數(shù)字信號與模擬信號定義

數(shù)字信號，是指幅度的取值是離散的，幅值表示被限制在有限個(gè)數(shù)值之內(nèi)。二進(jìn)制碼就是一種數(shù)字信號。二進(jìn)制碼受噪聲的影響小，易于有數(shù)字電路進(jìn)行處理，所以得到了廣泛的應(yīng)用。自變量是離散的、因變量也是離散的信號，這種信號的自變量用整數(shù)表示，因變量用有限數(shù)字中的一個(gè)數(shù)字來表示。在計(jì)算機(jī)中，數(shù)字信號的大小常用有限位的二進(jìn)制數(shù)表示，例如，字長為2位的二進(jìn)制數(shù)可表示4種大小的數(shù)字信號，它們是00、01、10和11;若信號的變化范圍在-1~1，則這4個(gè)二進(jìn)制數(shù)可表示4段數(shù)字范圍，即［-1， -0.5）、［-0.5， 0）、［0， 0.5）和［0.5， 1］。

模擬信號（英語：analog signal），是指在時(shí)域上數(shù)學(xué)形式為連續(xù)函數(shù)的信號。與模擬信號對應(yīng)的是數(shù)字信號，后者采取分立的邏輯值，而前者可以取得連續(xù)值。模擬信號的概念常常在涉及電的領(lǐng)域中被使用，不過經(jīng)典力學(xué)、氣動(dòng)力學(xué)（pneumatic）、水力學(xué)等學(xué)科有時(shí)也會(huì)使用模擬信號的概念。

模擬信號與數(shù)字信號的聯(lián)系：

模擬信號與數(shù)字信號的聯(lián)系在于它們都是用來傳遞信息的，而且在一定條件下，模擬信號可以轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號傳輸。數(shù)字信號也可以轉(zhuǎn)換為模擬信號。

模擬信號與數(shù)字信號的區(qū)別：

模擬信號和數(shù)字信號的最主要的區(qū)別是一個(gè)是連續(xù)的，一個(gè)是離散的。不同的數(shù)據(jù)必須轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的信號才能進(jìn)行傳輸：模擬數(shù)據(jù)一般采用模擬信號，例如用一系列連續(xù)變化的電磁波（如廣播中的電磁波），或電壓信號（如電話傳輸中的音頻電壓信號）來表示；數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)則采用數(shù)字信號，例如用一系列斷續(xù)變化的電壓脈沖（如我們可用恒定的正電壓表示二進(jìn)制數(shù)1，用恒定的負(fù)電壓表示二進(jìn)制數(shù)0），或光脈沖來表示。 當(dāng)模擬信號采用連續(xù)變化的電磁波來表示時(shí)，電磁波本身既是信號載體，同時(shí)作為傳輸介質(zhì)；而當(dāng)模擬信號采用連續(xù)變化的信號電壓來表示時(shí)，它一般通過傳統(tǒng)的模擬信號傳輸線路（例如電話網(wǎng)、有線電視網(wǎng)）來傳輸。 當(dāng)數(shù)字信號采用斷續(xù)變化的電壓或光脈沖來表示時(shí)，一般則需要用雙絞線，和光纖介質(zhì)等將通信雙方連接起來，才能將信號從一個(gè)節(jié)點(diǎn)傳到另一個(gè)節(jié)點(diǎn)。

現(xiàn)在來看看他們各自的優(yōu)缺點(diǎn)：

1． 模擬信號

模擬信號的優(yōu)點(diǎn)是直觀且容易實(shí)現(xiàn)，但存在兩個(gè)主要缺點(diǎn)。

（1） 保密性差

模擬信號，尤其是微波通信和有線明線通信，很容易被竊聽。只要收到模擬信號，就容易得到通信內(nèi)容。

（2） 抗干擾能力弱

電信號在沿線路的傳輸過程中會(huì)受到外界的和通信系統(tǒng)內(nèi)部的各種噪聲干擾，噪聲和信號混合后難以分開，從而使得通信質(zhì)量下降。線路越長，噪聲的積累也就越多

2． 數(shù)字信號

（1） 數(shù)字化傳輸與交換的優(yōu)越性

① 加強(qiáng)了通信的保密性。

② 提高了抗干擾能力。數(shù)字信號在傳輸過程中會(huì)混入雜音，可以利用電子電路構(gòu)成的門限電壓（稱為閾值）去衡量輸入的信號電壓，只有達(dá)到某一電壓幅度，電路才會(huì)有輸出值，并自動(dòng)生成一整齊的脈沖（稱為整形或再生）。較小雜音電壓到達(dá)時(shí)，由于它低于閾值而被過濾掉，不會(huì)引起電路動(dòng)作。因此再生的信號與原信號完全相同，除非干擾信號大于原信號才會(huì)產(chǎn)生誤碼。為了防止誤碼，在電路中設(shè)置了檢驗(yàn)錯(cuò)誤和糾正錯(cuò)誤的方法，即在出現(xiàn)誤碼時(shí)，可以利用后向信號使對方重發(fā)。因而數(shù)字傳輸適用于較遠(yuǎn)距離的傳輸，也能適用于性能較差的線路。

③ 可構(gòu)建綜合數(shù)字通信網(wǎng)。采用時(shí)分交換后，傳輸和交換統(tǒng)一起來，可以形成一個(gè)綜合數(shù)字通信網(wǎng)。

（2） 數(shù)字信號的缺點(diǎn)

① 占用頻帶較寬。因?yàn)榫€路傳輸?shù)氖敲}沖信號，傳送一路數(shù)字化語音信息需占20？64kHz的帶寬，而一個(gè)模擬話路只占用4kHz帶寬，即一路PCM信號占了幾個(gè)模擬話路。對某一話路而言，它的利用率降低了，或者詳它對線路的要求提高了。

② 技術(shù)要求復(fù)雜，尤其是同步技術(shù)要求精度很高。接收方要能正確地理解發(fā)送方的意思，就必須正確地把每個(gè)碼元區(qū)分開來，并且找到每個(gè)信息組的開始，這就需要收發(fā)雙方嚴(yán)格實(shí)現(xiàn)同步，如果組成一個(gè)數(shù)字網(wǎng)的話，同步問題的解決將更加困難。

③ 進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換時(shí)會(huì)帶來量化誤差。隨著大規(guī)模集成電路的使用以及光纖等寬頻帶傳輸介質(zhì)的普及，對信息的存儲(chǔ)和傳輸，越來越多使用的是數(shù)字信號的方式，因此必須對模擬信號進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換，在轉(zhuǎn)換中不可避免地會(huì)產(chǎn)生量化誤差。

具體來說，數(shù)字信號有以下幾個(gè)優(yōu)勢：“一是抗干擾能力比較強(qiáng)，傳輸信號的質(zhì)量比較高，第二個(gè)是圖像的清晰度高，換音的效果好。第三是可以更有效地利用頻道資源，可以傳輸幾百套節(jié)目，在模擬電視信號中，只能傳輸幾十套。

第四是可以提供各種信息服務(wù)，可以提供股市行情啊，電子商務(wù)信息啊。

它們的表達(dá)區(qū)別與聯(lián)系，及相互的轉(zhuǎn)換：

模擬數(shù)據(jù)——模擬信號

數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)——數(shù)字信號

模擬信號可以傳輸模擬數(shù)據(jù) 模擬信號可以傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù) 數(shù)字信號可以傳輸模擬數(shù)據(jù) 數(shù)字信號可以傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)

模擬信號和數(shù)字信號之間是可以相互轉(zhuǎn)換：模擬信號一般通過PCM脈碼調(diào)制（PulseCodeModulation）方法量化為數(shù)字信號，即讓模擬信號的不同幅度分別對應(yīng)不同的二進(jìn)制值，例如采用8位編碼可將模擬信號量化為2^8=256個(gè)量級，實(shí)用中常采取24位或30位編碼；數(shù)字信號一般通過對載波進(jìn)行移相（PhaseShift）的方法轉(zhuǎn)換為模擬信號。計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)與城域網(wǎng)中均使用二進(jìn)制數(shù)字信號，目前在計(jì)算機(jī)廣域網(wǎng)中實(shí)際傳送的則既有二進(jìn)制數(shù)字信號，也有由數(shù)字信號轉(zhuǎn)換而得的模擬信號。但是更具應(yīng)用發(fā)展前景的是數(shù)字信號。