news 2026/1/31 12:34:45

通信原理篇---模拟传输系统、数字基带传输系统、数字频带传输系统

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张小明

前端开发工程师

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文章封面图
通信原理篇---模拟传输系统、数字基带传输系统、数字频带传输系统

第一幕:总比喻——三种“送信方式”

想象你要把一封信从A地送到B地:

  1. 模拟传输:找一个人现场背诵信的内容,另一个人在B地凭记忆复写

  2. 数字基带传输:把信拍照成黑白像素,直接在纸上画点传送

  3. 数字频带传输:把黑白像素先变成摩斯电码,再用无线电发送


第二幕:模拟传输——原始的“声音传话”

核心思想

  • 原汁原味传送连续变化的信号

  • 信号本身直接上“马路”(信道)

详细比喻

你要传送一段声音(比如歌声):

  1. 把声音变成连续变化的电压(话筒)

  2. 这个电压波形直接放大后送入电线

  3. 接收端用喇叭原样还原声音

过程:连续声音 → 连续电信号 → 连续放大传输 → 连续还原 ↑ ↑ ↑ ↑ 真实世界 模拟电路 模拟信道 模拟还原

技术特点

  • 信号:连续时间、连续幅度(模拟信号)

  • 典型系统:固定电话(老式)、FM/AM广播、模拟电视

  • 调制方式:AM、FM、PM(调幅、调频、调相)

优点

  1. 简单直观:信号直接对应物理量

  2. 自然连续:适合声音、图像等连续信息

致命缺点

像用复写纸反复复印: 第1次复印:基本清晰 第2次复印:有点模糊 第3次复印:开始看不清 ... 噪声和失真**累积叠加**,无法消除!

可视化

发送信号: ▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁ 接收信号(有噪声):▁~~▁▁~▁~▁▁~▁▁~ ↑噪声永久混入,无法分离

第三幕:数字基带传输——直接的“点阵传真”

核心思想

  • 先把信息变成0和1,然后直接用高低电平传输

  • 信号就在“基带”(基础频带,通常低频)传输,不搬频率

详细比喻

你要传送一张黑白照片

  1. 把照片分成小格子,黑=1,白=0(数字化)

  2. 在纸上画:黑格子涂黑,白格子留白(基带编码)

  3. 对方看着纸重新拼成照片

过程:照片 → 0/1数字 → 高低电平 → 传输 → 识别电平 → 恢复0/1 → 重组照片

技术特点

  • 信号:离散时间、离散幅度(数字信号)

  • 典型系统:电脑USB传输、硬盘SATA线、板级通信

  • 编码方式:NRZ、曼彻斯特码、AMI码(我们刚学过的那些!)

关键优势

像发短信纠错: 你发:“我7点到”(实际想发“我8点到”) 朋友回:“7点?确认吗?” 你:“不对,是8点!” → **错误可以被检测和纠正!**

可视化

发送数字:1 0 1 1 0 基带编码:▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁ [1] [0][1][1] [0] 接收(有噪声):▁~▁▁~▁▁~▁▁~▁ 判决: 1 0 1 1 0 ← 恢复干净! ↑噪声被“削掉”了

局限

  1. 只能在低频短距离:高频衰减大,长距离会模糊

  2. 无法无线传输:低频信号天线需要几百米长!


第四幕:数字频带传输——聪明的“无线电传码”

核心思想

  • 把数字基带信号调制到高频载波

  • 像把货物装上卡车,卡车走高速公路(高频信道)

详细比喻

你要用无线电传送刚才那张照片的0/1数据:

  1. 照片→0/1(数字化)→高低电平(基带)

  2. 调制:1=发高频“嘟——”,0=发高频“嘀——”(2FSK)

  3. 无线电发射

  4. 接收机识别“嘟”和“嘀”,恢复0/1

  5. 重组照片

过程:信息→数字→基带→调制→高频发射→传输→解调→恢复数字→信息

技术特点

  • 信号:数字信息 + 模拟载波(混合)

  • 典型系统:Wi-Fi、蓝牙、4G/5G、数字电视

  • 调制方式:2ASK、2FSK、2PSK、QAM(我们刚学的!)

为什么需要“频带传输”?

原因1:天线尺寸 • 发射1MHz信号需要75米天线(!) • 发射1GHz信号只需要7.5厘米天线 ✓ 原因2:频分复用 • 像广播电台:88.7MHz播音乐,103.9MHz播新闻 • 不同信号用不同频率,互不干扰 原因3:穿透和传播特性 • 不同频率电波传播特性不同 • 选择适合的频率应对不同场景

可视化

基带信号:1 0 1 1 0 ▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁ 2ASK调制: ▁▁▁▁▁ ▁▁▁▁▁▁▁▁ (高频振荡) ~~~~~▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁~~~ ↑载波频率高,适合无线传播

第五幕:三者对比表格

维度模拟传输数字基带传输数字频带传输
信号本质连续波形离散电平离散调制的连续波
典型信号声音、图像0/1数字流调制后的射频
传输介质电线、无线电电缆、短距离线无线电、光纤、长距离
抗噪声差(噪声累积)好(可纠错)好(可纠错)
带宽效率中等可调(不同调制)
设备复杂度简单中等复杂
例子对讲机、广播USB、以太网手机、Wi-Fi、卫星

第六幕:演进历史——“送信技术”发展史

原始时代:喊话(模拟传输) ↓ 问题:距离有限,噪声干扰 电报时代:点划电报(数字基带传输) ↓ 问题:需要电线,无法无线 无线电时代:摩斯电码+无线电(数字频带传输雏形) ↓ 问题:速度慢 现代:高速数字调制(QAM、OFDM等) ↓ 未来:量子通信、太赫兹通信...

第七幕:工程选择的“决策树”

当设计通信系统时,工程师这样思考:

要传什么? ├─→ 连续自然信号(如声音)且要求简单 │ └─→ 模拟传输(对讲机、模拟广播) │ ├─→ 数字数据,短距离有线 │ └─→ 数字基带传输(USB、HDMI、板间通信) │ └─→ 数字数据,需要无线或长距离 └─→ 数字频带传输 ├─→ 要功率效率?→ PSK系列 ├─→ 要带宽效率?→ QAM系列 ├─→ 要抗干扰?→ 扩频技术 └─→ 要移动性?→ OFDM

第八幕:教授的宏观框架总结

“通信传输的三种方式,就像运输货物的三种策略:

  1. 模拟传输——冷链直达
    新鲜草莓原箱运送,但一路颠簸会腐烂(噪声累积)

  2. 数字基带传输——本地货车配送
    把草莓做成冻干粉(数字化),本地短途运输,不怕颠簸

  3. 数字频带传输——空运冻干粉
    把冻干粉装入特定集装箱(调制),用飞机运全球(高频信道),到达后拆箱还原

现代通信的智慧在于:
把一切信息(声音、图像、数据)都先数字化(做成冻干粉),再根据需要选择本地配送(基带)或空运(频带)。数字化的魔力在于——噪声可以被‘冻住削掉’,信息可以完美复原!


第九幕:知识联结

你现在学过的所有内容都在这个框架里:

数字基带传输: • 编码方式:NRZ、曼彻斯特、AMI... • 功率谱分析:连续谱、离散谱... 数字频带传输: • 调制技术:ASK、FSK、PSK... • 频谱搬移:载波、边带... 它们共同组成: • 发射机:信源→编码→调制→发射 • 接收机:接收→解调→解码→信宿

现在你有了通信系统的全局地图!无论学习什么具体技术,都知道它在整个框架中的位置和作用。

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