信號[信息載體]

信號[信息載體]

信號是數據的電磁編碼或電子編碼。和數據一樣,信號也分為模擬信號和數位訊號。模擬信號是指電信號的參量是連續取值的,其特點是幅度連續。常見的模擬信號有電話、傳真和電視信號等。數位訊號是離散的,從一個值到另一個值的改變是瞬時的,就像開啟和關閉電源一樣。數位訊號的特點是幅度被限制在有限個數值之內。常見的數位訊號有電報符號、數字數據等。信號是運載訊息的工具,是訊息的載體。從廣義上講,它包含光信號、聲信號和電信號等。

定義

信號指的是數據電磁編碼或電子編碼。信號分為模擬信號和數字信號。模擬信號是指電信號的參量是連續取值的,其特點是幅度連續。常見的模擬信號有電話、傳真和電視信號等。數位訊號是離散的,從一個值到另一個值的改變是瞬時的,就像開啟和關閉電源一樣。數位訊號的特點是幅度被限制在有限個數值之內。常見的數位訊號有電報符號、數字數據等。

簡介

例如,古代人利用點燃烽火台而產生的滾滾狼煙,向遠方軍隊傳遞敵人入侵的訊息,這屬於信號;當我們說話時,聲波傳遞到他人的耳朵,使他人了解我們的意圖,這屬於聲信號;遨遊太空的各種無線電波、四通八達的電話網中的電流等,都可以用來向遠方表達各種訊息,這屬電信號。人們通過對光、聲、電信號進行接收,才知道對方要表達的訊息。

模擬信號是傳播能量的一種形式,它指的是在時間上連續的(不間斷),數值幅度大小也是連續不問斷變化的信號(傳統的音頻信號、視頻信號)。如聲波使它經過的媒體產生振動,可以以頻率(以每秒的周期數或赫茲(Hz)為單位)測量聲波。通過將二進制數表示為電脈衝(其中每個脈衝是一個信號元素)使數位訊號通過媒體傳輸。線路上的電壓在高低狀態之間變化。例如,可以採用高電平傳輸二進制的1,採用低電平傳輸二進制的0。頻寬是指每秒通過鏈路傳輸位數的術語。

在長距離傳輸時,信號由於衰減、噪聲和導線束中其他導線的干擾而退化。模擬信號可以周期性地加以放大,但是如果信號受到噪聲破壞,則放大的是失真信號。相比而言,由於可以很容易地從噪聲中提取數位訊號並重發,所以長距離傳輸數位訊號更可靠。

信號編碼方案

數字數據傳輸利用PCM數字信道傳輸數據信號,首先要解決的問題是數據信號如何進入PCM話 路的問題。主要通過兩種方式:同步方式和異步方式。

同步方式利用PCM數字信道傳輸數據,如果數據信號與數字端局的時鐘是同步的,這時,數據終端輸出的數據信號是受PCM信道時鐘控制的,因此只需對數據信號進行多路化處理即可。這裡數據終端設備處於受控制的從屬地位,因此靈活性差。

如果數據信號與數據端局時鐘是異步的,這時數據信號可採用填充方式復用到64kbit/s的集合信號,這就是異步方式。

如上所述,數字數據藉助於電脈衝傳輸。一一對應使用單脈衝表示一個位。它的效率是非常低的,因此已經開發了多種編碼方案以使用電脈衝更高效地傳輸數字數據。結果大大提高了吞吐量。

這與使用旗語傳送訊息的情況相類似。比如說“信號旗升起”表示1,“信號旗降下”表示O。一種更有效的編碼方案是“只在出現二進制1時升起或降下信號旗”。例如,如果信號旗已經舉起,則把 它降下來。不管信號旗是舉起還是降下,它的運動才是指示器。這種方法還需要某種類型的定時(例如,每秒傳送一位)。因此,在第一秒,信號旗升起

信號信號

圖AM和FM對數位訊號的表達 (假設它原來是降下的)以表示1。然後再維持升起兩秒鐘(兩個為0的位),然後在第四秒降下以表示改變到為1的位。

對於數字設備,接收器必須具有某種方法能夠知道數據流中位元組的起始和結束。在異步通信中,位元組邊界由起始和停止位指示。在同步通信中,定時機制幫助傳送器和接收器處於同步狀態。同步信號可以占有一個單獨的信道,但更經常的是直接集成到信號中。

下面介紹幾種信令和編碼方案並以圖S-4說明。圖中示出的是0100110001位序列。目的是傳儘可能多的信號,使用低電平以減少長距離衰減的影響,並在信號中直接提供同步機制。前幾個例子表示基本的信號,但很少在實際中套用。

單極性 單極性碼有電壓表示1,無電壓表示O。沒有特殊的編碼。單極性碼會累積直流分量。

雙極性 雙極性碼中正電壓表示1,負電壓表示0。該方案降低了功率要求並減小了高電平衰減。雙極性碼的直流分量則大大減少,從而有利於傳輸。 RZ (歸零制) 歸零碼的電壓狀態在某個信號狀態後返回到零。歸零碼的脈衝較窄,根據脈衝寬度與傳輸頻頻寬度成反比的關係,因而歸零碼在信道上占用的頻帶較寬。

信號信號

圖數位訊號編碼方案

NRZI(按1反相不歸零制) NRZI編碼中不論電平是高還是低,都不代表二進制的1和0。而是電壓變化表示二進制的1。如果沒有電壓變化,則下一位是0;如果有電壓變化,則下一位是1。不歸零碼在傳輸中難以確定一位的結束和另一位的開始,需要用某種方法使傳送器和接收器之間進行定時或同步。NRZI用於較慢的RS—232串列通信和硬碟驅動器上的數據存儲中。在同步鏈路上,長串的連續位(可能數千個0)會出現問題。接收器可能會失去同步,不能檢測到連續串中0的正確個數。另一問題是長串的0表現為直流,它不能通過某些電氣部件。Manchester編碼和其他方案通過增加時鐘信號解決了這些問題。

Manchester(曼徹斯特) 在曼徹斯特編碼中,每一位的中間有一跳變,位中間的跳變既作時鐘信號,又作數據信號;從高到低跳變表示"1",從低到高跳變表示"0"。這給接收器提供了可以與之保持同步的定時信號。曼徹斯特編碼常用在LAN上。

鐵路信號

信號是指示列車運行及調車作業的命令,有關行車人員必須嚴格執行。
鐵路信號分為視覺信號和聽覺信號。
視覺信號又分晝間、夜間及晝夜通用信號。
視覺信號的基本顏色:
紅色——停車;
黃色——注意或減低速度;
綠色——按規定速度運行。
聽覺信號:號角、口笛、響墩發出的音響和機車、軌道車的鳴笛聲。
鐵路信號按信號機是否可移動又可分為固定信號、移動信號和手信號。
按停車信號的顯示意義可分為絕對信號和非絕對信號(亦稱容許信號)兩種。絕對信號是指當顯示停止運行的信號時,列車、調車必須無條件遵守的信號顯示。進站、出站、進路和通過信號機的燈光熄滅、顯示不明或顯示不正確時,均視為停車信號。接近信號機的燈光熄滅、顯示不明或顯示不正確時,均視為進站信號機為關閉狀態。裝有容許信號的通過信號機,顯示停車信號時,準許鐵路局規定停車後起動困難的貨物列車,在該信號機前不停車,以最高不超過20km/h,運行到次一通過信號機,按其顯示的要求運行。

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