通信系统/模拟与数字

通信系统

如今，关于“模拟”和“数字”等流行语有很多讨论。当然，有兴趣创建新的通信系统的工程师应该了解它们之间的区别。哪一种更好，模拟还是数字？它们有什么区别？每种技术的优缺点是什么？本章将探讨这些问题的答案。

它们是什么？

模拟信号到底是什么，数字信号又是什么？

模拟: 模拟信号在时间和值上都是连续的。模拟信号在许多系统中被使用，尽管随着廉价数字信号的出现，模拟信号的使用已经减少。所有自然信号本质上都是模拟信号，或者模拟信号是在 Y 轴上的幅度随 X 轴上的时间变化的信号……

数字: 数字信号在时间和值上都是离散的。数字信号是由二进制数字“1”或“0”表示的信号。1 和 0 值可以对应于不同的离散电压值，任何不完全符合该方案的信号都将被四舍五入。

或者数字信号是在 Y 轴上具有特定或固定值随 X 轴上的时间变化的信号……

数字信号是代表连续时间信号的采样、量化和编码版本。此外，一些技术还使信号经过加密，以使系统对信道更加容忍。

每种模式都有自己的优点和问题。

模拟: 模拟系统对噪声的容忍度较低，充分利用带宽，并且易于进行数学运算。但是，模拟信号需要硬件接收机和发射机，这些接收机和发射机要专门设计以完美匹配特定的传输。
数字: 数字信号对噪声的容忍度更高，但数字信号在存在过多噪声的情况下可能会完全损坏。在数字信号中，噪声会导致 1 被解释为 0，反之亦然，这会导致接收到的数据与原始数据不同。想象一下，如果军队通过数字方式向导弹传输位置坐标，并且接收到了一个错误的位。这个单个位的错误会导致导弹偏离目标数英里。幸运的是，有一些系统可以防止这种情况发生，例如校验和和 CRC，它们告诉接收方何时位被损坏，并要求发送方重新发送数据。数字信号的主要优点是它们可以通过简单、标准化的接收机和发射机进行处理，并且信号随后可以在软件中处理（与更改软件相比，这相对便宜）。

离散数据具有一组固定的可能值。
数字数据是一种离散数据类型，其中固定值可以是 1 或 0。
模拟数据可以取任何实数值。

从模拟数据转换为数字数据的过程称为“采样”。从数字信号重新创建模拟信号的过程称为“重建”。本书不会深入探讨这两个主题，尽管其他有关 EE 主题的书籍可能会涉及，例如 A 级物理学 (高级物理学)/数字化。