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数字信号

数字信号

分类: 通信
属性: 技术
最后修改时间: 2014年03月05日
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数字信号指自变量是离散的、因变量也是离散的信号,这种信号的自变量用整数表示,因变量用有限数字中的一个数字来表示。在计算机中,数字信号的大小常用有限位的二进制数表示,例如,字长为2位的二进制数可表示4种大小的数字信号,它们是00、01、10和11;若信号的变化范围在-1~1,则这4个二进制数可表示4段数字范围,即[-1, -0.5)、[-0.5, 0)、[0, 0.5)和[0.5, 1]。

数字信号

数字信号指自变量是离散的、因变量也是离散的信号,这种信号的自变量用整数表示,因变量用有限数字中的一个数字来表示。在计算机中,数字信号的大小常用有限位的二进制数表示,例如,字长为2位的二进制数可表示4种大小的数字信号,它们是00、01、10和11;若信号的变化范围在-1~1,则这4个二进制数可表示4段数字范围,即[-1, -0.5)、[-0.5, 0)、[0, 0.5)和[0.5, 1]。
由于数字信号是用两种物理状态来表示0和1的,故其抵抗材料本身干扰和环境干扰的能力都比模拟信号强很多;在现代技术的信号处理中,数字信号发挥的作用越来越大,几乎复杂的信号处理都离不开数字信号;或者说,只要能把解决问题的方法用数学公式表示,就能用计算机来处理代表物理量的数字信号。

基本信息

数字信号概述

数字信号指自变量是离散的、因变量也是离散的信号,这种信号的自变量用整数表示,因变量用有限数字中的一个数字来表示。在计算机中,数字信号的大小常用有限位的二进制数表示,例如,字长为2位的二进制数可表示4种大小的数字信号,它们是00、01、10和11;若信号的变化范围在-1~1,则这4个二进制数可表示4段数字范围,即[-1, -0.5)、[-0.5, 0)、[0, 0.5)和[0.5, 1]。
数字信号与离散时间信号的区别在因变量。离散时间信号的自变量是离散的、因变量是连续的,其自变量用整数表示,因变量用与物理量大小相对应的数字表示。离散时间信号的大小用有限位二进制数表示后,就是数字信号。
对于离散时间信号x(n)=sin(0.3n),当自变量n=6时,因变量x(6)=sin(0.3×6)≈0.9738;若用2位二进制把它转变为数字信号,根据[-1, -0.5)、[-0.5, 0)、[0, 0.5)和[0.5, 1]对应00、01、10和11,用二进制数11表示0.9738最合适。
在学习和研究数字信号理论时,用二进制数表示信号是很麻烦的;为了方便,这时人们一般把离散时间信号当作数字信号,而不考虑它们之间的区别。
由于数字信号是用两种物理状态来表示0和1的,故其抵抗材料本身干扰和环境干扰的能力都比模拟信号强很多;在现代技术的信号处理中,数字信号发挥的作用越来越大,几乎复杂的信号处理都离不开数字信号;或者说,只要能把解决问题的方法用数学公式表示,就能用计算机来处理代表物理量的数字信号。
数字信号特点:抗干扰能力强、无噪声积累。
在模拟通信中,为了提高信噪比,需要在信号传输过程中及时对衰减的传输信号进行放大,信号在传输过程中不可避免地叠加上的噪声也被同时放大。随着传输距离的增加,噪声累积越来越多,以致使传输质量严重恶化。
对于数字通信,由于数字信号的幅值为有限个离散值(通常取两个幅值),在传输过程中虽然也受到噪声的干扰,但当信噪比恶化到一定程度时,即在适当的距离采用判决再生的方法,再生成没有噪声干扰的和原发送端一样的数字信号,所以可实现长距离高质量的传输。
便于加密处理
信息传输的安全性和保密性越来越重要,数字通信的加密处理的比模拟通信容易得多,以话音信号为例,经过数字变换后的信号可用简单的数字逻辑运算进行加密、解密处理。
便于存储、处理和交换
数字通信的信号形式和计算机所用信号一致,都是二进制代码,因此便于与计算机联网,也便于用计算机对数字信号进行存储、处理和交换,可使通信网的管理、维护实现自动化、智能化。
设备便于集成化、微型
数字通信采用时分多路复用,不需要体积较大的滤波器。设备中大部分电路是数字电路,可用大规模和超大规模集成电路实现,因此体积小、功耗低。
便于构成综合数字网和综合业务数字网
采用数字传输方式,可以通过程控数字交换设备进行数字交换,以实现传输和交换的综合。另外,电话业务和各种非话业务都可以实现数字化,构成综合业务数字网。
占用信道频带较宽
一路模拟电话的频带为4kHz带宽,一路数字电话约占64kHz,这是模拟通信目前仍有生命力的主要原因。随着宽频带信道(光缆、数字微波)的大量利用(一对光缆可开通几千路电话)以及数字信号处理技术的发展(可将一路数字电话的数码率由64kb/s压缩到32kb/s甚至更低的数码率),数字电话的带宽问题已不是主要问题了。
以上介绍可知,数字通信具有很多优点,所以各国都在积极发展数字通信。近年来,我国数字通信得到迅速发展,正朝着高速化、智能化、宽带化和综合化方向迈进。

模拟信号

信号波形模拟随着信息的变化而变化,模拟信号其特点是幅度连续(连续的含义是在某一取值范围内可以取无限多个数值)。模拟信号,其信号波形在时间上也是连续的,因此它又是连续信号。模拟信号按一定的时间间隔T抽样后的抽样信号,由于其波形在时间上是离散的,但此信号的幅度仍然是连续的,所以仍然是模拟信号。电话、传真、电视信号都是模拟信号。
信号抽样后时间离散,但辐值不离散。常见的抽样信号是周期矩形脉冲和周期冲激脉冲抽样。模拟信号在整个时间轴上都是有定义的,在“没有幅值”的区域的意义是幅值为零。而离散时间信号只在离散时刻上才有定义,其他地方没有定义,和幅值为零是不同概念,这两种信号在时间轴看上去很相似,其实是以不同类型的系统为基础的两种有本质区别的信号。直观的说,离散时间信号的横轴可以认为已经不代表时间了。

数字信号

数字信号其特点是幅值被限制在有限个数值之内,它不是连续的而是离散的。二进码,每一个码元只取两个幅值(0,A):四进码,每个码元取四(3、1、-1、-3)中的一个。这种幅度是离散的信号称数字信号。

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