比惡化到一定程度時,即在適當的距離採用判決再生的方法,再生成沒有雜訊干擾的和原發送端一樣的數字信號,所以可實現長距離高質量的傳輸。