数字信号在物理层传输时，本质上是数字信号还是模拟信号，为什么？ 第1页

嗯，应该说是数字信号。

可能跟你想象的不同，数字信号和模拟信号在传输的时候都是电信号，也都需要调制，我们区分数字信号还是模拟信号，是根据我们编码和解码的方法的：

1. 当我们使用的码元数量有限的时候，是数字信号
2. 当我们使用的码元数量无限的时候，是其他情况；当使用的码元就是某个实数区间的时候，就是离散/模拟信号

这里用“其他情况”，是因为印象当中好像没有定义一些特殊的，比如用[-1,1]之间的有理数作为码元这样的诡异的系统……另外，离散/模拟信号是什么意思呢？离散信号和模拟信号通过奈奎斯特采样定理相互联系，一个离散信号与一个带限的（即有带宽限制的）模拟信号是等价的，而能传输的信号一般来说一定是频域有限的，所以我们不需要区分这两种情况。

在一个理想的传输模型中，我们首先将来自信源的信息进行一次变换，将信号映射到一个码元序列：

X是我们的信源。在信息论当中，X一般用一个随机变量（或者随机过程）来描述，可能是离散随机变量也可能是连续随机变量。不管怎样，我们通过某种变换，将这个信源变成了码元的序列，这个过程一般可以叫做信源编码。对于数字信号传输技术来说，我们总是仅仅使用少数几个码元；而对于模拟信号传输技术来说，我们使用的码元是个连续的范围。比如说，我们可以用0和1两个码元来编码，编码得到的就是我们最常见的数字信号——比特流。

注意，X这个随机变量是离散随机变量还是连续随机变量，与最后使用的码元是有限（数字通信）还是无限（模拟通信）并不完全相关，当X是离散随机变量时我们同样可以用无限多的码元来进行编码（比如熵编码，这种情况在工程中很少见），反过来，X是连续的随机变量时我们也同样可以用有限多的码元进行编码，最常见的方法就是AD采样。

接下来我们要考虑传输的问题，一般来说我们在传输时能使用的码元也许跟我们信源编码得到的结果是不一样的，比如说我们使用QPSK传输的时候，能够使用四个码元。另外，信道一般会有一定的误码率，我们需要编码一些冗余进去对抗这个误码率。这个在数字通信当中研究得比较多，不过也不能说一定只有数字通信才存在，在调频通信这种模拟调制方式当中，由于噪声不均衡，就有预加重这种方法，也相当于一种信道编码。

最后，我们终于开始考虑传输的问题了，这部分一般来说超出了信息论的范围，进入了工程的领域。一般来说我们会把编码后的码元转换成电信号，这个过程叫做调制；细分起来，又可以分为基带调制和频带调制两部分，其中基带调制将符号序列转变为一个连续的电信号，这个电信号通常有很多低频分量，适合有线传输；而频带调制将符号转变为一个高频带通的信号，适合通过无线系统发送。到这一步之后，不管是数字信号还是模拟信号，都变成了连续的电信号，但是这个最多被叫做连续信号，叫模拟信号其实是不正确的。

经过信道传输之后，我们的电信号到达了接收方，一般来说这个时候由于噪声的影响，波形会有一些失真。接受方要做的事情与发送方刚好按顺序相反：

1. 解调：将调制后的信号通过某些方法，还原到信道码元序列
2. 信道解码：将信道码元序列还原到信源码元序列，在这个过程中可以进行纠错或检错
3. 从信源码元序列还原原始信号

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回到问题，怎么区分数字通信（信号）还是模拟通信（信号）呢？我们从上面的过程中已经看出来了，两种通信方式区别在于信源/信道码元，是采用有限数量的码元，还是连续可变的码元。我们的以太网或者其他网络的传输的时候，信道码元都是有限数量的，包括使用电话线拨号上网在内。所以我们的信号在物理层传输的时候，仍然毫无疑问是数字信号，而不是模拟信号。

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举以太网的例子来简单说明前面的过程：

以太网物理层的信源来自于上层协议栈，一般来说是一个1518字节左右的比特流，以太网不做信源编码，但是进行一次4B/5B（或者8B/10B）的信道编码，用来在信号中同时传输时钟信号。以太网使用基带调制，而且是最简单的ASK（键控幅度调制），1就是高电平，0就是低电平。

接收方受到的信号是一个变形了的方波，首先需要通过这个信号进行锁相还原出时钟，然后通过最简单的采样判别的方法解调，将解调后的符号进行4B/5B（或者8B/10B）的解码，得到原始的1518字节比特流。

这个过程中的电信号，毫无疑问是数字信号。将中间发送的连续信号描述成模拟信号是很不准确的。