Question

数字信号是如何传递信息的

Answer 1

举个例子，正弦函数里有这么几个点，sin(Π/6)，sin(Π+Π/6)、sin(2Π+Π/6)。(Π/6)、(Π+Π/6)、(2Π+Π/6)被称为相位，怎么理解？相对位置，即相对于正弦波而言，特定时刻它的位置，放到交流电里我觉得可以认为是，转子转到了哪个位置，这个时候电流大小和方向是多少。而我们知道(Π/6)和(2Π+Π/6)相同，则我们管(Π/6)叫初相位，可以这么想：这个发电机在刚开始还没转够一圈的时候，第一次出现电流大小为0.5A、方向为正（假设，假设）的相对位置。
为什么一定要叫相对位置其实也很好理解，相对的对立面是绝对，如果我每次只能在sin(Π/6)这个地方产生正向0.5A的电流那发电机就没用了，那我每次都要转一圈、复位、再转一圈才能发电。而事实上我每每在转到这个地方的时候，不管已经过去多久、转了多少圈，都可以产生正向0.5A的交流电。
而实际上我们知道波是可以携带信息的，比如我们说话，声带振动所产生的波就会携带我们要表达的信息，我们每一个字的发音实际上就是依靠声带、嘴唇和舌头捏出来的不同的声波。可是我们的手机最多只有一个时钟来回震荡，没有嘴唇和舌头，该怎么传递信息？最简单的方式就是不依靠手机本身，我说出来什么波，你就给我传递什么波，这叫模拟信号，贝尔的电话、老式话筒就是这种模式，将声音的震动转换为电流的大小变换。但是这样不行，比如我现在要收微信语音，但是我在开会没法听，可以点击转换为文字，这个就不是模拟信号干的了的事情了，我就需要数字信号，即，比如某一个字的发音产生了一个余弦波，我就选这个波上的几个关键的点，存储为一个序列。当一个波来的时候，我通过这个序列去比对，这个波是不是余弦即可。当然数字信号没有那么大的10进制数和各种符号给我们用，数字信号绝大多数都是0和1。这里不具体展开。
其实从上述的描述中不难看出，数字信号实际上是采集了模拟信号的特征而成，也就是说数字信号可以认为是一个简化了的模拟信息，比如一个近似逼近的余弦函数，所以数字信号也有相位，只是更加抽象而且不好通过图直观看而已。由于数字化了，信号可以随意的使用各种高维度的空间，比如（1，1，1）代表白色、（1，0，0，0.5）代表半透明的红色，比如四元数、甚至五维乃至更高，但是这些空间具体是什么样子我们不关心，我们只需要描述，相位是什么样的、有多少幅度（幅度其实是叠加信号的内容，暂时不去想）即可。
现在假如我采用八个相位，每个相位有2个幅度。我们不去管这到底是什么样的空间，我们知道我们现在可以表示出来16个信息，那么从数字的角度，由于电路只有高电平低电平最好区分，所以我们只能用二进制来传递信息，所以16种信息编码的话，就需要4个二进制位，举个例子，0101代表的是第六种信息，1001代表第10种信息（0000到1111是0到15，所以0代表第一种）。
这个时候我们就基本清楚了，相位实际上是一个相对的位置，这个位置被我们用来表示信息，当我们看到相位的时候我们应该第一反应就是：映射了什么信息。相位在很多地方都有应用的原因其实只是因为很多地方都用了电，可能有的是去研究电本身、有的则是利用电来研究信息传递、但是电都被用波这个物理概念抽象了，研究波就会用到三角函数，所以这样才有相位和三角函数的关系，实际上不过是一种表示手段罢了。