模擬信號到數位訊號 人類如何走向5G時代

2020-12-06 電子發燒友

模擬信號到數位訊號 人類如何走向5G時代

發表於 2019-06-19 17:39:15

從電報到5G通訊，實際上是個關於頻譜的故事，100多年來，如何更有效率的利用頻譜，如何在有限頻譜中獲得更高的傳輸率，成為無線通訊領域眾多天才和企業巨頭們持續攻克的目標。電話、電報、電視、網絡、手機等深刻改變人類社會發展進程的發明，精確的折射出了人類掌握和使用頻譜的能力。

今天，我們要回歸到我們更為熟悉的領域，為各位揭開短短幾十年中，模擬信號到數位訊號的通訊轉變，從中也記錄下了人類如何走向5G時代的故事。

模擬通訊時代：隨地通話的奇妙與哀愁

19世紀電報的發明，第一次將人類的信息傳遞速率提升至每秒30萬公裡，遠隔七大洲五大洋的各國民族在巴別通天塔倒下後，終於有了重新交匯的可能。但誰也不會想到，短短的二十多年後，亞歷山大貝爾在送話筒中喊出的第一句求助語句，會成為開啟全球通訊革命的起點，有線電話從此應運而生，遠隔千裡之外也能讓對話即時迴蕩耳畔。

幾乎就在電話發明的100年之後的1986年，世界第一套商用移動通訊系統在芝加哥誕生，其採用模擬信號傳輸，將介於300Hz到3400Hz的語音轉換到高頻的載波頻率MHz上，從而實現語音傳輸。至此，人類正式邁入即時語音通訊的時代，隨時隨地拿出拉風的大哥大撥打電話成了那個時代的標誌。

然而模擬通信的弊端也非常明顯，由於用戶線上傳送的電信號是隨著用戶聲音大小的變化而變化的，而這個變化的電信號無論在時間上或是在幅度上都是連續的，因此模擬信號對於頻譜的利用率極低，並且容易受到外界幹擾，經常會遇到串號或是盜號的問題。

更為重要的是，以當時的技術水平，大哥大所採用的天線技術和模擬信號處理技術水平直接決定了產品的好壞，在厚重電池和長天線的影響下，大哥大醜陋的磚塊外觀不但不方便攜帶，續航和信號都不容樂觀，用戶常常需要在高處尋找信號。

雖然模擬時代的通信需要花費高額的成本，但妙不可言的通話體驗卻吸引了一大批擁躉，而別著急，GSM時代即將來臨，他將正式開啟移動通信的2G時代!

GSM一統天下：簡訊登上歷史舞臺!

GSM全名為Global System for Mobile CommuNIcations，作為第二代移動通信技術，它最初的開發目的就是讓全球各地均可以使用同一個行動電話標準，甚至讓用戶手持一部終端就能在全球任意區域使用。

相比第一代模擬信號通信，GSM的數字通信信號是一種離散的、脈衝有無的組合形式，是負載數字信息的信號，因此GSM系統擁有出色的頻譜利用率，同時每個信道的傳輸帶寬也有所增加。反映到實際應用中，基於數字傳輸和更高語音編碼的啟用，GSM時代的信號強度和通話質量有了突飛猛進的提高，以往拿著手機到處尋找信號的情況一去不復返。

同時，更高的傳輸帶寬也首次為手機帶來了數據傳輸能力，雖然它的傳輸速率最初只有可憐的每秒9.6-14.4Kbit，但卻已經足夠滿足文字傳輸的需求，而這正是簡訊功能實現的基礎。

GSM標準所引領的2G時代，也是全球移動通信標準爭奪戰的開始。在GSM普及後，在歐洲以諾基亞和愛立信為首的手機產品開始攻佔美國和日本市場，它們的售價不僅變得更為低廉，體積更是小到足夠塞入口袋，因此僅僅不到10年之後，諾基亞就憑藉塞班智慧型手機成為全球最大的手機製造商。

3G迎來無線浪潮：移動網際網路成為可能

隨著用戶對於行動網路需求的不斷加大，原先緩慢的GSM網絡已經不足以承載，因此第三代移動通信網絡標準的建立已經箭在弦上，於是乎我們熟知的WCDMA、CDMA2000以及TD-SCDMA應運而生。

事實上關於3G網絡的誕生，還有個眾所周知的小故事。1940年，第二次世界大戰在歐洲戰場打得如火如荼，美國女演員海蒂拉瑪和她的作曲家丈夫為了幫助美國軍方製造出能夠抵抗納粹德國電波幹擾以及竊聽的通信技術，首次提出了擴頻以及跳頻技術概念，並在隨後獲得了相關專利。不過隨著二戰的結束，海蒂拉瑪的研究逐步失去了軍事意義，但她絕沒有想到，這兩項劃時代意義的技術成果會成為半個世紀後徹底改變整個世界。

打開APP閱讀更多精彩內容

聲明：本文內容及配圖由入駐作者撰寫或者入駐合作網站授權轉載。文章觀點僅代表作者本人，不代表電子發燒友網立場。文章及其配圖僅供工程師學習之用，如有內容圖片侵權或者其他問題，請聯繫本站作侵刪。 侵權投訴

相關焦點

  • 模擬信號到數位訊號 人類如何走向5G時代?
    電話、電報、電視、網絡、手機等深刻改變人類社會發展進程的發明，精確的折射出了人類掌握和使用頻譜的能力。今天，我們要回歸到我們更為熟悉的領域，為各位揭開短短幾十年中，模擬信號到數位訊號的通訊轉變，從中也記錄下了人類如何走向5G時代的故事。
  • 頻譜的故事: 從模擬信號到3G再到如今的5G網絡
    前言：從電報到5G通訊，實際上是個關於頻譜的故事，100多年來，如何更有效率的利用頻譜，如何在有限頻譜中獲得更高的傳輸率，成為無線通訊領域眾多天才和企業巨頭們持續攻克的目標。電話、電報、電視、網絡、手機等深刻改變人類社會發展進程的發明，精確的折射出了人類掌握和使用頻譜的能力。
  • 談談如何區分數位訊號與模擬信號及轉換問題
    模擬信號和數位訊號有著很大的區別。模擬信號是用連續變化的數值來表示要說明的信息；數位訊號是用有限個「0」和「1」的代碼來表示信息中某一個字符，當很多字符組合起來時，才能表達完整的信息。        模擬數據（Analog Data）是由傳感器採集得到的連續變化的值，例如溫度、壓力，以及目前在電話、無線電和電視廣播中的聲音和圖像。
  • 模擬信號與數位訊號
    模擬信號與數位訊號 本站 發表於 2009-04-06 23:34:33 模擬信號與數位訊號一、模擬信號
  • 模擬信號和數位訊號的差異
    你知道模擬信號和數位訊號之間的區別嗎？之前我們知道，我們必須知道什麼是模擬信號和數位訊號是什麼。 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。
  • 廈門邁入數位電視時代 模擬電視信號退出歷史舞臺
    這片 " 雪花 "，大家一定都很熟悉，它就是模擬電視信號在沒有節目或沒有信號時顯示的畫面，不過從今天開始，這樣的 " 雪花 " 就和我們的生活徹底告別了。這臺還在運行的模擬電視信號自動化發射機，正在向電視用戶發射模擬信號，通過它，市民家中的電視可以搜索到央視、福建省臺以及廈門電視臺等總計 5 個頻道。
  • 知識科普,數位訊號與模擬信號的區別
    不同的數據必須轉換為相應的信號才能進行傳輸：模擬數據一般採用模擬信號(Analog Signal)，例如用一系列連續變化的電磁波(如無線電與電視廣播中的電磁波)，或電壓信號(如電話傳輸中的音頻電壓信號)來表示；數字數據則採用數位訊號(Digital Signal)，例如用一系列斷續變化的電壓脈衝(如我們可用恆定的正電壓表示二進位數1，用恆定的負電壓表示二進位數0)，或光脈衝來表示。
  • 詳解:如何用混合信號示波器探測模擬和數位訊號
    許多基於微控制器的系統都有模擬和數位訊號。即使看起來是完全數字的系統也不完全是數字的，因為存在振鈴和串擾等模擬效應。因此，對系統中的信號通常需要同時持有模擬和數字的視角。這正是混合信號示波器(MSO)可以幫助到你的地方。
  • 模擬信號和數位訊號有什麼區別
    數位訊號與模擬信號定義 數位訊號，是指幅度的取值是離散的，幅值表示被限制在有限個數值之內。與模擬信號對應的是數位訊號，後者採取分立的邏輯值，而前者可以取得連續值。模擬信號的概念常常在涉及電的領域中被使用，不過經典力學、氣動力學（pneumatic）、水力學等學科有時也會使用模擬信號的概念。
  • 「乾貨」模擬信號和數位訊號的差異
    你知道模擬信號和數位訊號之間的區別嗎？之前我們知道，我們必須知道什麼是模擬信號和數位訊號是什麼。模擬信號是什麼？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。
  • 手機信號中的G到底是什麼意思?從1G時代到5G時代都有哪些改變?
    今天我們來聊一聊關於手機信號的一些話題，最近，5g網絡的消息可以說越來越多了，可能很多小夥伴們好奇，一直以來，我們所說的2G、3G、4G到底是什麼意思呢？那麼每一單的等級是如何劃分的呢？事實上，每一代移動通信技術都有複雜的技術標準和編碼規則，最早的移動通信技術我們稱它為1G，從嚴格意義上講，1G與現在的行動網路有著本質的區別，1G是模擬信號，但後面的都是數位訊號，所以1G只能用來打電話，而且抗幹擾能力很差，上世紀的移動手機大哥大就是使用的第一代移動通信技術。
  • 聽音辯鼓：從數位訊號模擬到宇宙形狀
    Van Suijlekom和Connes於1982年獲得了久負盛名的菲爾茲獎章，他們研究了有限數量的振動如何提供有關物體形狀的信息。為此，他們開發了一種新的數學理論，描述了如何通過「局部聽鼓的形狀」來非常精確地估計完整形狀。現在，Walter van Suijlekom於7月14日在《數學物理通訊》撰寫了解釋文章。「讓我們將其與MP3進行比較。
  • 車臺那些事Ⅳ 模擬信號、數位訊號怎麼選?
    在選購過程中，被模擬、數位訊號之爭困擾著，下面就跟大家聊聊無線電信號的話題，詳細的科普下模擬信號與數位訊號的區別！；數位訊號一般通過對載波進行移相(Phase Shift)的方法轉換為模擬信號。*區別      模擬信號與數位訊號不同的數據必須轉換為相應的信號才能進行傳輸：模擬數據一般採用模擬信號（Analog Signal），例如用一系列連續變化的電磁波（如無線電與電視廣播中的電磁波），或電壓信號（如電話傳輸中的音頻電壓信號）來表示；數字數據則採用數位訊號（Digital Signal），例如用一系列斷續變化的電壓脈衝（如我們可用恆定的正電壓表示二進位數
  • 當RF遇到模擬信號和數位訊號–EMI測試
    打開APP 當RF遇到模擬信號和數位訊號–EMI測試 越策越開心 發表於 2012-10-19 14:24:03 這是因為如果沒適當的工具，找到略微超出極限的、討厭的EMI輻射的來源可能會非常麻煩，這種EMI輻射可能會橫跨RF信號、模擬信號和數位訊號。 　　當前的設計正變得越來越強大、越來越複雜、越來越小。越來越多的功能被塞進越來越小的封裝中，即使本身沒有無線功能，設計中仍存在著大量的組件，每個組件都會發出某類電磁能量(或RF噪聲)，可能會干擾設計中某些其它東西。
  • 「乾貨」PLC數位訊號、模擬信號輸入和控制,你知道多少?
    >數字量信號傳感器類型：閥開、閥關信號，接近開關通斷信號，紅外線感應信號等。 數字量信號一般為兩個狀態0和1，通或者斷，用來給PLC等設備提供通斷信號。 二、相應的PLC也有不同的輸入輸出埠： 1，模擬量輸入埠：接受傳感器等設備的模擬量信號。
  • 模擬與數字電路使用混合信號來驗證和測量
    ，DAC,某些單片機等則集模擬信號和數位訊號於一個器件上。２、孤立信號越來越少，多路信號的關聯性調試和驗證在很多情況下是必須的，而模擬信號的速度往往低於數位訊號，要求儀器在捕獲一個慢信號完整周期的同時，還能支持很高的採樣率，這就要求儀器有很深的存儲深度和很多個通道，價位還可要可以被接受。３、高速數位訊號本身呈現模擬特徵（如過衝、振鈴等），需要進行信號完整性測試。
  • 從數字PWM信號獲得準確、快速穩定的模擬電壓
    圖1示出了一款典型應用，其採用一個經濾波的數字輸出引腳來產生一個模擬電壓。　　該方案的諸多不足之處您不必深究就能發現。理想情況下，一個12位模擬信號應具有小於1LSB的紋波，因而對於一個5kHz PWM信號需要採用一個1.2Hz低通濾波器。電壓輸出的阻抗由濾波器電阻決定，如果要保持一個大小合理的濾波電容器，那麼它就會相當大。因此，輸出必須只驅動一個高阻抗負載。
  • 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
    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。
  • 數位訊號電平的測試方法
    目前絕大多數中小有線運營商只有簡單的模擬信號測試手段, 在排除網絡故障時, 最常用的方法是測量信號電平, 但數位電視信號的數位訊號的功率不能用峰值功率測量來完成, 因為信道功率是和帶寬有關的,帶寬越寬, 信道的平均功率越高, 下面介紹一種用模擬場強儀估算數位訊號電平的方法。