目录

• 电磁波回顾

• 信号

  • 分类
  • 按照幅值是否连续分类
    • 模拟信号
    • 数字信号
    • 数-模和模-数转换
  • 按信号载体分类(用什么来表述信号的信息)
    • 电信号
      • 电压信号
      • 电流信号(直流电、交流电、脉冲电)
      • 电磁波中的无线电信号
    • 波信号(机械波、电磁波)
  • 按传输介质分类(传输的都是电磁波)
    • 有线信号(电线传输的电信号、光缆传输的光信号)
    • 无线信号(自由空间 传输的无线电、微波等）
  • 按是否调制分类
    • 基带信号
    • 频带信号(电力载波、光载波)

# 电磁波回顾

电磁波，又称电磁辐射，是指同相振荡，且互相垂直的电场与磁场，在空间中以波的形式传递能量和动量。其是横波，传播方向垂直于电场与磁场的振荡方向。
电磁辐射的量子形式是光子。电磁波 不需要依靠介质进行传播，在真空中其传播速度为光速。

产生

一个振荡中的电场会产生振荡的磁场，而一个振荡中的磁场又会产生振荡的电场，这样子，这些连续不断同相振荡的电场和磁场共同地形成了电磁波

参数

波是由很多前后相继的波峰和波谷所组成，两个相邻的波峰或波谷之间的距离称为波长，每秒钟振荡的次数是频率

电磁波的频谱和应用

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从上图可以看出，人们现在已经能使用好几个波段进行通信，紫外线以及更高的波段目前还不能用于通信

# 信号

在通讯系统、信号处理或者电子工程等技术领域中，信号是“传递有关一些现象的行为或属性的信息的函数。” —— 维基百科
信号是信息的载体，通常是以某种物理量表现出来的。通信技术不同，采用的传输信号形式就不同。信号的特性：信号必须是可变化、可观测和可实现的某种物理量

分类

对信号的分类方法很多，下表只是一部分

## 模拟信号和数字信号

模拟量和数字量

当我们观察自然界中各种物理量时不难发现，就其变化规律的特点而言，不外乎有两大类。
一类是物理量的变化在时间上或数量上是连续的，把这一类物理量称为模拟量。模拟信号在连续变化过程中的任何一个取值都有具体的物理意义，表示一个瞬时值。
一类是物理量的变化在时间上和数量上都是离散的，即它们的变化在时间上是不连续的，总是发生在一系列离散的瞬间。而且它们的数值的大小和每次的增减变化都是某一个最小数量单位的整数倍，我们把这一类物理量称为数字量。

模拟信号和数字信号

当我们把模拟量和数字量转换成电压(或电流)信号时，得到的电压(或电流)信号也分为模拟信号和数字信号两大类。工作在模拟信号下的电子电路称为模拟电子电路(简称模拟电路)，而工作在数字信号下的电子电路称为数学电子电路(简称数字电路)，数字信号在电路中常表现为突变的电压或电流.

数-模和模-数转换

由于数字电子技术的迅速发展，尤其是计算机在自动控制、自动检测以及许多其他领域中的广泛应用，用数字电路处理模拟信号的情况更加普遍了。
为了能够使用数字电路处理模拟信号，必须把模拟信号转换成相应的数字信号，方能 送入数字系统(例如微型计算机)进行处理。同时，往往还要求把处理后得到的数字信号再转换成相应的模拟信号，作为最后的输出。

• 把前一种从模拟信号到数字信号的转换称为模/数转换，或简称为A/D(Analog to Digital)转换
• 把实现A/D转换的电路称为A/D转换器，简写为ADC
• 把后一种从数字信号到模拟信号的转换称为数/模转换，或简称为D/A(Digital to Analog)转换
• 把实现D/A转换的电路称为D/A转换器，简写为DAC

技术指标:
为了保证数据处理结果的准确性，A/D转换器和D/A转换器必须有足够的转换精度。同时，为了适应快速过程的控制和检测的需要，A/D转换器和D/A转换器还必须有足够快的转换速度。因此，转换精度和转换速度是衡量A/D转换器和D/A转换器性能优劣的主要标志。

转换器分类:
D/A转换器电路结构形式有多种，从基本原理上可以归为两类:电流求和型、分压器型。
A/D转换器的类型也有多种，可以分为直接A/D转换器和间接A/D转换器两大类。

• 在直接A/D转换器中，输入的模拟电压信号直接被转换成相应的数字信号;
• 在间接A/D转换器中，输入的模拟信号首先被转换成某种中间变量(例如时间、频率等)，然后再将这个中 间变量转换为输出的数字信号。

在D/A转换器数字量的输入方式上有并行输入和串行输入两种，而A/D转换器数字量的输出方式也有并行输出和 串行 输出两种

## 电信号、机械波信号和电磁波信号

• 电信号：
  电是静止或移动的电荷所产生的物理现象。电信号是指随着时间而变化的电压或电流，通常以电压、电流、电磁波(无线电)等为载体
  • 电压信号
  • 电流信号(电流信号传输比电压信号传输的抗干扰能力强很多，而且线路压降的影响也小很多)
    • 直流电：大小和方向都不随时间变化的电流
    • 交流电：大小和方向随时间作周期性变化(可以产生电磁波)
    • 脉冲电：波形是脉冲的电压或电流(会产生电磁波)
  • 电磁波无线电信号
• 波信号：
  根据波的产生机理，可以分为两种：机械波、电磁波
  • 机械波是机械振动引起的振动在介质中的传播，电磁波是电磁振荡产生的变化电磁场向空间的传播。
  • 机械波需要介质传播，而电磁波不需要介质传播(前者不能在真空中传播，后者可以)
  • 机械波的波速由介质决定，电磁波的波速在真空中等于光速，在空气中近似真空中。
  • 机械波比如水波、声波、地震波等，电磁波就包括很多了，频谱中很多现在都已经可以用来通信了，目前广泛使用的是光信号：利用光线的强弱变化和有光无光作为载体的信号

电信号与波信号是有交集的，比如无线电信号

### 电信号

电信号是指随着时间而变化的电压或电流，根据生成方式可以分为两种：

• 经由感应器将自然参数转换而成的电信号。比如：麦克风、温度计、压力计等
• 使用各式元件设计而成的各种电信号。比如：基本元件、离散式电子电路、集成电路产生的电信号等
  一般经由自然参数转换产生的电信号为类比信号，经由元件设计产生的电信号可为类比信号亦可为数位信号

### 电磁波信号

从上图可以看出，人们现在已经能使用好几个波段进行通信，紫外线以及更高的波段目前还不能用于通信。常用的是：无线电信号(无线电通信)、微波信号(微波通信)、光信号(光纤通信)

#### 光信号(光纤通信)

光纤通信就是利用光导纤维（以下简称为光纤）传递光脉波来进行通信。有光脉波相当于1，而没有光脉波相当于0。由于可见光的频率非常高，约为10^14HZ的量级，因此一个光纤通信系统的传输带宽远远大于目前其他各种传输媒体的带宽。
光纤是光纤通信的传输媒体。在发送端有光源，可以采用发光二极管或半导体激光器，他们在电脉波的作用下能产生光脉波。在接收端利用光电二极管做成光检测器，在检测到光脉波时可还原出电脉波。

当通讯系统的设备中不使用接收器时，也可以是借由人眼观察来解释讯号，简单的讯号如烽火、复杂的讯号则如光编译的色码或闪光摩斯密码等。

#### 微波信号(无线通信)

微波通讯是指一种综合技术，将信号以频率在0.3 GHz 至300 GHz的微波作为载体传输。 部分被称作毫米波的微波辐射非常容易被大气层（特别是潮湿的天气）衰减。
可用于作为与通讯卫星通信的方式、用作电视信号，携带电话等无线通信设备的通讯等

#### 无线电信号(无线电技术)

无线电技术是通过无线电波传播信号的技术，其原理在于，导体中电流强弱的改变会产生无线电波。利用这一现象，通过调制可将信息加载于无线电波之上。当电波通过空间传播到达收信端，电波引起的电磁场变化又会在导体中产生电流。通过解调将讯息从电流变化中提取出来，就达到了资讯传递的目的。

无线电的最早应用于航海中，使用摩尔斯电报在船与陆地间传递信息。现在，无线电有着多种应用形式，包括无线数据网，各种移动通信以及无线电广播等。具体比如：

• 通信（无线电报、调幅广播、调频广播、一些军用电台、蜂窝电话和移动电话、电视、数据传输如蓝牙）
• 导航(卫星)
• 雷达
• 遥控
• 等等

## 有线信号和无线信号

传输介质

传输介质也称传输介质或传输媒介，它就是数据传输系统中在发送器和接收器之间的物理通路。可分为两大类，即导引型传输媒体(导向传输媒体)和非导引型传输媒体。在导引型传输媒体中，电磁波被导引沿着固体媒体（铜线或光纤）传播，而非导引型传输媒体就是指自由空间，在非导引型传输媒体中电磁波的传输常称为无线传播。

• 光缆(以石英为介质，传输的是光信号)
• 电缆(一般以金属作为介质，比如电话线、同轴电缆、双绞线，传输的是电信号)
  • 双绞线过去主要是用来传输模拟信号的，但现在同样适用于数字信号的传输
  • 在局域网发展初期广泛使用同轴电缆，后来被双绞线替代。目前主要用于有线电视网的居民小区中
• 自由空间(不需要介质的(或者说人类现在还无法认识的介质))
  • 传输的是电磁波信号(无线电、微波、红外线等)(其实光也是电磁波)

## 基带信号和频带信号

基带传输

传输信息有两种方式：基带传输和调制传输。由信源直接生成的信号，无论是模拟信号还是数字信号，都是基带信号，其频率比较低。所谓基带传输就是把信源生成的数字信号直接送入线路进行传输，如音频市话、计算机间的数据传输等。载波传输则是用原信号去改变载波的某一参数实现频谱的搬移，如果载波是正弦波，则称为正弦波或连续波调制。把二进制信号调制在正弦波上进行传输，其目的除了进行频率匹配外，也可以通过频分、时分、波分复用的方法使信源和信道的容量进行匹配。

为什么要进行调制

首先，由于频率资源的有限性，限制了我们无法用开路信道传输信息。再者，通信的最终目的是远距离传递信息。由于传输失真、传输损耗以及保证带内特性的原因，基带信号是无法在无线信道或光纤信道上进行长距离传输的。
为了进行长途传输，必须对数字信号进行调制。最后，较小的倍频程也保证了良好的带内特性。
所以调制就是将基带信号搬移到信道损耗较小的指定的高频处进行传输（即载波传输）。数字信号的载波传输与基带传输的主要区别就是增加了调制与解调的环节，是在复接器后增加了一个调制器，在分接器前增加一个解调器而已。

基带

频率范围非常窄的信号，也就是说幅度谱仅在原点附近（f=0）才是非零的，其他频率几乎可以忽略。

载波

是指被进行频率、幅度、相位间隔调制以携带信息/信号的波形，一般为正弦波。一般要求正弦载波的频率远远高于调制信号的带宽，否则会发生混叠，使传输信号有损。 有电力载波、光载波技术

基带信号

信源（信息源，也称发终端）发出的没有经过调制（进行频谱搬移和变换）的原始电信号，其特点是频率较低，信号频谱从零频附近开始，具有低通形式。根据原始电信号的特征，基带信号可分为数字基带信号和模拟基带信号（相应地，信源也分为数字信源和模拟信源。）其由信源决定。说的通俗一点，基带信号就是发出的直接表达了要传输的信息的信号.
　　由于在近距离范围内基带信号的衰减不大，从而信号内容不会发生变化。因此在传输距离较近时，计算机网络都采用基带传输方式。如从计算机到监视器、打印机等外设的信号就是基带传输的。大多数的局域网使用基带传输，如以太网、令牌环网。常见的网络设计标准10BaseT使用的就是基带信号。计算机内部并行总线上的信号全部都是基带信号，由于基带信号中交流分量极其丰富，所以不适合长距离传输。

频带信号

频带信号(即是带通信号)：在通信中，由于基带信号具有频率很低的频谱分量,出于抗干扰和提高传输率考虑一般不宜直接传输，我们可以使用载波传输，将数据的信号加载到载波的信号上，把基带信号变换成其频带适合在信道中传输的信号，变换后的信号就是频带信号

接收方按照载波的频率来接收数据信号，有意义的信号波的波幅与无意义的信号的波幅是不同的，将这些信号提取出来就是我们需要的数据信号

不管是光信号、电信号还是电磁波信号，都可以选择性的用来承载模拟或数字信号。

• 比如电磁波，现在用手机通信的时候，电磁波承载的是数字信号；以前用大哥大通信的时候，电磁波承载的是模拟信号。
• 比如双绞线，把它接到普通电话上使用，那它就传输模拟信号；把它接到电脑网卡上使用，那它传输的就是数字信号了。