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什么是信号?

什么是信号?

作者: Eptsten | 来源:发表于2019-02-24 23:40 被阅读0次

    说到信号,我们首先想到的往往是光信号电信号,这些的确是我们常用的信号,那信号的实质是什么呢?信号是用来干什么的?一种通用的解释是,信号是消息的载体。也可以参考维基百科对信号的解释:

    In communication systems, signal processing, and electrical engineering, a signal is a function that “conveys information about the behavior or attributes of some phenomenon”.

    A signal may also be defined as an “observable change in a quantifiable entity”.(可被观察的物理量的变化)

            从这些定义出发,我们试着重新去思考最开始的这个问题——什么是信号?什么可以作为信号?基于当下的技术水平,其中哪些能被我们所用?它们的适用范围有哪些?……

            先谈谈最简单的问题吧,什么是信号,什么可以作为信号。我们最常用的光、电、声,是从什么方面出发所使用的?如果通信的主题是蚂蚁,他们会选择光和声作为它们的通用信号么?1 这就引申出一个有趣的问题,我们之所以选用声和光作为我们最基本的通信载体,是不是由我们的感官决定的呢?如果是这样,那人的五感(形、声、闻、味、触)是不是都可以派上用场呢?先别急着否定,我们讨论的通信范围不只是机器之间的通信,是广义的通信,人与人,人与机器,人与自然等等,这之间由万千通信场景,耐心想想总是能有用得上的。

            让我们继续拓宽思路,除了常见的声光电,自然界中还有什么是可以用来运载信息的呢?看得见的,一片云,一座山,一片草地,一块石头;看不见的,分子、原子、质子、中子、量子;看不见又摸不着的,各种波、各种力场,如电磁波、声波、引力波2…… 万物皆可通信,为什么我们更倾向于用那些看不见或摸不着的东西进行通信呢?是因为效率高么?可是声波的效率好像挺低的呀?3理论上量子的通信范围和速度最远保密性最高,怎么当初没有优先研究量子通信呢?

            让我们把眼光放回到现代通信系统中最常用到的电信号上。我们一般所使用的电信号,比如在电路和模电课上接触的,都是随时间变化的电信号(time-varying),用图表述的时候横轴是时间,纵轴是幅度。那么问题又来了,为什么要这样表示呢?横轴就不能是频率、空间,弄点什么frequency-varying, space-varying,因为它们是相对固定的东西么,那我来个weather-varying又怎么说?太玄学了,那看一下纵轴吧,能不能来点幅度以外的东西,比如频率、能量、空间、调制方式4、 电磁波极化方向……是的,这的确可以,纵轴不同构成了各种各样不同的调制方式,如幅度调制(AM),频率调制(FM)等等。只有想不到,没有做不到。

            电信号是最好的么?我们现代通信系统几乎都是用的电信号,是否表示它就是最完美的,它就是上帝?这得看不同的应用场景,比如在水中,它就是个弟弟。而且它还经常撞墙,撞着撞着就把自己撞没了。从保密角度来说,电磁波飘在空中,任何人都能接收到,好像也没这么安全……

            最后再留一个开放性的问题吧:在《全频段阻塞干扰》5所描绘的信息战中,为了平衡双方的实力,弱势一方使用了一种刺激的方式(不剧透)对对整个战场内电磁波的可通信频段进行了阻塞干扰,使得无法再使用电磁波进行通信。在这种情况下,应该怎么办?如果要使用大批量导弹对特定区域进行协同轰炸,它们之间可以怎么通信?

    1 一篇很好玩的科幻小说,《白垩纪往事》/《当恐龙遇上蚂蚁》,刘慈欣 ↩︎

    2《三体》中飞船与地球进行远距离通信所使用的一种信号 ↩︎

    3 刘慈欣《乡村教师》:“上尉,你是个白痴吗?!”舰队统帅大怒,“你是想告诉我们,一种没有记忆遗传,相互间用声波进行信息交流,并且是以令人难以置信的每秒1至10比特的速率进行交流的物种,能创造出5B级文明?! ↩︎

    4 “做研究的就是要天马行空嘛,所有有不确定性的东西都可以携带信息,比如在这个OFDM里面,我们甚至可以设想用不同的调试方式来表示不同信息,用调制方式来通信”,某节通信原理课上吴绍华老师如是说。 ↩︎

    5 没错,这又是一本刘慈欣的科幻小说 ↩︎

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