Signal信号传输

更新: 2025/2/24 字数: 0 字 时长: 0 分钟

信号种类

互联网是人类信息社会的基石，最重要的功能之一就是传递信息，而信息本质上是以信号的形式传输的，这些信号可以是电信号，也可以是光信号。

电信号

“电信号”通常指的是通过电流或电压的变化来传输信息的信号，这些信号可以是模拟信号或数字信号。

模拟信号

**模拟信号，简单说就是用一组连续变化的数值来表示信息的电信号。**好比指针式仪表盘，指针即可以表示出 50，也可以表示出 50.001，当指针从 0 到 100 再到 0 就是一个数值连续变化的过程，这就可以看作模拟信号。

• 比如用电信号模拟图像，我们去医院体检时做的心电图，就是用电信号来模拟出我们心跳振幅的图像。这种图像就是模拟信号，最大的特点就是信号数值是一个连续变化的过程。

• 比如用电信号模拟声波，早期的手机、座机通过话筒采集到我们的声波后，就会通过电信号来模拟出声音的波形。这个波形就是模拟信号，然后把这个模拟信号传输到对方手机上，由于传输过程中会遇到各种各样的干扰，当模拟信号到达对方手机上时，波形会发生改变，因此对方手机通过波形模拟出来的声音会有失真的情况。这也是模拟信号的一个缺点，抗干扰能力差。

数字信号

**数字信号，简单说就是用一组非连续变化的数值表示信息的电信号。**好比数字式仪表盘，虽然也可以表示出 50，但却表示不出 50.001，当数字从 0 到 100 再到 0 就是一个数值非连续变化的过程，这就可以看作数字信号。

• **数字信号使用数字数值来表示信息。这意味着信号的每个样本都以数字形式存在，可以进行精确的数学和逻辑运算。**在计算机科学、电子技术中广泛应用，常用于数字音频、数字图像、数字视频等各种应用中。

• 现代移动通信已经完全过渡到数字信号，相比于模拟信号，数字通信提供更高的数据传输速度、更好的语音质量、更好的网络效率以及更强的信号抗干扰能力。如果将模拟信号转换为数字信号，在传输的过程中数字信号同样会受到各种各样的干扰，波形同样会发生变化，但因为数字信号只有一高一低两种波形，所以数字信号的波形即使和最开始的不一样，但只要能区分出高和低，就可以很轻松的还原出来的数字信号，这就是数字信号抗干扰能力强的表现。

提醒

现代智能手机中内置了数字音频处理器（DSP），能够直接将声波转化为数字信号。

**数字信号通常是以二进制表示的。**采用二进制的原因主要有以下几点：

1. 简单性：二进制是一种非常简单的数字系统，只包括数字 0 和 1。在传递数字信号的过程中，通过不同的电压水平（Voltage Level，电平）来表示二进制中的 0 和 1。具体到数字通信系统中，0V（或接近 0V 的电压）的低电压表示数字 0，而高于一定电压阈值（取决于具体的数字电信号标准和协议）的高电压表示数字 1，这样可以很容易地区分两个状态。这种简单性使得数字信号的生成、处理和解释更加容易，减少了错误的概率。
2. 可靠性：二进制信号具有明确的高低电压水平（Voltage Level，电平），易于识别，从而提高了信号的可靠性。这种明确性有助于降低信号传输中的误解和干扰的风险。
3. 兼容性：二进制信号从硬件层面最容易实现，与数字电子设备的工作方式高度兼容，可以降低数字系统的设计和实现的复杂性，并且数字电子设备使用二进制作为其内部工作语言，因此使用二进制信号可直接与这些设备交互。
4. 可扩展性：二进制系统可以轻松扩展到更高级别的系统，如四进制、八进制或十六进制，从而能够表示更大范围的数字值，同时仍然保持了相对的简单性。
5. 错误检测和纠正：二进制信号的错误检测和纠正技术非常成熟，可以在数字通信中使用，从而提高了数据传输的可靠性。
6. 数据压缩：在数字通信和存储中，二进制信号可以更容易地进行数据压缩，从而减小数据的大小，提高存储和传输的效率。

建议

二进制在数字通信和计算机领域中具有许多优势，包括简单性、可靠性、兼容性和可扩展性，这使得它成为数字系统的自然选择，无论是在数据传输、计算机编程、数字电子设备还是其他数字领域中。

比特流（Bitstream）是指由二进制位（即0101001011）按照特定的编码规则排列成的一串数字信号。

• **比特流可以通过计算机网络进行传输，也可以通过存储设备进行存储。**在计算机网络中，比特流可以通过各种协议进行传输，例如 HTTP、FTP和 BitTorrent 等。在存储设备中，比特流可以被存储在硬盘、固态硬盘、U 盘、SD 卡等各种存储介质中。

• **比特流的编码规则有很多种，包括无损编码和有损编码。**无损编码的目标是完全还原原始数据，例如无损压缩技术如 FLAC 和 ALAC。这些编码技术可以将原始数据压缩成更小的文件大小，但是不会损失任何数据。有损编码的目标是通过删除一些数据来减小文件大小，但是这些数据的丢失可能会影响数据的质量。例如，JPEG 和 MP3 就是常见的有损编码格式。

• **比特流通常用于表示数字、图像、音频和视频等数据类型，应用范围十分广泛。**在数字媒体领域。在数字音频中，比特流表示了音频信号的数字化表示。在数字图像中，比特流表示了像素的颜色和位置信息。在数字视频中，比特流表示了视频帧的像素信息和时间戳等元数据。在通信领域，比特流的传输速率是一个重要的指标。比特流的传输速率取决于数据流的大小和传输速度。在高速网络中，比特流的传输速率可以达到几百兆甚至几千兆每秒。在低速网络中，比特流的传输速率可能会受到网络带宽的限制。在计算机图形领域，比特流被用来表示图形对象的形状和颜色信息。比特流的解码可以将图形对象还原成原始的形状和颜色。比特流的压缩可以减小图形对象的文件大小，从而提高图形渲染的效率。

**比特流（Bitstream）中每 1 个二进制数据就是一个比特(Bit)，每 8 个比特(Bit)大小的数据就是 1 个字节(Bytes)，即 8Bit=1Bytes 的关系。**后面就是我们熟悉的计算机存储单位了：

• 1024 个字节(Bytes)等于 1 个千字节(KB)，即 1024Bytes=1KB 的关系；
• 1024 个千字节(KB)等于 1 个兆字节(MB)，即 1024KB=1MB 的关系；
• 1024 个兆字节(MB)等于 1 吉字节(GB)，即 1024MB=1GB 的关系；
• 1024 个吉字节(GB)等于 1 太字节(TB)，即 1024GB=1TB 的关系；
• 1024 个太字节(TB)等于 1 拍字节(PB)，即 1024TB=1PB 的关系；

建议

我们在网络运营商那里选择网速套餐时，运营商是以比特(Bit)为单位的传输速度出售的，例如 100 兆的网速实际是指 100Mb/s，而计算机的是以字节(Bytes)为存储单位的，例如100兆的文件实际是指 100MB，现用 100 兆的网速下载一个 100 兆大小的文件，所需时间约为 100MB/(100Mb/s) = 1B/(1b/s) = 8s。

模数转换

**模数转换，简单说就将模拟信号转换为数字信号。**进行模数转换的原因在于，使用数字信号相比使用模拟信号更加有优势：

• 数学运算处理：数字信号以数字形式存在，可以进行精确的数学处理和分析，使其非常适合数据处理和算法应用。

• 存储传输方便，数字信号可以以数字文件或数据包的形式存储和传输，因此适用于数字设备、计算机和数字通信网络。

• 抗干扰能力强，数字信号只有一高一低两种波形，在传输过程当中，只要还没有衰减到无法确定信号高低的时候，就可以使用中继器将其重新给还原出来。

• 应用范围广大，数字信号具有精确性、稳定性和数学运算处理的优势，在许多现代电子设备中更为常见，例如电子通信、计算机、数字音频、数字视频等应用中。不过，模拟信号仍然在某些应用中有用，特别是在一些传统的音频设备、通信系统、模拟电视和一些传感器中使用。

进行模数转换时候，主要有以下三个步骤：

1. 对模拟信号进行固定时间间隔的采样；
2. 对采样的数值按照区间进行量化分级；
3. 对量化的等级进行统一的标准化编码；

建议

采样率和量化等级越高，所得到的数字信号波形就越接近模拟信号波形。

光信号

“光信号”指的是一种通过光源产生光脉冲（光波）来表示信息的信号。这些光脉冲的强度或频率会根据要传输的信息进行变化，从而将数字数据、音频、视频或其他形式的信息通过光纤传输到接收端，然后接收端再将光脉冲转化为数字数据或其他形式的信息。

**光信号是现代通信和数据传输中的重要技术，在各种通信系统中得到广泛应用，包括互联网、电话网络、有线电视、数据中心互连、卫星通信等。**使用光信号通信的优点包括：

1. 高带宽：光信号的频率高，可以传输大量数据，适用于高速通信。
2. 低信号衰减：光信号在光纤传输时，衰减较低，可以实现长距离通信。
3. 抗干扰性：光信号不容易受到电磁干扰的影响，具有较高的信号质量。
4. 安全性：光信号在传输过程中难以窃听，具有更高的通信安全性。
5. 轻量化：光信号可以通过光学纤维传输，这些纤维非常轻便。
6. 低延迟：光信号传输速度非常快，通常具有低延迟。

传输介质

**传输介质，简单讲就是传输信号的物质。**例如，传输模拟信号的电话线是以铜线为传输介质的，传输数字信号的网线也是以铜线为传输介质的，传输光信号的光纤则是以玻璃纤维或光学质量塑料为传输介质的。

电话线

早期移动电话还未普及之前，人们使用固定电话进行远距离语音沟通，这个固定电话就是我们俗称的座机，简称固话。

固定电话要通过一根线连接入网才能拨打或接听电话，这根线就是电话线。

电话线两头的透明塑料外壳称之为水晶头，根据电话线的铜芯数，电话线的水晶头主要是 6P2C、6P4C 两种规格，其中 P 代表水晶头凹槽个数，C 代表水晶头铜片卡个数。

两种规格的电话线水晶头，就对应着两种规格的插座，**一种是 RJ-11 规格的插座，采用 6P4C（六位置、四触点连接器）接线方式，具有 6 个针脚和 4 个金属联系点，通常用于传输模拟语音信号，包括电话通信、传真机、调制解调器等设备；**另一种 RJ-32 规格的插座，但这种规格的插座并不常见，这是因为上面两种规格的电话线水晶头大小都一样，只是金属联系点的数量不同，而 RJ-11 规格的插座可以同时满足两种规格的电话线水晶头。

双绞线

双绞线（Twisted Pair，简称TP），也就是我们常说的“网线”。

绞线接头

双绞线两头的透明塑料外壳也称之为水晶头，由于双绞线的铜芯数都是 8 位，因此双绞线的水晶头只有 8P8C 一种规格，其中 P 代表水晶头凹槽个数，C 代表水晶头铜片卡个数。

同样的一种规格的双绞线水晶头，就对应着一种规格的插座，那就是 RJ45 规格的插座，它代表"Registered Jack 45"，采用的是 8P8C（八位置、八触点连接器）接线方式，每个针脚都有特定的功能，用于传输不同类型的数据信号，是以太网（Ethernet）局域网连接中最常见的插座类型之一。

线材分类

双绞线线材由塑料外皮和八根不同颜色的线分四对双绞组合而成。在每对绞线中，一根线用来传输数据，另外一根线是用来抗干扰，它们通过绞合在一起的方式，当两根线通电的时候周围产生的磁场会相互抵消，这样不仅可以抵御一部分来自外界的电磁波干扰，还可以降低自身信号的对外干扰。

根据双绞线缆有无屏蔽层进行分类，分为下图几类：

根据双绞线缆频率和信噪比进行分类，可以分为如下几类：

遍历组合上面的分类，我们就可以得到下图不同的双绞线：

[!ATTENTION]

双绞线与其他传输介质相比较，在传输距离，信道宽度和数据传输速度上都不是最高的，但其强在性价比高，可以胜任大多数连接场景。需要注意的是，双绞线长度不能超过100米，否则就会出现信号衰减、时延问题。

制作流程

制作网线前，我们需要掌握两个公认的线序标准：

• EIA/TIA 568A标准线序依次为：绿白、绿、橙白、蓝、蓝白、橙、棕白、棕。

• EIA/TIA 568B标准线序依次为：橙白、橙、绿白、蓝、蓝白、绿、棕白、棕。

建议

橙、橙白、绿、绿白，4根线是用来通信的，蓝、蓝白、棕、棕白，既可以通信，也可以进行POE供电。100Mb网线只会用到橙、橙白、绿、绿白线，而1000Mb网线会用到全部8根线。

**直通线：又称正线，标准线。线两端接头线序相同，即如果为568A标准，两头都是568A，如果为568B标准，两端也均为568B标准。**应用场景：用于连接不同种类别设备，路由器和交换机，PC和交换机等。

**交叉线：又称反线。线的一端使用568A标准线序，另一端使用568B标准线序。**使用场景：用于连接相同种类别设备，PC和PC，路由器和路由器等。

提醒

现在的设备基本支持线序翻转，基本不用考虑交叉线、直通线。一般我们个人，家庭的日常使用都是采用568B线序的直通线，即双绞线两端接头都是按照568B线序进行制作。

现在我们来制作一根合格的网线，首先需要准备如下四样物品：一段网线、两个网线水晶头、一把网线钳、一个测线仪。

物品准备齐全后，我们按如下步骤来制作网线：

网线制作完成后，一定要用测线仪来检查网线是否正常连通：

光纤

**光纤，简单讲就是传输光信号的高折射率材料，通常是玻璃。这种玻璃非常纯净，可以使得光信号能够通过全反射原理在光纤内部传输，而不会发生光信号的泄漏或损失，以确保高质量的传输光信号。**常用的光纤分为两种类型：

• 单模光纤，具有相对较小的光纤核心，只能传输一条光信号。这意味着光信号以更直线的方式传播，减少了信号的色散和失真，而且没有其他信号相互干扰，因此传输距离长，最长可达 100 千米。常用于如跨越城市或国际距离的光纤通信，因为它提供了更高的带宽和信号质量。

• 多模光纤，具有相对较大的光纤核心，可以同时传输多条光信号。这些光信号是在不同角度入射光线下传播的，因此在光纤中有多个反射路径，由于存在其他信号相互干扰，因此传输距离相对较短，但也比双绞线要长很多，常用于局域网（LAN）连接。

提醒

在光纤中传递的光信号也避免不了衰减，这个叫光衰。当光信号衰减到一定程度就无法使用了，因此就需要在光信号还未衰减到无法使用前，使用中继设备将光信号进行放大再传输。例如从美国到中国之间的网络使用海底光缆（外层涂有抗海水腐蚀的由大量光纤组合形成的线缆）传递光信号进行信息交流，由于距离特别远，光信号在光缆中会经过多个中继设备，经历多次信号放大传输，才能将光信号传送至对岸。

光纤接头

光纤有不同的标准接头，以便与不同类型的光设备连接。常见接头如下：

• SC型接头：外观呈矩形，采用插拔销栓的方式紧固，在路由器、交换机、光猫上使用最多。
• LC型接头：外观呈小方形，与SC型接头形状相似，大小是其二分之一。
• ST型接头：外观呈金属圆形，采用螺丝扣的方式紧固，常用于光纤配线架。
• FC型接头：外观是金属套的圆形螺纹口，采用螺丝扣来固定，一般在电信网络中使用比较多。

跳线尾纤

"光纤跳线"（Fiber Optic Patch Cord）通常被称为"跳线"，是指用于连接光纤设备的光纤连接线。这些跳线用于将光信号从一个光设备传输到另一个，通常用于连接光纤设备、网络设备、光纤互联设备以及光纤分布和交叉连接系统。

"光纤尾纤"（Fiber Optic Pigtail）通常被称为"尾纤"，就是一端是光纤接头，另一端是光纤纤芯的光纤线。一般用在家庭或企业的用户终端场景中，例如连接光猫。

提醒

光纤跳线和光纤尾纤没有本质上的区别，甚至可以将光纤跳线一分为二，当做光纤尾纤来使用，但这样做要提前是确定好光纤接口和连接设备的接口是否相互匹配。

制作流程

现在我们上网一般都是使用家里预埋的光纤皮线，或者电信网工人员从光纤分线箱那里牵的一根光纤皮线，在皮线内部是 G.675A 单模光纤。

从光纤到光猫可以分为三种方式：冷接直连、冷接跳线、热熔尾纤。

• 冷接直连：在光纤上套一个SC口的光纤冷接子，直接连接光猫的SC接口。虽然操作简单，但冷接子的纤头容易断，有时接触不良，故障率较高。

• 冷接跳线：在光纤上套一个SC口的光纤冷接子，通过光纤耦合器（光纤适配器）使其和光纤跳线的一个接头端精确对准并紧密结合，再将跳线的另一个接头端连接光猫的SC接口。因为跳线接头是厂家做的，结实耐用，而且跳线更软、折断概率更小，还可以提供额外的物理保护，降低损坏的风险，但需要考虑到冷接子制作质量和老化的问题。

热熔尾纤：在光纤外套上热缩管，将光纤纤芯剥出来，再将尾纤的光纤端的纤芯剥出来，通过熔纤机将两者融合成一根光纤，再将热缩管放在熔纤处进行加热，然后在热缩管外面套一个白色的保护壳，最后将尾纤的接头端连接光猫的SC接口。因为是将两根光纤熔成了一根光纤，因此出现问题的概率更小，但需要自备熔纤机。

注意事项

在光纤制作的过程中要注意以下事项：