數(shù)字通信系統(tǒng)的模型參考模板

1、數(shù)字通信系統(tǒng)的模型·數(shù)字通信系統(tǒng)的分類· 數(shù)字通信系統(tǒng)可進(jìn)一步細(xì)分為數(shù)字頻帶傳輸通信系統(tǒng)、數(shù)字基帶傳輸通信系統(tǒng)、模擬信號(hào)數(shù)字化傳輸通信系統(tǒng)。1. 數(shù)字頻帶傳輸通信系統(tǒng)數(shù)字通信的基本特征是，它的消息或信號(hào) 具有 “離散”或“數(shù)字”的 特性，從而使數(shù)字通信具有許多特殊的問題。例如前邊提到的第二種變換，在模擬通信中強(qiáng)調(diào)變換的線性特性，即強(qiáng)調(diào)已調(diào)參量與代表消息的基帶信號(hào)之間的比例特性；而在數(shù)字通信中，則強(qiáng)調(diào)已調(diào)參量與代表消息的數(shù)字信號(hào)之間的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。另外，數(shù)字通信中還存在以下突出問題：第一，數(shù)字信號(hào)傳輸時(shí)，信道噪聲或干擾所造成的差錯(cuò)，原則上是可以控制的。這是通過所謂的差錯(cuò)控制編

2、碼來實(shí)現(xiàn)的。于是，就需要在發(fā)送端增加一個(gè)編碼器，而在接收端相應(yīng)需要一個(gè)解碼器。第二，當(dāng)需要實(shí)現(xiàn)保密通信時(shí)，可對(duì)數(shù)字基帶信號(hào)進(jìn)行 人為 “擾亂”（ 加密），此時(shí)在收端就必須進(jìn)行解密。第三，由于數(shù)字通信傳輸?shù)氖且粋€(gè)接一個(gè)按一定節(jié)拍傳送的數(shù)字信號(hào)，因而接收端必須有一個(gè)與發(fā)端相同的節(jié)拍，否則，就會(huì)因收發(fā)步調(diào)不一致而造成混亂。另外，為了表述消息內(nèi)容，基帶信號(hào)都是按消息特征進(jìn)行編組的，于是，在收發(fā)之間一組組的編碼的規(guī)律也必須一致，否則接收時(shí)消息的真正內(nèi)容將無法恢復(fù)。在數(shù)字通信中，稱節(jié)拍一致 為 “位同步”或“碼元同步”，而稱編組一致為“群同步”或“幀同步”，故數(shù)字通信中還必須有“同步”這個(gè) 重要問題。綜上

3、所述，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的數(shù)字通信系統(tǒng)模型一般可用圖 1-3 所示。1 / 11需要說明的是，圖中調(diào)制器 / 解調(diào)器、加密器 / 解密器、編碼器 / 譯碼器等環(huán)節(jié)，在具體通信系統(tǒng)中是否全部采用，這要取決于具體設(shè)計(jì)條件和要求。但在一個(gè)系統(tǒng)中，如果發(fā)端有調(diào)制 / 加密 / 編碼，則收端必須有解調(diào) / 解密 / 譯碼。通常把有調(diào)制器 / 解調(diào)器的數(shù)字通信系統(tǒng)稱為數(shù)字頻帶傳輸通信系統(tǒng)。2. 數(shù)字基帶傳輸通信系統(tǒng)與頻帶傳輸系統(tǒng)相對(duì)應(yīng)，我們把沒有調(diào)制器 / 解調(diào)器的數(shù)字通信系統(tǒng)稱為數(shù)字基帶傳輸通信系統(tǒng)，如圖 1-4 所示。圖中基帶信號(hào)形成器可能包括編碼器、加密器以及波形變換等，接收濾波器亦可能包括譯碼器、解密器等。3

4、. 模擬信號(hào)數(shù)字化傳輸通信系統(tǒng)上面論述的數(shù)字通信系統(tǒng)中，信源輸出的信號(hào)均為數(shù)字基帶信號(hào)，實(shí)際上，在日常生活中大部分信號(hào)（如語音信號(hào)）為連續(xù)變化的模擬信號(hào)。那么要實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)在數(shù)字系統(tǒng)中的傳輸，則必須在發(fā)端將模擬信號(hào)數(shù)字化，即進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換；在接收端需進(jìn)行相反的轉(zhuǎn)換，即 D/A 轉(zhuǎn)換。實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)數(shù)字化傳輸?shù)南到y(tǒng)如圖 1-5 所示。數(shù)字通信系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)· 一、數(shù)字通信系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)1、抗干擾能力強(qiáng)由于在數(shù)字通信中，傳輸?shù)男盘?hào)幅度是離散的，以二進(jìn)制為例，信號(hào)的取值只有兩個(gè)，這樣接收端只需判別兩種狀態(tài)。信號(hào)在傳輸過程中受到噪聲的干擾，必然會(huì)使波形失真，接收端對(duì)其進(jìn)行抽樣判決，以辨別是兩種狀

5、態(tài)中的哪一個(gè)。只要噪聲的大小不足以影響判決的正確性，就能正確接收（再生）。而在模擬通信中，傳輸?shù)男盘?hào)幅度是連續(xù)變化的，一旦疊加上噪聲，即使噪聲很小，也很難消除它。數(shù)字通信抗噪聲性能好，還表現(xiàn)在微波中繼通信時(shí)，它可以消除噪聲積累。這是因?yàn)閿?shù)字信號(hào)在每次再生后，只要不發(fā)生錯(cuò)碼，它仍然像信源中發(fā)出的信號(hào)一樣，沒有噪聲疊加在上面。因此中繼站再多，數(shù)字通信仍具有良好的通信質(zhì)量。而模擬通信中繼時(shí)，只能增加信號(hào)能量（對(duì)信號(hào)放大），而不能消除噪聲。2、差錯(cuò)可控?cái)?shù)字信號(hào)在傳輸過程中出現(xiàn)的錯(cuò)誤（差錯(cuò)），可通過糾錯(cuò)編碼技術(shù)來控制，以提高傳輸?shù)目煽啃浴?、易加密數(shù)字信號(hào)與模擬信號(hào)相比，它容易加密和解密。因此，數(shù)字通信

6、保密性好。4、易于與現(xiàn)代技術(shù)相結(jié)合由于計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)字存貯技術(shù)、數(shù)字交換技術(shù)以及數(shù)字處理技術(shù)等現(xiàn)代技術(shù)飛速發(fā)展，許多設(shè)備、終端接口均是數(shù)字信號(hào)，因此極易與數(shù)字通信系統(tǒng)相連接。二、數(shù)字通信系統(tǒng)的缺點(diǎn)1、 頻帶利用率不高系統(tǒng)的頻帶利用率，可用系統(tǒng)允許最大傳輸帶寬（信道的帶寬）與每路信號(hào)的有效帶寬之比來數(shù)字通信中，數(shù)字信號(hào)占用的頻帶寬，以電話為例，一路模擬電話通常只占據(jù) 4kHz 帶寬，但一路接近同樣話音質(zhì)量的數(shù)字電話可能要占據(jù) 20 60kHz 的帶寬。因此，如果系統(tǒng)傳輸帶寬一定的話，模擬電話的頻帶利用率要高出數(shù)字電話的 5 15 倍。2、系統(tǒng)設(shè)備比較復(fù)雜數(shù)字通信中，要準(zhǔn)確地恢復(fù)信號(hào)，接收端需要嚴(yán)

7、格的同步系統(tǒng)，以保持收端和發(fā)端嚴(yán)格的節(jié)拍一致、編組一致。因此，數(shù)字通信系統(tǒng)及設(shè)備一般都比較復(fù)雜，體積較大。不過，隨著新的寬帶傳輸信道（如光導(dǎo)纖維）的采用、窄帶調(diào)制技術(shù)和超大規(guī)模集成電路的發(fā)展，數(shù)字通信的這些缺點(diǎn)已經(jīng)弱化。隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展和廣泛應(yīng)用，數(shù)字通信在今后的通信方式中必將逐步取代模擬通信而占主導(dǎo)地位。數(shù)字通信系統(tǒng)的各部分作用· 1、信源:把原始信息變換成原始電信號(hào)。2、信源編碼：實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)的數(shù)字化傳輸即完成A/D變化。提高信號(hào)傳輸?shù)挠行?。即在保證一定傳輸質(zhì)量的情況下，用竟可能少的數(shù)字脈沖來表示信源產(chǎn)生的信息。信源編碼也稱作頻帶壓縮編碼或數(shù)據(jù)壓縮編碼。3、

8、信道編碼：信源編碼的目的： 信道編碼主要解決數(shù)字通信的可靠性問題。信道編碼的原理：對(duì)傳輸?shù)男畔⒋a元按一定的規(guī)則加入一些冗余碼（監(jiān)督碼），形成新的碼字，接收端按照約定好的規(guī)律進(jìn)行檢錯(cuò)甚至糾錯(cuò)。信道編碼又稱為差錯(cuò)控制編碼、抗干擾編碼、糾錯(cuò)編碼 。4、數(shù)字調(diào)制數(shù)字調(diào)制技術(shù)的概念：把數(shù)字基帶信號(hào)的頻譜搬移到高頻處，形成適合在信道中傳輸?shù)念l帶信號(hào)。數(shù)字調(diào)制的主要作用：提高信號(hào)在信道上傳輸?shù)男剩_(dá)到信號(hào)遠(yuǎn)距離傳輸?shù)哪康?。基本的?shù)字調(diào)制方式：振幅鍵控ASK、頻移鍵控FSK、相移鍵控PSK。5、同步同步的概念：指通信系統(tǒng)的收、發(fā)雙方具有統(tǒng)一的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)，使它們的工作“步調(diào)一致”。同步的作用：對(duì)于數(shù)字通信時(shí)是至

9、關(guān)重要的。如果同步存在誤差或失去同步，通信過程中就會(huì)出現(xiàn)大量的誤碼，導(dǎo)致整個(gè)通信系統(tǒng)失效。6、信道：信道是信號(hào)傳輸媒介的總稱，傳輸信道的類型有無線信道（如電纜、光纖）和有線信道（如自由空間）兩種。7、噪聲源：通信系統(tǒng)中各種設(shè)備以及信道中所固有的，為了分析方便，把噪聲源視為各處噪聲的集中表現(xiàn)而抽象加入到信道。首先對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行采樣（NYQUIST定理，抽樣頻率大于等于模擬信號(hào)最高頻率2倍），然后根據(jù)采樣到的信號(hào)的幅度（比如單位V）對(duì)應(yīng)一個(gè)二進(jìn)制值（比如0V對(duì)應(yīng)00，1V對(duì)應(yīng)01，2V對(duì)應(yīng)10，只是理論，實(shí)際按工程需要或者相關(guān)協(xié)議），這個(gè)過程即為量化，然后輸出這樣的2進(jìn)制BIT流，即數(shù)字信號(hào)。（1

10、）頻分多路復(fù)用：用戶在同樣的時(shí)間占用不同的頻率帶寬（2）時(shí)分多路復(fù)用：所有用戶在不同的時(shí)間占用同樣的頻帶寬度，分為時(shí)分復(fù)用和統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用兩種。（3）波分復(fù)用：光的頻分復(fù)用，用于光纖通信（4）碼分復(fù)用：CDMA碼分多址。多路復(fù)用是指兩個(gè)或多個(gè)用戶共享公用信道的一種機(jī)制。通過多路復(fù)用技術(shù)，多個(gè)終端能共享一條高速信道，從而達(dá)到節(jié)省信道資源的目的，多路復(fù)用有頻分多路復(fù)用（FDMA），時(shí)分多路復(fù)用（TDMA），碼分多路復(fù)用（CDMA）幾種。 頻分多路復(fù)用（FDMA） 頻分制是將傳輸頻帶分成N部分，每一個(gè)部分均可作為一個(gè)獨(dú)立的傳輸信道使用。,如圖所示。這樣在一對(duì)傳輸線路上可有N對(duì)話路信息傳送，而每一對(duì)話路

11、所占用的只是其中的一個(gè)頻段。頻分制通信又稱載波通信，它是模擬通信的主要手段。 時(shí)分多路復(fù)用（TDMA） 時(shí)分制是把一個(gè)傳輸通道進(jìn)行時(shí)間分割以傳送若干話路的信息，如圖所示。把N個(gè)話路設(shè)備接到一條公共的通道上，按一定的次序輪流的給各個(gè)設(shè)備分配一段使用通道的時(shí)間。當(dāng)輪到某個(gè)設(shè)備時(shí)，這個(gè)設(shè)備與通道接通，執(zhí)行操作。與此同時(shí)，其它設(shè)備與通道的聯(lián)系均被切斷。待指定的使用時(shí)間間隔一到，則通過時(shí)分多路轉(zhuǎn)換開關(guān)把通道聯(lián)接到下一個(gè)要連接的設(shè)備上去。時(shí)分制通信也稱時(shí)間分割通信，它是數(shù)字電話多路通信的主要方法，因而PCM通信常稱為時(shí)分多路通信。 碼分多路復(fù)用（CDMA） CDMA技術(shù)不是一項(xiàng)新技術(shù)，作為一種多址方案它已

12、經(jīng)成功地應(yīng)用于衛(wèi)星通信和蜂窩電話領(lǐng)域，并且顯示出許多優(yōu)于其他技術(shù)的特點(diǎn)。但是，由于衛(wèi)星通信和移動(dòng)通信中帶寬的限制，所以CDMA技術(shù)尚未充分發(fā)揮優(yōu)點(diǎn)。光纖通信具有豐富的帶寬，能夠很好地彌補(bǔ)這個(gè)缺陷。近年來，OCDMA已經(jīng)成為一項(xiàng)備受矚目的熱點(diǎn)技術(shù)。 OCDMA技術(shù)在原理上與電碼分復(fù)用技術(shù)相似。OCDMA通信系統(tǒng)給每個(gè)用戶分配一個(gè)唯一的光正交碼的碼字作為該用戶的地址碼。在發(fā)送端，對(duì)要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)該地址碼進(jìn)行光正交編碼，然后實(shí)現(xiàn)信道復(fù)用；在接收端，用與發(fā)端相同的地址碼進(jìn)行光正交解碼。贊同32| 評(píng)論(8) microwave communication 定義：使用波長(zhǎng)為10.1m(頻率為0.33GHz

13、)的電磁波進(jìn)行的通信。包括地面微波接力通信、對(duì)流層散射通信、衛(wèi)星通信、空間通信及工作于微波頻段的移動(dòng)通信。微波通信（Microwave Communication），是使用波長(zhǎng)在0.1毫米至1米之間的電磁波微波進(jìn)行的通信。微波通信不需要固體介質(zhì)，當(dāng)兩點(diǎn)間直線距離內(nèi)無障礙時(shí)就可以使用微波傳送。利用微波進(jìn)行通信具有容量大、質(zhì)量好并可傳至很遠(yuǎn)的距離，因此是國(guó)家通信網(wǎng)的一種重要通信手段，也普遍適用于各種專用通信網(wǎng)。采用中繼方式的直接原因:對(duì)于地面上的遠(yuǎn)距離微波通信，采用中繼方式的直接原因有兩個(gè)：首先是因?yàn)槲⒉úㄩL(zhǎng)短，接近于光波，是直線傳播具有視距傳播特性，而地球表面是個(gè)曲面，因此若在通信兩地直接通信，

14、當(dāng)通信距離超過一定數(shù)值時(shí)，電磁波傳播將受到地面的阻擋，為了延長(zhǎng)通信距離，需要在通信兩地之間設(shè)立若干中繼站，進(jìn)行電磁波轉(zhuǎn)接。其次是因?yàn)槲⒉▊鞑ビ袚p耗，隨著通信距離的增加信號(hào)衰減，有必要采用中繼方式對(duì)信號(hào)逐段接收、放大后發(fā)送給下一段,延長(zhǎng)通信距離。人造衛(wèi)星繞地球的周期和地球的自轉(zhuǎn)同步稱為同步衛(wèi)星(Geostationary Satellite)，它的優(yōu)點(diǎn)是使用者只要對(duì)準(zhǔn)人造衛(wèi)星就可進(jìn)行溝通而不必再追蹤衛(wèi)星的軌跡。地球同步衛(wèi)星是人為發(fā)射的一種衛(wèi)星，它相對(duì)于地球靜止于赤道上空從地面上看，衛(wèi)星保持不動(dòng)，故也稱靜止衛(wèi)星；從地球之外看，衛(wèi)星與地球共同轉(zhuǎn)動(dòng)，角速度與地球自轉(zhuǎn)角速度相同，故稱地球同步衛(wèi)星運(yùn)轉(zhuǎn)周期

15、24小時(shí)地球同步衛(wèi)星距赤道的高度約為 36000千米，線速度的大小約為3.1公里每秒衛(wèi)星通信的特點(diǎn)是：通信范圍大；只要在衛(wèi)星發(fā)射的電波所覆蓋的范圍內(nèi)，從任何兩點(diǎn)之間都可進(jìn)行通信；不易受陸地災(zāi)害的影響（可靠性高）；只要設(shè)置地球站電路即可開通（開通電路迅速）；同時(shí)可在多處接收，能經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)廣播、多址通信（多址特點(diǎn)）；電路設(shè)置非常靈活，可隨時(shí)分散過于集中的話務(wù)量；同一信道可用于不同方向或不同區(qū)間（多址聯(lián)接）。是利用光波在光導(dǎo)纖維中傳輸信息的通信方式。由于激光具有高方向性、高相干性、高單色性等顯著優(yōu)點(diǎn)，光纖通信中的光波主要是激光，所以又叫做激光-光纖通信。 光纖通信的原理是：在發(fā)送端首先要把傳送的信息

16、(如話音)變成電信號(hào)，然后調(diào)制到激光器發(fā)出的激光束上，使光的強(qiáng)度隨電信號(hào)的幅度(頻率)變化而變化，并通過光纖發(fā)送出去；在接收端，檢測(cè)器收到光信號(hào)后把它變換成電信號(hào)，經(jīng)解調(diào)后恢復(fù)原信息。單工通信   數(shù)據(jù)信息在通信線上始終向一個(gè)方向傳輸。數(shù)據(jù)信息永遠(yuǎn)從發(fā)送端傳輸?shù)浇邮斩?。列如，廣播電視就是單工傳輸方式，收音機(jī)電視機(jī)只能分別接受來自電臺(tái) 電視臺(tái)的信號(hào)，不能進(jìn)行相反方向的信息傳輸。2）半雙工通信    數(shù)據(jù)信息可以雙向傳輸，但必須交替進(jìn)行，同一時(shí)刻一個(gè)信道只允許單向傳送。半雙工通信要求A B端都有發(fā)送裝置和接受裝置，若想改變信息的傳輸方向，有開關(guān)K1

17、 K2進(jìn)行切換，再任意時(shí)刻保證A端發(fā)送裝置與B端接受裝置A端接受裝置與B端發(fā)送裝置介入信道。半雙工通信由于通信中要瀕反的調(diào)換信道的方向，所以效率交底。如對(duì)講機(jī)通信就是典型的半雙工通信方式，在一方講話的時(shí)候另一方不能講話，但通過開切換可以切換可以改變童話方式。全雙工通信同時(shí)進(jìn)行二個(gè)方向的通信，既二個(gè)信道，可同時(shí)進(jìn)行雙向的數(shù)據(jù)傳輸。它相當(dāng)于把二個(gè)相反方向的單工通信方式組合起來。全雙工通信效率高，控制容易，士與計(jì)算機(jī)間的通信，普通電話是一種典型的全雙工通信。定義：分布在不同地點(diǎn)的多個(gè)用戶通信設(shè)備、傳輸設(shè)備、交換設(shè)備用通信線路互相連接，在相應(yīng)通信軟件支持下所構(gòu)成的傳遞信息的系統(tǒng)。 通信網(wǎng)是一種使用交換

18、設(shè)備，傳輸設(shè)備，將地理上分散用戶終端設(shè)備互連起來實(shí)現(xiàn)通信和信息交換的系統(tǒng)。通信最基本的形式是在點(diǎn)與點(diǎn)之間建立通信系統(tǒng)，但這不能稱為通信網(wǎng)，只有將許多的通信系統(tǒng)(傳輸系統(tǒng))通過交換系統(tǒng)按一定拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)組合在一起才能稱之為通信。也就是說，有了交換系統(tǒng)才能使某一地區(qū)內(nèi)任意兩個(gè)終端用戶相互接續(xù)，才能組成通信網(wǎng)。通信網(wǎng)由用戶終端設(shè)備，交換設(shè)備和傳輸設(shè)備組成。交換設(shè)備間的傳輸設(shè)備稱為中繼線路(簡(jiǎn)稱中繼線)，用戶終端設(shè)備至交換設(shè)備的傳輸設(shè)備稱為用戶路線(簡(jiǎn)稱用戶線)。通信網(wǎng)：在分處異地的用戶之間傳遞信息的系統(tǒng)。屬于電磁系統(tǒng)的也稱電信網(wǎng)。它    通信網(wǎng)是由相互依存、相互制約的許多要素所組成

19、的一個(gè)有機(jī)整體，以完成規(guī)定的功能。通信網(wǎng)的功能就是要適應(yīng)用戶呼叫的需要，以用戶滿意的程度溝通網(wǎng)中任意兩個(gè)或多個(gè)用戶之間的信息。離散信源: 指發(fā)出在時(shí)間和幅度上都是離散分布的離散消息的信源，如文字、數(shù)字、數(shù)據(jù)等符號(hào)都是離散消息。 連續(xù)信源指發(fā)出在時(shí)間和幅度上都是連續(xù)分布的連續(xù)消息（模擬消息）的信源。 離散信號(hào)可分兩類:1抽樣信號(hào)2數(shù)字信號(hào)抽樣信號(hào)的特點(diǎn)是時(shí)間離散.幅值連續(xù)數(shù)字信號(hào)的特點(diǎn)是時(shí)間.幅值均離散抽樣信號(hào)等于離散信號(hào)嗎？不能籠統(tǒng)的這么說,因?yàn)槌闃有盘?hào)是離散信號(hào)中的一種什么樣的離散信號(hào)才算抽樣信號(hào)?符合抽樣信號(hào)特點(diǎn)的離散信號(hào)數(shù)字信號(hào)和離散信號(hào)有什么區(qū)別呢？數(shù)字信號(hào)是離散信號(hào)中的一種模擬信號(hào)是

20、指信息參數(shù)在給定范圍內(nèi)表現(xiàn)為連續(xù)的信號(hào)。 或在一段連續(xù)的時(shí)間間隔內(nèi)，其代表信息的特征量可以在任意瞬間呈現(xiàn)為任意數(shù)值的信號(hào)。模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)之間的相互轉(zhuǎn)換模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)之間可以相互轉(zhuǎn)換：模擬信號(hào)一般通過PCM脈碼調(diào)制(Pulse Code Modulation)方法量化為數(shù)字信號(hào)，即讓模擬信號(hào)的不同幅度分別對(duì)應(yīng)不同的二進(jìn)制值，例如采用8位編碼可將模擬信號(hào)量化為28=256個(gè)量級(jí)，實(shí)用中常采取24位或30位編碼；數(shù)字信號(hào)一般通過對(duì)載波進(jìn)行移相(Phase Shift)的方法轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)。 計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)與城域網(wǎng)中均使用二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)，目前在計(jì)算機(jī)廣域網(wǎng)中實(shí)際傳送的則既有二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)，也有由數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換而得的模擬信號(hào)。但是更具應(yīng)用發(fā)展前景的是數(shù)字信號(hào)。光纖是光導(dǎo)纖維的簡(jiǎn)寫，是一種利用光在玻璃或塑料制成的纖維中的全反射原理而達(dá)成的光傳導(dǎo)工具。前香港中文大學(xué)校長(zhǎng)高錕和George A. Hockham首先提出光纖可以用于通