模拟信号与系统和数字信号与系统的对比

模拟信号与系统和数字信号与系统的对比

摘要

我们处在一个数字时代，而我们的视觉、听觉、感觉、嗅觉等所感知的却是一个模拟世界。所以模拟通信在历史上曾经占有过主导地位。但近20年来，随着超大规模集成电路工艺的成熟以及计算机和数字信号处理技术的充分发展，数字通信发展迅速，大多数的模拟通信系统已被数字通信系统所取代。尽管在未来的一段时间内数字通信系统还不能完全取代模拟通信系统，但通信朝着数字化方向发展是不会改变的，这是有数字通信系统和模拟通信系统自身的特点所决定的。

模拟信号与系统

模拟通信系统：比如在电话通信中，用户线上传送的电信号是随着用户声音大小的变化而变化的。这个变化的电信号无论在时间上或是在幅度上都是连续的，这种信号称为模拟信号。在用户线上传输模拟信号的通信方式称为“模拟通信”，这种系统叫“模拟系统”。

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模拟通信系统的优点是直观且容易实现，但存在两个主要缺点：1.保密性差

模拟通信，尤其是微波通信和有线明线通信，很容易被窃听。只要

收到模拟信号，就容易得到通信内容。

2.抗干扰能力弱

电信号在沿线路的传输过程中会受到外界的和通信系统内部的各种噪声干扰，噪声和信号混合后难以分开，从而使得通信质量下降。线路越长，噪声的积累也就越多。

数字信号与系统

数字信号与模拟信号不同，它是一种离散的、脉冲有无的组合形式，是负载数字信息的信号。电报信号就属于数字信号。现在最常见的数字信号是幅度取值只有两种(用高电平1和低电平0代表)的波形，称为“二进制信号”。“数字通信”是指用数字信号作为载体来传输信息，或者用数字信号对载波进行数字调制后再传输的通信方式。

一、数字化传输与交换的优越性

1.加强了通信的保密性

2.提高了抗干扰能力

数字信号在传输过程中会混入杂音，可以利用电子电路构成的门限电压去衡量输入的信号电压，只有达到某一电压幅度，电路才会有输

出值，并自动生成一整齐的脉冲（称为整形或再生）。较小杂音电压到达时，由于它低于阈值而被过滤掉，不会引起电路动作。因此再生的信号与原信号完全相同，除非干扰信号大于原信号才会产生误码。为了防止误码，在电路中设置了检验错误和纠正错误的方法，即在出现误码时，可以利用后向信号使对方重发。因而数字传输适用于较远距离的传输，也能适用于性能较差的线路。

3.可构建综合数字通信网

采用时分交换后，传输和交换统一起来，可以形成一个综合数字通信网。

二、数字化通信的缺点

1.占用频带较宽

因为线路传输的是脉冲信号，传送一路数字化语音信息需占20~64kHz的带宽，而一个模拟话路只占用4kHz带宽，即一路数字信号占了几个模拟话路。对某一话路而言，它的利用率降低了，或者说它对线路的要求提高了。

2.技术要求复杂，尤其是同步技术要求精度很高

接收方要能正确地理解发送方的意思，就必须正确地把每个码元区分开来，并且找到每个信息组的开始，这就需要收发双方严格实现同步，如果组成一个数字网的话，同步问题的解决将更加困难。

3.进行模/数转换时会带来量化误差

随着大规模集成电路的使用以及光纤等宽频带传输介质的普及，对

信息的存储和传输，越来越多使用的是数字信号的方式，因此必须对模拟信号进行模/数转换，在转换中不可避免地会产生量化误差。模拟信号与数字信号的相互转化

模拟信号与数字信号的相互转化，靠的是模拟数字转换器(ADC)和数字模拟转换器(DAC)。任何一个信号链系统，都需要传感器来探测电压、电流、温度、压力等信号。这些传感器探测到的模拟信号被送到放大器中进行放大，然后通过ADC把模拟信号转化为数字信号传输出去。在接收端，接收到的数字信号经过处理器、DSP或FPGA 信号处理后，再经由DAC还原为模拟信号。

模拟数字转换器(ADC)是通过PCM脉码(PulseCodeModul—ation)方法量化为数字信号，即让模拟信号的不同幅度分别对应不同的二进制值，例如采用8位编码可将模拟信号量化为2^8=256个量级，实用中常采取24位或30位编码；数字模拟转换器(DAC)通过对载波进行移相(PhaseShift)的方法转换为模拟信号。计算机、计算机局域网与城域网中均使用二进制数字信号，目前在计算机广域网中实际传送的则既有二进制数字信号，也有由数字信号转换而得的模拟信号。

所以ADC和DAC在信号链的框架中起着桥梁的作用，即模拟通信与数字通信的变换桥梁。

模拟通信系统与数字通信系统的比较

数字通信与模拟通信相比，具有明显的优点：

首先是抗干扰、抗噪声能力强。模拟信号在传输过程中和叠加的噪声很难分离，噪声会随着信号被传输、放大、严重影响通信质量。

一个模拟信号如果信号衰减20%的话，那就严重失真了。而一个高电平的信号衰减20%时，它还是代表1。因为数字通信是采用再生中继方式，能够消除噪音，再生的数字信号和原来的数字信号一样，可继续传输下去，这样通信质量便不受距离的影响，可高质量地进行远距离通信。再有数字通信中的信息是包含在脉冲的有无之中的，只要噪声绝对值不超过某一门限值，接收端便可判别脉冲的有无，以保证通信的可靠性。

数字信号易于加密，信息传输比较安全。数字信号的特殊形式，使得信息加密变得十分容易。例如把信息比特率按一定的长度分组，用相同长度的一个比特率（称为密钥）与这些分组进行模二加，便完成了信息的加密。在接收端，用相同的密钥与接收到的序列模二加，就恢复为原来的信息序列。数字移动通信GSM系统就是采用这方法对信息加密的。模拟信号虽然也可以加密，但操作起来要复杂得多。此外，数字通信设备的产品重复性好，有利于生产以及通信的发展和普及。

即使这样，与数字通信系统相比，模拟通信系统也有自己比较好的一面，设计较简单，电路的功率消耗一般比较低。