什么是數(shù)字信號(hào)_有哪些特點(diǎn)
什么是數(shù)字信號(hào)_有哪些特點(diǎn)
數(shù)字信號(hào)指自變量是離散的、因變量也是離散的信號(hào)，這種信號(hào)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(lái)表示。那么你對(duì)數(shù)字信號(hào)了解多少呢?以下是由學(xué)習(xí)啦小編整理關(guān)于什么是數(shù)字信號(hào)的內(nèi)容，希望大家喜歡!
什么是數(shù)字信號(hào)
在數(shù)字電路中，由于數(shù)字信號(hào)只有0、1兩個(gè)狀態(tài)，它的值是通過(guò)中央值來(lái)判斷的，在中央值以下規(guī)定為0，以上規(guī)定為1，所以即使混人了其他干擾信號(hào)，只要干擾信號(hào)的值不超過(guò)閩值范圍，就可以再現(xiàn)出原來(lái)的信號(hào)。即使因干擾信號(hào)的值超過(guò)閡值范圍而出現(xiàn)了誤碼，只要采用一定的編碼技術(shù)，也很容易將出錯(cuò)的信號(hào)檢測(cè)出來(lái)并加以糾正因此，與模擬信號(hào)相比，數(shù)字信號(hào)在傳輸過(guò)程中具有更高的抗干擾能力，更遠(yuǎn)的傳輸距離，且失真幅度小。
數(shù)字信號(hào)在傳輸過(guò)程中不僅具有較高的抗干擾性，還可以通過(guò)壓縮，占用較少的帶寬，實(shí)現(xiàn)在相同的帶寬內(nèi)傳輸更多、更高音頻、視頻等數(shù)字信號(hào)的效果。此外，數(shù)字信號(hào)還可用半導(dǎo)體存儲(chǔ)器來(lái)存儲(chǔ)，并可直接用于計(jì)算機(jī)處理。若將電話、傳真、電視所處理的音頻、文本、視頻等數(shù)據(jù)及其他各種不同形式的信號(hào)都轉(zhuǎn)換成數(shù)字脈沖來(lái)傳輸，還有利于組成統(tǒng)一的通信網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)今天rr界人士和電信工業(yè)者們極力推崇的綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)絡(luò)(IS-DN).從而為人們提供全新的，更靈活、更方便的服務(wù)。正因?yàn)閿?shù)字信號(hào)具有上述突出的優(yōu)點(diǎn)，它正在迅速而且已經(jīng)取得了十分廣泛的應(yīng)用。
從原始信號(hào)轉(zhuǎn)換到數(shù)字信號(hào)一般要經(jīng)地抽樣、量化和編碼這樣三個(gè)過(guò)程。抽樣是指每隔一小段時(shí)間,取原始信號(hào)的一個(gè)值。間隔時(shí)間越短,單位時(shí)間內(nèi)取的樣值也越多,這樣取出的一組樣值也就越接近原來(lái)的信號(hào)。抽樣以后要進(jìn)行量化,正如我們常常把成績(jī)80~100分以上歸為優(yōu),60~79分歸為及格,60分以下歸為不及格一樣,量化就是把取出的各種各樣的樣值僅用我們指定的若干個(gè)值來(lái)表示。在上面的成績(jī)“量化”中,我們就是把0~100分僅用三個(gè)度“優(yōu)”、“及格”、“不及格”來(lái)量化。最后就是編碼,把量化后的值分別編成僅由0和1這兩個(gè)數(shù)字組成的序列,由脈沖信號(hào)發(fā)生器生成相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)。這樣就可以用數(shù)字信號(hào)進(jìn)行傳送了。
數(shù)字信號(hào)的優(yōu)點(diǎn)很多,首先是它抗干擾的能力特別強(qiáng),它不但可以用于通訊技術(shù),而且還可以用于信息處理技術(shù),時(shí)髦的高保真音響、高清晰度電視、VCD、DVD激光機(jī)都采用了數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)。其次,我們使用的電子計(jì)算機(jī)都是數(shù)字的,它們處理的信號(hào)本來(lái)就是數(shù)字信號(hào)。在通訊上使用了數(shù)字信號(hào),就可以很方便地將計(jì)算機(jī)與通訊結(jié)合起來(lái),將計(jì)算機(jī)處理信息的優(yōu)勢(shì)用于通訊事業(yè)。如電話通訊中采用了程控?cái)?shù)字交換機(jī),用計(jì)算機(jī)來(lái)代替接線員的工作,不僅接線迅速準(zhǔn)確,而且占地小、效率高,省去不少人工和設(shè)備,使電話通訊產(chǎn)生了一個(gè)質(zhì)的飛躍。再次,數(shù)字信號(hào)便于存儲(chǔ),現(xiàn)在流行的CD、MP3唱盤,VCD、DVD視盤及電腦光盤都是用數(shù)字信號(hào)來(lái)存儲(chǔ)的信息。此外,數(shù)字通信還可以兼容電話、電報(bào)、數(shù)據(jù)和圖像等多類信息的傳送,能在同一條線路上傳送電話、有線電視、多媒體等多種信息。數(shù)字信號(hào)還便于加密和糾錯(cuò),具有較強(qiáng)的保密性和可靠性 。
數(shù)字信號(hào)的特點(diǎn)
抗干擾能力強(qiáng)、無(wú)噪聲積累。
在模擬通信中，為了提高信噪比，需要在信號(hào)傳輸過(guò)程中及時(shí)對(duì)衰減的傳輸信號(hào)進(jìn)行放大，信號(hào)在傳輸過(guò)程中不可避免地疊加上的噪聲也被同時(shí)放大。隨著傳輸距離的增加，噪聲累積越來(lái)越多，以致使傳輸質(zhì)量嚴(yán)重惡化。
對(duì)于數(shù)字通信，由于數(shù)字信號(hào)的幅值為有限個(gè)離散值(通常取兩個(gè)幅值)，在傳輸過(guò)程中雖然也受到噪聲的干擾，但當(dāng)信噪比惡化到一定程度時(shí)，即在適當(dāng)?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(hào)，所以可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)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?lái)越重要，數(shù)字通信的加密處理的比模擬通信容易得多，以話音信號(hào)為例，經(jīng)過(guò)數(shù)字變換后的信號(hào)可用簡(jiǎn)單的數(shù)字邏輯運(yùn)算進(jìn)行加密、解密處理。
便于存儲(chǔ)、處理和交換
數(shù)字通信的信號(hào)形式和計(jì)算機(jī)所用信號(hào)一致，都是二進(jìn)制代碼，因此便于與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，也便于用計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)、處理和交換，可使通信網(wǎng)的管理、維護(hù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化。
設(shè)備便于集成化、微型
數(shù)字通信采用時(shí)分多路復(fù)用，不需要體積較大的濾波器。設(shè)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(shí)現(xiàn)，因此體積小、功耗低。
便于構(gòu)成綜合數(shù)字網(wǎng)和綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)
采用數(shù)字傳輸方式，可以通過(guò)程控?cái)?shù)字交換設(shè)備進(jìn)行數(shù)字交換，以實(shí)現(xiàn)傳輸和交換的綜合。另外，電話業(yè)務(wù)和各種非話業(yè)務(wù)都可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，構(gòu)成綜合業(yè)務(wù)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。隨著寬頻帶信道(光纜、數(shù)字微波)的大量利用(一對(duì)光纜可開通幾千路電話)以及數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)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(wèn)題已不是主要問(wèn)題了。
以上介紹可知，數(shù)字通信具有很多優(yōu)點(diǎn)，所以各國(guó)都在積極發(fā)展數(shù)字通信。我國(guó)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(jìn)。
數(shù)字通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)
信道傳輸速率
信道的傳輸速率通常是以每秒所傳輸?shù)男畔⒘慷嗌賮?lái)衡量。信息論中定義信源發(fā)生信息量的度量單位是“比特”(bit)。一個(gè)二進(jìn)制碼元所含的信息量是一個(gè)“比特”，所以信息傳輸速率的單位是比特/秒(bit/s)。例如一個(gè)數(shù)字通信系統(tǒng)，它每秒傳輸600個(gè)二進(jìn)制碼元，它的信息傳輸速率是600比特/秒(600bit/s)。?
符號(hào)傳輸速率
它是指單位時(shí)間(秒)內(nèi)傳輸?shù)拇a元數(shù)目，其單位為波特。這里的碼元可以是二進(jìn)制的，也可以是多進(jìn)制的。符號(hào)傳輸速率M和信息傳輸速率R的關(guān)系為R=Nlog2M當(dāng)碼元為二進(jìn)制時(shí)M為2;碼元為四進(jìn)制時(shí)M為4……如果符號(hào)速率為600波特，在二進(jìn)制時(shí)，信息傳輸速率為600比特/秒，在四進(jìn)制時(shí)為1200比特/秒。?
誤碼率
信碼在傳輸過(guò)程中，由于信道不理想以及噪聲的干擾，以致在接收端判決再生后的碼元可能出現(xiàn)錯(cuò)誤，這叫誤碼。誤碼的多少用誤碼率來(lái)衡量，誤碼率是數(shù)字通信系統(tǒng)中單位時(shí)間內(nèi)錯(cuò)誤碼元數(shù)與發(fā)送總碼元數(shù)之比。誤碼越多，誤碼率越大。
傳輸速率和帶寬
數(shù)字信號(hào)的傳輸要求與模擬信號(hào)的要求不同，模擬信號(hào)的傳輸要求接收端無(wú)波形失真，而數(shù)字信號(hào)的傳輸是要求接收端無(wú)差錯(cuò)地恢復(fù)成原來(lái)的二進(jìn)數(shù)碼(可以允許接收波形失真，只要不影響正確恢復(fù)信碼即可)。
由于數(shù)字信號(hào)的頻帶非常寬(從直流一直到無(wú)限高的頻率)，但其主要能量則集中在低頻段，而電纜傳輸信道是只允許比較低的頻率成分通過(guò)的低通信道。當(dāng)一系列數(shù)字脈沖信號(hào)通過(guò)帶限的電纜信由于高頻成分被濾去，使輸出波形出現(xiàn)了失真。
這種波形頂部變圓，底部展寬。一個(gè)碼元的波形展寬到其他碼元位置，影響到其他碼元，這種影響稱碼間干擾。由于波形的拖尾很長(zhǎng)，碼間干擾將影響到數(shù)個(gè)碼元。波形的拖尾可以是正的也可能是負(fù)的。如果所有的拖尾相加后是正值，而且達(dá)到門限判決電平就可能將“0”誤判為“1”碼;反之，如果所有的拖尾相加后在某個(gè)碼元位置的值是負(fù)的，就可能將“1”碼誤判為“0”碼。為了減少碼間干擾，數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)幕纠碚?mdash;—奈奎斯特第一準(zhǔn)則規(guī)定帶限信道的理想低道截止頻率為fH時(shí)，最高的無(wú)碼間干擾傳輸?shù)臉O限速度為2fH。例如，信道帶寬為2000Hz時(shí)，每秒最多可傳送4000個(gè)二進(jìn)制碼元。一路數(shù)字電話速率為64kbit/s，則無(wú)碼間干擾的信道帶寬為32kHz。
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