1-7信号调制与PCM基础（物理层）

调制可分为基带调制和带通调制 。
基带调制：只对基带信号波形进行变换，并不改变其频率，变换后仍然是基带信号。
带通调制：（频带调制）带通调制通过载波将基带信号的频率迁移到较高频段进行传输，解决了很多传输介质不能传输低频信息的问题。并且使用带通调制可以传输的更远。

【解析：】
1.什么是基带信号？

来自信源的信号常称为基带信号（即：基本频带信号）。像计算机输出的代表各种文字或图像文件的数据信号都属于基带信号。基带信号往往包含较多的低频成分，甚至有直流成分，而许多信道并不能传输这种低频分量或直流分量。为了解决这一问题，就必须对基带信号进行调制（modulation）.
调制可分为两大类：一类是仅仅对基带信号的波形进行变换，使它能够与信道特性相适应。变换后的信号仍然是基带信号。这类调制称为基带调制。由于这种基带调制是把数字信号转变为另一种形式的数字信号，因此大家更愿意把这种过程称之为编码（coding）.
另一类调制则需要使用载波（carrier）进行调制，把基带信号的频率范围搬移到较高的频段，并转换为模拟信号，这样就能更好的在模拟信道中进行传输。经过载波调制后的信号称为带通信号（即：仅在一段频率范围内能够通过信道），而使用载波的提调制称为带通调制。

——谢希仁《计算机网络》第七版 p43

1.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，比如我们说话的声波就是基带信号。（如果一个信号包含了频率达到无穷大的交流成份和可能的直流成份，则这个信号就是基带信号。

2.衰减：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

3.调制信号与基带信号的区别：
基带信号（信息源，也称发终端）指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。
调制信号是由原始信息变换而来的高频信号。调制本身是一个电信号变换的过程，是按A信号的特征然后去改变B信号的某些特征值（如振幅、频率、相位等），导致B信号的这个特征值发生有规律的变化，当然
这个规律是由A信号本身的规律所决定的。由此，B信号就携带了A信号的相关信息，在某种场合下，可以把B信号上携带的A信号的信息释放出来，从而实现A信
号的再生，这就是调制的作用。可以举个简单例子说明一下调制的作用，比方说声音无法传很远，那么用普通的声音去改变（调制）短波（高频电磁信
号）信号的振幅，然后把这个短波信号发射向天空，天空中存在电离层，可以把短波信号反射下来，反射到美国，使用短波收音机把附着在短波信号上的声音信号释
放（解调）出来，就可以收听了。
上述A信号就是调制信号，B信号是被调制信号，完成调制的B信号为已调信号。有时候也会把已调信号笼统的说是调制信号（这就是为什么上面说可以有两种解释的原因），这里只是为了把它与A信号相区别，A信号通常可以成为基带信号，当然这是数字信号领域的叫法，模拟信号一般就是指调制信号源。

4.数字基带传输系统各部分的作用： 1）信号形成器：产生适合于信道传输的基带信号波形。 2）信道：允许基带信号通过的媒介。 3）接收滤波器：用来接收信号，尽可能滤除信道噪声和其他干扰，对信道特性进行均衡，使输出的基带信号有利于判决。
4）抽样判决器：在传输特性不理想及噪声背景下，在规定时刻（由位定时脉冲控制）对将接收滤波器的输出波形进行抽样判决，以恢复或再生基带信号。
5）定时脉冲和同步提取：用来抽样的位定时脉冲依靠同步提取电路从接收信号中提取，位定时的准确性将直接影响判决效果
——百度百科：https://baike.baidu.com/item/%E5%9F%BA%E5%B8%A6%E4%BF%A1%E5%8F%B7#ref_[1]_1203104

2.为什么很多传输介质不能传输低频信息？

1、任何信息传输和共享都需要传输介质的存在，计算机网络也不例外。按照传输介质的不同可以分为有线传输和无线传输两类：

有线传输介质：双绞线、同轴电缆、光纤；

2、导线的损耗机理：导体损耗和介质损耗，这两种损耗对高频信号的衰减大于低频信号，沿着相同的传输线传输时，

高频的衰减量是比较多的，导致边沿的上升时间边长，限制了带宽的增加。

宽带与上升时间的关系： BW=0.35/RT,BW——带宽，单位GHz；

RT——10%~90%上升时间，单位ns

电磁波，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，其传播方向垂直于电场与磁场的振荡方向。

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。电磁波可按照频率分类，从低频率到高频率，主要包括无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和伽马射线。人眼可接收到的电磁波，波长大约在380至780nm之间，称为可见光。
那么在电磁波传播过程中，高频低频传输的区别是什么呢？

（1）天线

一般而言，天线的长短和波长成正比，和频率成反比，频率越高，波长越短，天线也就可以做得越短
。有关天线的知识参考：http://www.rfsister.com/article/23533311.html

（2）衍射

频率高的无线电波衍射能力弱，就是说越是频率高的电波越依赖直线传播。频率低的无线电波衍射能力强，就是说越是频率低的电波绕开障碍物传播的能力越强。频率高的，能量高，传透能力强，这是因为能量高而穿过物体，是真正的透射。

理论上频率低的电波传播距离长。就好比短波无线电能传播上百甚至上千，乃至全球传播。频率高的电波传播距离相比较短。就好比调频广播基本不会跨省传播，更具体的就是手机基站之所以很多也是这个原因，（当然还有手机发射功率方面的原因）。

（3）传播途径

频率高低不同，传播的途径也不同，天波，地波，直线波等等，传播特性的探索向来都是无线电爱好者尝试实验的很大原由，虽有大体定论，但是影响传播的条件还是很复杂。

（4）电路和元器件

其余电路方面，低频振荡电路可以做得功率很大，像广播电台的动辄属千瓦的发射机。高频无线电设备由于能量大，工艺方面，不能做到像低频那么大的功率。就好比卫星的超高频转发器功率就不是很大，一方面就是元器件方面的原因，当然也有损失较小，电源功率有限等原因。

（5）频段

频段方面，低频较活跃，电台，广播，无线电通联等等。高频由于技术，设备原因及未探索区域太大（数百GHz甚至上千上万上兆GHz正在探索应用中），故还没有利用充分。

那么为什么无线电通信要将低频信号调制到高频传输呢？：基带信号频率低，波长长，当天线的长度为无线电信号波长的 1/4
时，天线的发射和接收转换效率最高，如果不调制到高频，天线需要做得很长；
空间中的频谱资源是有限的，每个信道都严格划分给固定用途，通过载波调制可以选择合适的信道进行传输；
高频要比低频传送的成本低效率高。利用高频的不同的载波，容易实现多路通信。

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