模拟信号与数字信号

一、基本概念

信号是指有一定意义的、由某个载体传输的数据。

信号的载体包含光信号、声信号和电信号等。例如：当我们说话时，声波是信号传输的载体，声波所表示的数据是信号的意义。人们通过对光、声、电信号的发送和接收，知道双方要表达的数据（消息）。

（一）模拟信号

模拟信号是对日常生活中实体的一种表达方式，在数学上此信号表示为在某区间内连续变化的值。以电话通信为例，进行电话通信时，线路中传送的电信号的大小是随着发话人声音大小、强弱而变化的，好像是在“模仿”人的说话声音。信号的波形是连续的，这种信号就叫作“模拟信号”。

传送模拟信号的通信就叫作“模拟通信”。模拟信号在传输过程中要经过许多设备的处理和转送，这些设备难免要产生一些噪声和干扰。此外，如果是有线传输，线路附近的电气设备也要产生电磁干扰；如果是无线播送，则更加“开放”，空中的各种干扰根本无法抗拒。这些干扰很容易引起信号失真，也会带来一些噪声。这些失真和附加的噪声，还会随着传送距离的增加而积累起来，严重影响通信质量。具体体现在我们打电话时常常遇到听不清、杂音大的现象；电视图像上时有杂色点闪烁等。

（二）数字信号

数字信号是用一连串脉冲来代表所要传送的信息的，不同的脉冲组合代表不同的信息。数字信号在数学上表示为在某区间内离散变化的值。因此，信号的波形是离散的、不连续的，因为脉冲只有有、无两种状态，所以可以用二进制数字，即0和1的组合来代表，信号是二进制数字的形式。

传送数字信号的通信就叫做“数字通信”。

二、通信的数字化

（一）实现通信数字化的初衷

数字通信与模拟通信相比有许多明显的优点：首先是抗干扰的能力强，因为所传送的信息是包含在脉冲的有无之中的，只要干扰或噪声不超过能判断脉冲“有”或“无”的限度，就能保证通信质量；其次是能实现远距离传送，通信距离可以不受限制，这是因为数字通信是采用“再生中继”的方式，就是在传输中可将受到损耗或一定程度损伤的数字信号再生成原来的数字信号，而避免干扰和噪声的积累，这就使得通信的质量不受距离的影响；此外，数字信号能同时适应各种通信业务的要求，即电话、电报、数据、传真、图像等多种信号全都能变成数字信号，在同一个通信网（综合业务数字网）中进行传输。

数字化的通信便于采用大规模、超大规模集成电路；便于缩小通信设备的体积、增强功能、实现加密；便于实现通信网的计算机管理等许多优点。因此通信的数字化是现代通信技术发展的基础，也是实现综合化、宽带化、智能化等的基础。

（二）实现通信的数字化的基本原理

1．信号发送端进行模数变换：

把模拟信号在传送之前先变成数字信号再传送，这个转变的过程叫做“模数变换”。

模拟信号数字化经历三个基本过程：

(1) 第一个过程是“抽样”，就是以相等的间隔时间来抽取模拟信号的样值，使连续的信号变成离散的信号；

(2) 第二个过程叫“量化”，就是把抽取的样值变换为最接近的数字值，表示抽取样值的大小；

(3) 第三个过程是“编码”，就是把量化的数值用一组二进制的数码来表示。

经过这样三个过程可以完成模拟信号的数字化，这种方法叫作“脉冲编码”。

2．信号接收端进行数模变换：

数字信号传送到接收端后，需要有一个还原的过程，即把收到的数字信号再变回模拟信号，为接收者所能理解，这个过程叫作“数模变换”。经过还原后的信号可再现原始的声音或图像信息。