小學生都能懂的通信知識,動動手,感受模擬和數位訊號的不同

2020-12-05 尋趣科學

春末夏初,疫情趨緩,你是否正在計劃和您的家人來一次自駕旅行?

調好收音機,跟著自己喜歡的歌曲一起唱歌。當您開車穿過隧道,您的音樂是不是逐漸停止了?這是因為隧道阻礙了無線信號的傳輸。如果您正在收聽衛星廣播,那麼這個信號是數位訊號,但是如果您正在收聽AM或者FM,那麼信號是模擬信號。

今天,我們將通過模擬這兩種類型的信號如何傳輸以及如何存儲信息來了解有關數字和模擬信號功能的更多信息。

認識模擬和數位訊號

數字和模擬信號是通過電磁波傳輸的。頻率和振幅的變化會產生您聽的音樂或在屏幕上看到的圖像。模擬信號由連續波組成,這些連續波可以具有任何頻率和幅度值,且是平滑且彎曲的。

數位訊號由1和0的精確值組成。數字波具有階梯狀的外觀。

模擬信號容易失真,因為即使是幅度或頻率上的微小誤差也會改變原始信號。

數位訊號是傳輸信息的一種更可靠的形式,因為幅度或頻率值中的誤差必須非常大才能引起跳到另一個值。

這兩種信號類型用於以多種不同形式進行通信和發送信息,例如無線電傳輸,簡訊,電話,流視頻和玩視頻遊戲。它們還可以用於存儲信息和數據,銀行、網際網路公司都使用數據存儲來存儲記錄。個人還可以將數據存儲用於個人用途,例如存儲文件,照片,遊戲成績等等。

生活中會遇到哪些模擬和數位訊號呢?

感受模擬和數位訊號

前面我們了解了模擬和數位訊號的基本知識,接下來讓我們和爸爸媽媽、爺爺奶奶一起做一個實驗,來模擬信號的傳輸,看看哪一種信號在傳輸過程中更加穩定。

下面有兩幅小蟲子的圖像,模擬圖像由曲線組成,以表示模擬信號可以具有無限多的值。數字圖像由網格的直線組成,這些直線表示數位訊號如何由量化值組成。

所需要的材料:

剪刀膠帶或膠水黑色的筆或尖的筆(不允許修改圖像)帶小格子的白紙實驗步驟:

先把方格紙裁剪成如下圖的樣子,由家裡繪畫能力比較好的成員把這模擬和數字圖像畫在方格紙上

拿出模擬方格紙,由第二名成員比照畫一個相同的蟲子,畫的過程中不不允許修改,然後把第一個蟲子圖像摺疊到紙的背後,交給第三個人畫

第三, 四成員依此畫出蟲子,並摺疊畫好的圖像

接下來我們再畫出數字圖像的小蟲子,方法和模擬圖像相同

展開出模擬和數字蟲子圖像,看看第一個和最後一個圖像有什麼不同

對模擬圖像來說,每一次複製圖像都會有微小變化(失真/噪聲),最終導致最終圖像明顯失真。

對於數字圖像來說,圖像由沿著講義上網格的直線組成,這些直線表示數位訊號由量化或有限數量的值組成。

我們來比較一下模擬和數字「信號」傳輸的圖像,我們會發現即使多次傳輸後,數字傳輸的圖像也幾乎沒有失真,但是模擬信號有較大失真。

模擬和數位訊號相互轉換

前面我們了解到,生活中遇到的大部分信號都是模擬信號,但是模擬信號在傳輸過程中會產生很大的失真,所以我們需要將模擬信號轉換成數位訊號,數位訊號傳輸之後,可以再將數位訊號變成模擬信號。

我們就以生活中最常見的手機為例,比如我們要給媽媽打個電話。我們的聲音是模擬信號,手機可以將我們的聲音信號轉換成數位訊號,然後再將它調製成高頻數位訊號,通過手機天線發射出去。

我們身邊的基站收到手機發送的數位訊號後,將它通過網絡傳給你媽媽附近的基站,基站將高頻數位訊號發給媽媽的手機。手機接收到信號後,經過解調並轉成模擬信號,媽媽就可以聽到我們的聲音了。

模擬信號和數位訊號就像生活中常見的水和冰一樣,是可以相互轉化的,我們需要什麼,就把它變成什麼,它很聽話。

科學其實並不那麼深奧難懂,多了解一點兒,還是挺有趣的。

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  • 模擬信號和數位訊號的區別是什麼
    模擬信號是一種信號與信息的不斷變化的物理量表示。例如,一個無線電信號,或信號,等。模擬信號是連續的。如果我們把信息參數在一定範圍內,那麼我們可以模擬信號。在一段連續的時間,它代表信息的特徵量,可以瞬間轉化為信號的任何值將。 模擬通信的優點是直觀,易於實現。但它有兩個主要的缺點。模擬通信,尤其是微波通信和有線通信,很容易被竊聽。一旦接收到的模擬信號,很容易獲得通信信息。
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    模擬信號是連續的。如果我們把信息參數在一定範圍內,那麼我們可以模擬信號。在一段連續的時間,它代表信息的特徵量,可以瞬間轉化為信號的任何值將。模擬通信的優點是直觀,易於實現。但它有兩個主要的缺點。模擬通信,尤其是微波通信和有線通信,很容易被竊聽。一旦接收到的模擬信號,很容易獲得通信信息。
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