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)可進一步細分為數(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 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，在模擬通信中強調(diào)變換的線性特性，即強調(diào)已調(diào)參量與代表消息的基帶信號之間的比例特性；而在數(shù)字通信中，則強調(diào)已調(diào)參量與代表消息的數(shù)字信號之間的一一對應關系。另外，數(shù)字通信中還存在以下突出問題：第一，數(shù)字信號傳輸時，信道噪聲或干擾所造成的差錯，原則上是可以控制的。這是通過所謂的差錯控制編

2、碼來實現(xiàn)的。于是，就需要在發(fā)送端增加一個編碼器，而在接收端相應需要一個解碼器。第二，當需要實現(xiàn)保密通信時，可對數(shù)字基帶信號進行 人為 “擾亂”（ 加密），此時在收端就必須進行解密。第三，由于數(shù)字通信傳輸?shù)氖且粋€接一個按一定節(jié)拍傳送的數(shù)字信號，因而接收端必須有一個與發(fā)端相同的節(jié)拍，否則，就會因收發(fā)步調(diào)不一致而造成混亂。另外，為了表述消息內(nèi)容，基帶信號都是按消息特征進行編組的，于是，在收發(fā)之間一組組的編碼的規(guī)律也必須一致，否則接收時消息的真正內(nèi)容將無法恢復。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 重要問題。綜上

3、所述，點對點的數(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，這要取決于具體設計條件和要求。但在一個系統(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)相對應，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，信源輸出的信號均為數(shù)字基帶信號，實際上，在日常生活中大部分信號（如語音信號）為連續(xù)變化的模擬信號。那么要實現(xiàn)模擬信號在數(shù)字系統(tǒng)中的傳輸，則必須在發(fā)端將模擬信號數(shù)字化，即進行 A/D 轉(zhuǎn)換；在接收端需進行相反的轉(zhuǎn)換，即 D/A 轉(zhuǎn)換。實現(xiàn)模擬信號數(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· 一、數(shù)字通信系統(tǒng)的優(yōu)點1、抗干擾能力強由于在數(shù)字通信中，傳輸?shù)男盘柗仁请x散的，以二進制為例，信號的取值只有兩個，這樣接收端只需判別兩種狀態(tài)。信號在傳輸過程中受到噪聲的干擾，必然會使波形失真，接收端對其進行抽樣判決，以辨別是兩種狀

5、態(tài)中的哪一個。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)男盘柗仁沁B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，它可以消除噪聲積累。這是因為數(shù)字信號在每次再生后，只要不發(fā)生錯碼，它仍然像信源中發(fā)出的信號一樣，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，只能增加信號能量（對信號放大），而不能消除噪聲。2、差錯可控數(shù)字信號在傳輸過程中出現(xiàn)的錯誤（差錯），可通過糾錯編碼技術來控制，以提高傳輸?shù)目煽啃浴?、易加密數(shù)字信號與模擬信號相比，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)代技術相結(jié)合由于計算機技術、數(shù)字存貯技術、數(shù)字交換技術以及數(shù)字處理技術等現(xiàn)代技術飛速發(fā)展，許多設備、終端接口均是數(shù)字信號，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）與每路信號的有效帶寬之比來數(shù)字通信中，數(shù)字信號占用的頻帶寬，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)設備比較復雜數(shù)字通信中，要準確地恢復信號，接收端需要嚴

7、格的同步系統(tǒng)，以保持收端和發(fā)端嚴格的節(jié)拍一致、編組一致。因此，數(shù)字通信系統(tǒng)及設備一般都比較復雜，體積較大。不過，隨著新的寬帶傳輸信道（如光導纖維）的采用、窄帶調(diào)制技術和超大規(guī)模集成電路的發(fā)展，數(shù)字通信的這些缺點已經(jīng)弱化。隨著微電子技術和計算機技術的迅猛發(fā)展和廣泛應用，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。2、信源編碼：實現(xiàn)模擬信號的數(shù)字化傳輸即完成A/D變化。提高信號傳輸?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)律進行檢錯甚至糾錯。信道編碼又稱為差錯控制編碼、抗干擾編碼、糾錯編碼 。4、數(shù)字調(diào)制數(shù)字調(diào)制技術的概念：把數(shù)字基帶信號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。數(shù)字調(diào)制的主要作用：提高信號在信道上傳輸?shù)男剩_到信號遠距離傳輸?shù)哪康??；镜臄?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)一的時間標準，使它們的工作“步調(diào)一致”。同步的作用：對于數(shù)字通信時是至

9、關重要的。如果同步存在誤差或失去同步，通信過程中就會出現(xiàn)大量的誤碼，導致整個通信系統(tǒng)失效。6、信道：信道是信號傳輸媒介的總稱，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。首先對模擬信號進行采樣（NYQUIST定理，抽樣頻率大于等于模擬信號最高頻率2倍），然后根據(jù)采樣到的信號的幅度（比如單位V）對應一個二進制值（比如0V對應00，1V對應01，2V對應10，只是理論，實際按工程需要或者相關協(xié)議），這個過程即為量化，然后輸出這樣的2進制BIT流，即數(shù)字信號。（1

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

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

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

13、)的電磁波進行的通信。包括地面微波接力通信、對流層散射通信、衛(wèi)星通信、空間通信及工作于微波頻段的移動通信。微波通信（Microwave Communication），是使用波長在0.1毫米至1米之間的電磁波微波進行的通信。微波通信不需要固體介質(zhì)，當兩點間直線距離內(nèi)無障礙時就可以使用微波傳送。利用微波進行通信具有容量大、質(zhì)量好并可傳至很遠的距離，因此是國家通信網(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:對于地面上的遠距離微波通信，采用中繼方式的直接原因有兩個：首先是因為微波波長短，接近于光波，是直線傳播具有視距傳播特性，而地球表面是個曲面，因此若在通信兩地直接通信，

14、當通信距離超過一定數(shù)值時，電磁波傳播將受到地面的阻擋，為了延長通信距離，需要在通信兩地之間設立若干中繼站，進行電磁波轉(zhuǎn)接。其次是因為微波傳播有損耗，隨著通信距離的增加信號衰減，有必要采用中繼方式對信號逐段接收、放大后發(fā)送給下一段,延長通信距離。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)點是使用者只要對準人造衛(wèi)星就可進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，它相對于地球靜止于赤道上空從地面上看，衛(wèi)星保持不動，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，角速度與地球自轉(zhuǎn)角速度相同，故稱地球同步衛(wèi)星運轉(zhuǎn)周期

15、24小時地球同步衛(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)，從任何兩點之間都可進行通信；不易受陸地災害的影響（可靠性高）；只要設置地球站電路即可開通（開通電路迅速）；同時可在多處接收，能經(jīng)濟地實現(xiàn)廣播、多址通信（多址特點）；電路設置非常靈活，可隨時分散過于集中的話務量；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，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，然后調(diào)制到激光器發(fā)出的激光束上，使光的強度隨電信號的幅度(頻率)變化而變化，并通過光纖發(fā)送出去；在接收端，檢測器收到光信號后把它變換成電信號，經(jīng)解調(diào)后恢復原信息。單工通信   數(shù)據(jù)信息在通信線上始終向一個方向傳輸。數(shù)據(jù)信息永遠從發(fā)送端傳輸?shù)浇邮斩恕Ａ腥?，廣播電視就是單工傳輸方式，收音機電視機只能分別接受來自電臺 電視臺的信號，不能進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，但必須交替進行，同一時刻一個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K1

17、 K2進行切換，再任意時刻保證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。如對講機通信就是典型的半雙工通信方式，在一方講話的時候另一方不能講話，但通過開切換可以切換可以改變童話方式。全雙工通信同時進行二個方向的通信，既二個信道，可同時進行雙向的數(shù)據(jù)傳輸。它相當于把二個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，士與計算機間的通信，普通電話是一種典型的全雙工通信。定義：分布在不同地點的多個用戶通信設備、傳輸設備、交換設備用通信線路互相連接，在相應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、設備，傳輸設備，將地理上分散用戶終端設備互連起來實現(xiàn)通信和信息交換的系統(tǒng)。通信最基本的形式是在點與點之間建立通信系統(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)按一定拓撲結(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)由用戶終端設備，交換設備和傳輸設備組成。交換設備間的傳輸設備稱為中繼線路(簡稱中繼線)，用戶終端設備至交換設備的傳輸設備稱為用戶路線(簡稱用戶線)。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、的一個有機整體，以完成規(guī)定的功能。通信網(wǎng)的功能就是要適應用戶呼叫的需要，以用戶滿意的程度溝通網(wǎng)中任意兩個或多個用戶之間的信息。離散信源: 指發(fā)出在時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)等符號都是離散消息。 連續(xù)信源指發(fā)出在時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。 離散信號可分兩類:1抽樣信號2數(shù)字信號抽樣信號的特點是時間離散.幅值連續(xù)數(shù)字信號的特點是時間.幅值均離散抽樣信號等于離散信號嗎？不能籠統(tǒng)的這么說,因為抽樣信號是離散信號中的一種什么樣的離散信號才算抽樣信號?符合抽樣信號特點的離散信號數(shù)字信號和離散信號有什么區(qū)別呢？數(shù)字信號是離散信號中的一種模擬信號是

20、指信息參數(shù)在給定范圍內(nèi)表現(xiàn)為連續(xù)的信號。 或在一段連續(xù)的時間間隔內(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。模擬信號與數(shù)字信號之間的相互轉(zhuǎn)換模擬信號和數(shù)字信號之間可以相互轉(zhuǎn)換：模擬信號一般通過PCM脈碼調(diào)制(Pulse Code Modulation)方法量化為數(shù)字信號，即讓模擬信號的不同幅度分別對應不同的二進制值，例如采用8位編碼可將模擬信號量化為28=256個量級，實用中常采取24位或30位編碼；數(shù)字信號一般通過對載波進行移相(Phase Shift)的方法轉(zhuǎn)換為模擬信號。 計算機、計算機局域網(wǎng)與城域網(wǎng)中均使用二進制數(shù)字信號，目前在計算機廣域網(wǎng)中實際傳送的則既有二進制數(shù)字信號，也有由數(shù)字信號轉(zhuǎn)換而得的模擬信號。但是更具應用發(fā)展前景的是數(shù)字信號。光纖是光導纖維的簡寫，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成的光傳導工具。前香港中文大學校長高錕和George A. Hockham首先提出光纖可以用于通