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數(shù)字信號

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數(shù)字信號指自變量是離散的、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)字中的一個數(shù)字來表示。在計算機中,數(shù)字信號的大小常用有限位的二進制數(shù)表示,例如,字長為2位的二進制數(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個二進制數(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]。

數(shù)字信號

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數(shù)字信號指自變量是離散的、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)字中的一個數(shù)字來表示。在計算機中,數(shù)字信號的大小常用有限位的二進制數(shù)表示,例如,字長為2位的二進制數(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個二進制數(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]。
由于數(shù)字信號是用兩種物理狀態(tài)來表示0和1的,故其抵抗材料本身干擾和環(huán)境干擾的能力都比模擬信號強很多;在現(xiàn)代技術的信號處理中,數(shù)字信號發(fā)揮的作用越來越大,幾乎復雜的信號處理都離不開數(shù)字信號;或者說,只要能把解決問題的方法用數(shù)學公式表示,就能用計算機來處理代表物理量的數(shù)字信號。

基本信息

amily: 微軟雅黑, 黑體, Verdana; clear: both; font-size: 18px; font-weight: 500; padding-top: 0px">數(shù)字信號概述

數(shù)字信號指自變量是離散的、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)字中的一個數(shù)字來表示。在計算機中,數(shù)字信號的大小常用有限位的二進制數(shù)表示,例如,字長為2位的二進制數(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個二進制數(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]。
數(shù)字信號與離散時間信號的區(qū)別在因變量。離散時間信號的自變量是離散的、因變量是連續(xù)的,其自變量用整數(shù)表示,因變量用與物理量大小相對應的數(shù)字表示。離散時間信號的大小用有限位二進制數(shù)表示后,就是數(shù)字信號。
對于離散時間信號x(n)=sin(0.3n),當自變量n=6時,因變量x(6)=sin(0.3×6)≈0.9738;若用2位二進制把它轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號,根據(jù)[-1, -0.5)、[-0.5, 0)、[0, 0.5)和[0.5, 1]對應00、01、10和11,用二進制數(shù)11表示0.9738最合適。
在學習和研究數(shù)字信號理論時,用二進制數(shù)表示信號是很麻煩的;為了方便,這時人們一般把離散時間信號當作數(shù)字信號,而不考慮它們之間的區(qū)別。
由于數(shù)字信號是用兩種物理狀態(tài)來表示0和1的,故其抵抗材料本身干擾和環(huán)境干擾的能力都比模擬信號強很多;在現(xiàn)代技術的信號處理中,數(shù)字信號發(fā)揮的作用越來越大,幾乎復雜的信號處理都離不開數(shù)字信號;或者說,只要能把解決問題的方法用數(shù)學公式表示,就能用計算機來處理代表物理量的數(shù)字信號。
數(shù)字信號特點:抗干擾能力強、無噪聲積累。
在模擬通信中,為了提高信噪比,需要在信號傳輸過程中及時對衰減的傳輸信號進行放大,信號在傳輸過程中不可避免地疊加上的噪聲也被同時放大。隨著傳輸距離的增加,噪聲累積越來越多,以致使傳輸質(zhì)量嚴重惡化。
對于數(shù)字通信,由于數(shù)字信號的幅值為有限個離散值(通常取兩個幅值),在傳輸過程中雖然也受到噪聲的干擾,但當信噪比惡化到一定程度時,即在適當?shù)木嚯x采用判決再生的方法,再生成沒有噪聲干擾的和原發(fā)送端一樣的數(shù)字信號,所以可實現(xiàn)長距離高質(zhì)量的傳輸。
便于加密處理
信息傳輸?shù)陌踩院捅C苄栽絹碓街匾?,?shù)字通信的加密處理的比模擬通信容易得多,以話音信號為例,經(jīng)過數(shù)字變換后的信號可用簡單的數(shù)字邏輯運算進行加密、解密處理。
便于存儲、處理和交換
數(shù)字通信的信號形式和計算機所用信號一致,都是二進制代碼,因此便于與計算機聯(lián)網(wǎng),也便于用計算機對數(shù)字信號進行存儲、處理和交換,可使通信網(wǎng)的管理、維護實現(xiàn)自動化、智能化。
設備便于集成化、微型
數(shù)字通信采用時分多路復用,不需要體積較大的濾波器。設備中大部分電路是數(shù)字電路,可用大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路實現(xiàn),因此體積小、功耗低。
便于構成綜合數(shù)字網(wǎng)和綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)
采用數(shù)字傳輸方式,可以通過程控數(shù)字交換設備進行數(shù)字交換,以實現(xiàn)傳輸和交換的綜合。另外,電話業(yè)務和各種非話業(yè)務都可以實現(xiàn)數(shù)字化,構成綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)。
占用信道頻帶較寬
一路模擬電話的頻帶為4kHz帶寬,一路數(shù)字電話約占64kHz,這是模擬通信目前仍有生命力的主要原因。隨著寬頻帶信道(光纜、數(shù)字微波)的大量利用(一對光纜可開通幾千路電話)以及數(shù)字信號處理技術的發(fā)展(可將一路數(shù)字電話的數(shù)碼率由64kb/s壓縮到32kb/s甚至更低的數(shù)碼率),數(shù)字電話的帶寬問題已不是主要問題了。
以上介紹可知,數(shù)字通信具有很多優(yōu)點,所以各國都在積極發(fā)展數(shù)字通信。近年來,我國數(shù)字通信得到迅速發(fā)展,正朝著高速化、智能化、寬帶化和綜合化方向邁進。

模擬信號

信號波形模擬隨著信息的變化而變化,模擬信號其特點是幅度連續(xù)(連續(xù)的含義是在某一取值范圍內(nèi)可以取無限多個數(shù)值)。模擬信號,其信號波形在時間上也是連續(xù)的,因此它又是連續(xù)信號。模擬信號按一定的時間間隔T抽樣后的抽樣信號,由于其波形在時間上是離散的,但此信號的幅度仍然是連續(xù)的,所以仍然是模擬信號。電話、傳真、電視信號都是模擬信號。
信號抽樣后時間離散,但輻值不離散。常見的抽樣信號是周期矩形脈沖和周期沖激脈沖抽樣。模擬信號在整個時間軸上都是有定義的,在“沒有幅值”的區(qū)域的意義是幅值為零。而離散時間信號只在離散時刻上才有定義,其他地方?jīng)]有定義,和幅值為零是不同概念,這兩種信號在時間軸看上去很相似,其實是以不同類型的系統(tǒng)為基礎的兩種有本質(zhì)區(qū)別的信號。直觀的說,離散時間信號的橫軸可以認為已經(jīng)不代表時間了。

數(shù)字信號

數(shù)字信號其特點是幅值被限制在有限個數(shù)值之內(nèi),它不是連續(xù)的而是離散的。二進碼,每一個碼元只取兩個幅值(0,A):四進碼,每個碼元取四(3、1、-1、-3)中的一個。這種幅度是離散的信號稱數(shù)字信號。


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