什么是信号?

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 ↩︎

©著作权归作者所有,转载或内容合作请联系作者
  • 序言:七十年代末,一起剥皮案震惊了整个滨河市,随后出现的几起案子,更是在滨河造成了极大的恐慌,老刑警刘岩,带你破解...
    沈念sama阅读 199,636评论 5 468
  • 序言:滨河连续发生了三起死亡事件,死亡现场离奇诡异,居然都是意外死亡,警方通过查阅死者的电脑和手机,发现死者居然都...
    沈念sama阅读 83,890评论 2 376
  • 文/潘晓璐 我一进店门,熙熙楼的掌柜王于贵愁眉苦脸地迎上来,“玉大人,你说我怎么就摊上这事。” “怎么了?”我有些...
    开封第一讲书人阅读 146,680评论 0 330
  • 文/不坏的土叔 我叫张陵,是天一观的道长。 经常有香客问我,道长,这世上最难降的妖魔是什么? 我笑而不...
    开封第一讲书人阅读 53,766评论 1 271
  • 正文 为了忘掉前任,我火速办了婚礼,结果婚礼上,老公的妹妹穿的比我还像新娘。我一直安慰自己,他们只是感情好,可当我...
    茶点故事阅读 62,665评论 5 359
  • 文/花漫 我一把揭开白布。 她就那样静静地躺着,像睡着了一般。 火红的嫁衣衬着肌肤如雪。 梳的纹丝不乱的头发上,一...
    开封第一讲书人阅读 48,045评论 1 276
  • 那天,我揣着相机与录音,去河边找鬼。 笑死,一个胖子当着我的面吹牛,可吹牛的内容都是我干的。 我是一名探鬼主播,决...
    沈念sama阅读 37,515评论 3 390
  • 文/苍兰香墨 我猛地睁开眼,长吁一口气:“原来是场噩梦啊……” “哼!你这毒妇竟也来了?” 一声冷哼从身侧响起,我...
    开封第一讲书人阅读 36,182评论 0 254
  • 序言:老挝万荣一对情侣失踪,失踪者是张志新(化名)和其女友刘颖,没想到半个月后,有当地人在树林里发现了一具尸体,经...
    沈念sama阅读 40,334评论 1 294
  • 正文 独居荒郊野岭守林人离奇死亡,尸身上长有42处带血的脓包…… 初始之章·张勋 以下内容为张勋视角 年9月15日...
    茶点故事阅读 35,274评论 2 317
  • 正文 我和宋清朗相恋三年,在试婚纱的时候发现自己被绿了。 大学时的朋友给我发了我未婚夫和他白月光在一起吃饭的照片。...
    茶点故事阅读 37,319评论 1 329
  • 序言:一个原本活蹦乱跳的男人离奇死亡,死状恐怖,灵堂内的尸体忽然破棺而出,到底是诈尸还是另有隐情,我是刑警宁泽,带...
    沈念sama阅读 33,002评论 3 315
  • 正文 年R本政府宣布,位于F岛的核电站,受9级特大地震影响,放射性物质发生泄漏。R本人自食恶果不足惜,却给世界环境...
    茶点故事阅读 38,599评论 3 303
  • 文/蒙蒙 一、第九天 我趴在偏房一处隐蔽的房顶上张望。 院中可真热闹,春花似锦、人声如沸。这庄子的主人今日做“春日...
    开封第一讲书人阅读 29,675评论 0 19
  • 文/苍兰香墨 我抬头看了看天上的太阳。三九已至,却和暖如春,着一层夹袄步出监牢的瞬间,已是汗流浃背。 一阵脚步声响...
    开封第一讲书人阅读 30,917评论 1 255
  • 我被黑心中介骗来泰国打工, 没想到刚下飞机就差点儿被人妖公主榨干…… 1. 我叫王不留,地道东北人。 一个月前我还...
    沈念sama阅读 42,309评论 2 345
  • 正文 我出身青楼,却偏偏与公主长得像,于是被迫代替她去往敌国和亲。 传闻我的和亲对象是个残疾皇子,可洞房花烛夜当晚...
    茶点故事阅读 41,885评论 2 341

推荐阅读更多精彩内容

  • 先讨论物理层的基本概念,然后介绍有关数据通信的重要概念以及各种传输媒体的主要特点,但传输媒体不属于物理层的范围。在...
    dmmy大印阅读 1,731评论 0 2
  • 前言 本文将我学习的计算机网络相关知识做个汇总,以求备忘,形成体系以及将来能融会贯通。 什么是计算机网络 简单地说...
    victor_6531阅读 2,820评论 0 5
  • 第一章 1.简述通信系统模型中各个组成成分的含义,并举例说明。 答:课本P4-5 2.如何理解现代通信网络的分层结...
    小闫同学ys阅读 23,095评论 0 12
  • 记忆在逼近的欢娱里使人起疑 夏天的草叶茂密,灯色昏黄 还有反反复复的掩盖、堆积 蟋蟀在泥土里叫,在塑料废品里也叫 ...
    丁千阅读 87评论 0 1
  • 每日推荐: 每日一歌――赵紫骅《可乐》 每日一诗――宋·陆游《东斋杂书》 药与疾相当,何恙不能已。 良医善用药,疾...
    萨拉芯雪阅读 477评论 0 2