模拟信号与数字信号

如果你向平静的池塘中投一块小石头，水面上便会激起一圈一圈的水波，延绵起伏，向外传播。这就是我们常见的波动现象。声音也是一种波，我们能听得到，但是看不见。如果要把它表示出来，也是一条延绵起伏的波动线，不同的声音有不同的波动线。在信息技术中，一般是把声音信号转换成电信号来传播的。用话筒这类声电转换设备转换成的电信号，表示出来也是一条波动线，而且是同声音信号波动线几乎“一模一样”的波动线。这样的电信号被接受器收到后，再由扬声器转回成声音，这种转换方式称作模拟方式，转换成的电信号称为模拟信号。

近百年来，无论是有线相连的电话，还是无线发送的广播电视，都是用模拟方式来传递信号的。照说模拟信号同原来的信号在波形上几乎“一模一样”，似乎应该达到很好的传播效果。然而，事实恰恰相反，我们打电话时常常遇到听不清、杂音大的现象；广播电台播出的交响乐，听起来同去现场听乐队演奏相比总有欠缺；电视图像上也时有杂色点出现。这是什么原因呢？

原来，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。

对此，人们想了许多办法。一种办法是采取各种措施来抗干扰，如提高信息处理设备的质量，尽量减少它产生的噪声；又如给传输线加上屏蔽；再如采用调频载波来代替调幅载波等。但是，这些办法都不能从根本上解决干扰的问题。另一种办法是设法去除信号中的噪声，把失真的信号恢复过来。但是，对于模拟信号来说，由于无法从已失真的信号较准确地推知出原来不失真的信号，因此这种办法不很有效，有时甚至越弄越糟。

此外，模拟信号在传输过程中保密性差，信息在传送过程中很容易被人窃取。

于是，一种新的信号形式出现了，这就是数字信号。

利用数字信号进行通信是70年代在数字技术的基础上发展起来的一种新型通信方式，与以前的模拟信号通信不同，这种通信方式把需要传送的原始信号（文字、语言、图像等）调制成所谓数字信号来传输。数字信号是一种间断的脉冲信号，它不像模拟信号那样是一条绵延起伏的波动线，而是一种由一系列同样高度的矩形组成的折线。它只表示两种状态：要么有，要么无——有矩形的地方表示“有”，用数字1代表；没有矩形的地方表示“无”，用数字0表示。

从原始信号转换到数字信号一般要经过抽样、量化和编码这样三个过程。抽样是指每隔一小段时间，取原始信号的一个值。间隔时间越短，单位时间内取的样值也越多，这样取出的一组样值也就越接近原来的信号。抽样以后要进行量化，正如我们常常把成绩90分以上归为优，75分～90分归为良，60分～75分归为及格一样，量化就是把取出的各种各样的样值仅用我们指定的若干个值来表示。在上面的“分数量化”中，我们就是把60分～100分中的各个成绩仅用“优”、“良”、“及格”这三个值来表示。最后就是编码，把量化后的值分编成仅由0和1这两个数字组成的序列，由脉冲信号发生器生成相应的数字信号。这样就可以用数字信号进行传送了。

在上面的转换过程中，我们似乎损失了一些信息：我们不是取原始信号的全部值，而是隔一段时间取一个样值；在量化时又把这些样值归为指定的若干个值，就好像做了四舍五入的近似一样。但是这些损失是很值得的，因为最后形成的数字信号抗干扰能力特别强，何况我们一般都把时间间隔定得非常短，量化时指定的值又取得足够多而且很密集。数字信号只有两种状态：1和0。如果它受到了干扰，使得我们在某时收到了一个0．9，那么我们就有几乎绝对的把握认为原来的信号应该是1，于是予以恢复。除非干扰特别强，把原来的信号变成0．5左右。但我们考虑的干扰毕竟是偶然的、随机的，这种情况一般不会大量发生。如果大量发生，破坏了一段信号，那就得考虑是否是设备出了故障或有人有意破坏了。

数字信号抗干扰能力强的特点，使得它不但可用于通信技术，而且还可以用于信息处理技术。目前时髦的高保真音响、高清晰度电视机、VCD激光放映机，都采用了数字信号处理技术。此外，数字信号还有以下一些优点：

我们现在使用的电子计算机是数字式计算机，我们处理的信号本来就是数字信号。在通信上使用了数字信号，就可以很方便地将计算机与通信结合起来，将计算机处理信息的优势用于通信事业。如电话通信中的程控数字交换机，就是采用了计算机来代替接线员的工作，不仅接通线路又准确又迅速，而且占地小，效率高，省去了不少人工和设备，使电话通信产生了一个质的飞跃。

数字信号还便于存储，现在流行的CD唱盘和VCD视盘，都是用数字信号来存储音乐和影视信息的。(www.daowen.com)

数字通信还可以兼容电话、电报、数据和图像等多种类型信息的传送，能在同一条线路上传送电话、有线电视、计算机等多种信息。此外，数字信号便于加密和纠错，具有较强的保密性和可靠性。

为适应信息时代大容量信息的传输，需要建立高可靠性、大容量、智能化、综合化的通信网络系统，而数字通信的出现，才使这一目标化为现实。20世纪80年代，一种既能适应未来各种通信需要，又可用来实现电话、电报、数据通信、传真、可视电话等各种通信业务的一体化通信网——综合服务数字通信网诞生了，它标志着数字通信在现代通信中已占据了主要地位。综合服务数字通信网具有如下综合功能。

语音通信——普通电话、可视电话、移动电话

图文信息传输——用户电报、智能用户电报、传真、电子保密

新闻传媒——电子报纸、电子刊物

信息检索——数据库、信息库、存储、计算、簿记

信息处理——编辑、文件处理、翻译

电子账户——购物、付费

娱乐——游戏、竞赛、电影、图像、音乐

教育——单向传授、双向教学

医疗护理——简单诊断、远程诊断

其他——民意测验、选举、监视、远程读表、遥测、遥感、遥控等这种综合服务通信网具有速度快、用途广、功能全等特点，是传统的通信网所无法比拟的，它已成为当今通信系统向信息化、智能化、综合化发展的必然趋势。不少国家已经着手建立综合服务数字通信网。