夜光序言:

不打扰,可能是我对你最后的爱了吧~苦涩一笑

 

夜光带你走进通信网络(六) 新的领域

 

正文:

 

信号(上)

 

信息可以以数据、语音、文字、图片、视频、动画等形式出现。

 

信息在传输之前,必须进行二进制编码。


编码最终必须转化为电磁信号才能在传输介质中进行传输。

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信息可以是模拟的或是数字的。模拟信息是连续的,数字信息是离散的。一般使用度量单位来描述模拟量,用数字量进行
计数。如传统的指针式时钟和数字化时钟。

信号可以是模拟或者数字的。模拟信号可以取一个范围内的任意值;数字信号只能有有限个取值,这样便于用限定长度的编
码表示。

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数字信号和模拟信号都可以有两种形式:

• 周期性信号
• 非周期(无周期)信号。

 

一个周期信号由不断重复的固定模式组成。信号的周期(T)
用秒为单位来表示。

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一个非周期(或是无周期)信号没有重复的模式。通过信号的傅立叶变换,一个非周期信号能被分解成无数的周期信号的叠加,正弦信号是最简单的周期信号。

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模拟信号可以被分为简单模拟信号或者复合信号。

 

简单模拟信号

简单模拟信号,如正弦波,不可能被分解为更简单的模拟信号。


正弦波可以由以下三个要素完全描述:

振幅、周期或频率以及相位。

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1. 振幅


振幅值指信号的高度。振幅的计量单位根据信号类型而不同。对于电信号,单位通常是伏特、安培和瓦特。

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2. 周期和频率


周期是信号完成一次波形循环所需要的时间,频率是每秒循环的次数。周期和频率互为倒数:f=1/T并且T=1/f。周期通常
用秒来表示,而频率的单位用赫兹(Hz)来表示。

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3. 相位


相位描述了波形中相对于时间零点的位置。相位用度或者弧度(2π 弧度等于360度)做计量单位。

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4. 时域和频域


时域图表现了信号振幅随时间的改变(振幅-时间图)。时域和频域频域图可以表现最
大振幅-频率图(在数据通信中更常见)和相位-频率图。

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复合信号

 

复合模拟信号,是可以被分解为多个正弦波的信号。为了分解一个复合信号,需要进行傅立叶分析。

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频谱和带宽

信号频谱是它所包含的所有分量频率的集合并且通过频域图来表示。

带宽

频谱和带宽

带宽是频谱的宽度,计算时需要从频率范围内将最高频率
减去最低频率。

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信号(下)

 

除了可以用模拟信号表示信息外,还可以用数字信号来表示信息。模拟信号数字化,必须遵循奈奎斯特定理(采样定理)。

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振幅、频率和相位也可以为描述周期性信号进行定义。对于非周期性的数字信号,可以用比特间隙和比特率来描述。

比特间隙:是发送一比特所需要的时间。比特率:是一秒钟内的比特间隙数,即每秒发送的比特数,常用bps(bits per second)做
单位。

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一个数字信号可以被分解成无穷多个被称为谐波的简单正弦波,每个谐波都有不同的振幅、频率和相位。因为没有一种实际媒体可以传输所有分量的整个频率范围,所以会产生接收到的信号
失真。

 

但是可以传输有效频谱范围内的信号,使得接收端的数字信号歧变最小,而其带宽称为有效带宽。一般当比特率上升时,有效频谱也变宽。

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传输介质有一个有限的带宽,只能传输有效带宽在介质带宽范围内的数字信号。

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有效带宽随着比特率的增加而增加,当比特率增加时,必须有更宽的有效带宽。

介质带宽限制了比特率的增加,一种传输介质可以传输的最大比特率称为介质的信道容量。信道容量的大小依赖于编码技术
和系统信噪比

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如果在每个模拟信号的周期内发送两个比特,那么发送模拟数据时的所需的带宽应该为比特率数值的1/2HZ。

 


例:想要在每秒钟传输10幅图片,每幅图片都由5*5个像素(图形元素)组成。使用数字编码方式需要多少带宽?
带宽=(5*5*10)/2=125HZ

 

一个正弦波可以用数学方式表达为:

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例:你的语音是正弦波的组合,每个正弦波分量都有自己的频率、相位和振幅。带宽通常在300赫兹到3300赫兹之间,其公式表达为:
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