1.2　理想和现实的差距——模拟通信

1.2.1　“模拟”和“数字”

现实中，我们接触的信息是千变万化的，或者说信息有无穷无尽的可能性，并不是非此即彼的关系。有句话叫“世界上没有两片相同的叶子”，用来形容信息的多样性十分恰当。

颜色有多少种？人的性格有多少种？味道有多少种？这些问题就像是问我们天上有多少颗星星一样，如果一定要回答，只能说不知道。如果我们要具体地感知这些无穷的信息，就必须亲自接触，比如我们到了一个城市旅行，就去亲自看一看、听一听、走一走、尝一尝，才能真切感受到当地的人文历史、风土人情、美食美景，而看别人朋友圈秀的照片、游记，我们感受到的大多只是对于幸福生活的羡慕。

生活中，我们感受、了解了信息之后想要分享给其他人，这就是传递信息，传递的前提就是如何表达，要将信息转换为能够在信道中传递的信号。对于有着无数可能性的信息，用同样无数可能的信号去表达就是“模拟”，而能将无限的可能变为有限的就是“数字”。这里所说的“有限”可能是几百、几万、几十亿，只要能说出个具体的数那就是数字信号。比如，数码相机将无数种颜色用24位色彩，也就是224=16777216种颜色去表示，一千多万种颜色是很多了，这也是数字化。

模拟的时代已经悄然离去，“70后”“80后”曾经记忆中的磁带、录像带、胶卷底片都是用模拟的方式存储信息的，如图1-5所示。说到磁带，它见证了我们曾经的青葱岁月，那段美好的相信爱情的年纪，记得我们曾穿着牛仔裤、旅游鞋，蹲在一个纸箱子旁扒拉着、寻找着精神食粮：崔健、黑豹、唐朝……仿佛摇滚能让年少不羁的我们看起来与众不同，或许买一盘磁带只是因为里面有一首她爱听的歌，不管我们曾经为谁而痴狂，我们都该向永恒的AB面致敬！

图1-5　存储模拟信号的磁带

下面我们先说说磁带（录像带是磁带的一种）。我们知道，声波是一个时间和振幅都连续的无规则的曲线，时间轴（X轴）上有着无数的时间点，声波振幅轴（Y轴）也有着无数的强度值，如图1-6所示，对于所有连续变化的量都存在无数个问题。为什么说是无数个？谁能说出0～0.01s之间，有多少个时间点？这个问题就等同于0～0.01之间有多少个数字，我们知道任何两个无限接近的数字之间都有无限个数字。

图1-6　声音的波形图像

磁带也有无数个看不见的小磁针，每个小磁针又有无数个方向角，这些小磁针就随着声波的变化而变化，所以说磁带存储的是模拟信号。胶卷也是一样，是将卤化银涂抹在聚乙酸酯片基上，当有光线照射到卤化银上时，卤化银转变为黑色的银，拍摄的画面颜色、灰度有无数种，底片的颜色变化也有无数种，所以胶卷存储的也是模拟信号。

实际上，想准确无误地表达信息是不可能的，模拟信号表达的信息也不是完全真实的，它只是连续的而已，不像数字信号那样“跳跃”。所以，胶卷记录的画面给人的感觉比较柔和，与数码相机拍出来的画风不同，所以至今依然被一些追求极致的艺术家们所喜爱。

1.2.2　什么是模拟通信

声波自身的传递距离和速度都是很有限的，我们要传递声波就需要借助电磁波去实现远距离的传递。起初，人们用一个时间和幅度都连续的电磁波去传递声音波形，这个信号就是模拟信号，如图1-7所示。这种通信方式就是模拟通信，也就是第一代移动通信系统。

图1-7　模拟信号的波形

第一代移动通信系统（1G，1st Generation）于1987年在我国正式商用，一时间“大哥大”风靡全国，成为成功人士必备的“神器”，拥有大哥大比开宝马奔驰更有面子。其实“大哥大”的信号质量并不好，话费也是贵得令人咋舌，主要是物以稀为贵，在当时是一种身份的象征。

为了能够在信道中传输得更远，模拟信号经过高频信号的调制之后送入信道，到了接收端再通过解调器将调制信号分离出来。解调器还原出低频电磁波，再通过听筒、音响等设备变回声音信号，调制解调过程如图1-8所示。

图1-8　模拟信号的调制与解调过程

但是，模拟通信有一个致命的问题——电磁波在空气中传递的过程中会遇到其他电磁波的干扰（噪声）和自身的能量损失（衰耗），一些不可避免的因素让波形产生了变化，到了接收端的信号已经变形了，我们接收到这么一个变形的信号时，根本无法还原它本来的面目，只能将错就错。另外，由于模拟信号很难加密，信号在途中被截获就意味着信息的泄露，这套通信系统完全没有秘密可言。

所以，“理想很丰满，现实很骨感”，模拟信号在源端的表达是相对真实美好的，但是传输过程的干扰、衰耗是残酷的，模拟通信的抗干扰性和保密性都太差了。我们当年看电视，那满屏的“雪花”恐怕比任何一个电视节目都记忆犹新。