数字信号如何通过模拟通信系统和数字通信系统传输？

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2023-03-16 15:00 标签： 模拟通信系统和数字通信系统

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数字通信系统的主要性能指标是传输速率和传输差错率。数字通信是用数字信号作为载体来传输消息，或用数字信号对载波进行数字调制后再传输的通信方式。它可传输电报、数字数据等数字信号，也可传输经过数字化处理的语声和图像等模拟信号。
由于在数字通信中，传输的信号幅度是离散的，以二进制为例，信号的取值只有两个，这样接收端只需判别两种状态。信号在传输过程中受到噪声的干扰，必然会使波形失真，接收端对其进行抽样判决，以辨别是两种状态中的哪一个。只要噪声的大小不足以影响判决的正确性，就能正确接收（再生）。而在模拟通信中，传输的信号幅度是连续变化的，一旦叠加上噪声，即使噪声很小，也很难消除它。
数字通信抗噪声性能好，还表现在微波中继通信时，它可以消除噪声积累。这是因为数字信号在每次再生后，只要不发生错码，它仍然像信源中发出的信号一样，没有噪声叠加在上面。因此中继站再多，数字通信仍具有良好的通信质量。而模拟通信中继时，只能增加信号能量（对信号放大），而不能消除噪声。
数字通信系统的信息传输关注
（2.3）数字通信系统的信息传输：
通信系统的核心任务是把信息不出差错的传送到接受方。实际的通信系统载波在系统中传输时总是被混进噪声和产生能量衰耗。所以如何让通信系统的信息传输减少差错是人们改进通信技术的最重要的事情。科学家和技术人员采取了各种措施来改善通信系统的信息传输质量。
为了实现可靠的高速，高效率的信息传输，科学家发现只有两种基本状态的二进制信号是比较容易满足信息可靠传输的要求。因为二进制符号只有两种状态0和1，这样接收方可以比较简单地确定每一位信号的信息状态。从这个原理出发，发展出被广泛采用的数字通信系统。数字通信具有设备简单，信息传输可靠性高的特点，而且与采用二进制运行的数字计算机能够顺利地配合。所以现代通信系统中广泛采用了数字通信的方式，采用数字通信技术的手机，数字电视到数字通信网络都得到快速发展。数字信息系统迅速替代了传统的模拟信息系统。
数字通信系统构成图
数字通信系统中，接收方虽然只需要判断接收信号是0和1两种状态，比起模拟通信系统要简单。但是随着通信速度越来越快，接收端在什么时间来进行载波信号的辨别就有很高的技术要求了。所以数字通信系统中收发双方的工作同步是一个关键的技术要求。在现代数字通信系统中，采用固定的0101……间隔的同步时钟信号来进行进行通信双方的同步协调。为了在载波的数字序列中插入同步信号，数字通信系统中，把数字信息分割成为长度固定的帧来进行传送。每一帧数据都加上固定的同步时钟信号和一些控制信号，按照一定的规定构成通信数据帧。通信双方都需要遵照标准的规定进行通信，这个规定称为通信协议。为了实现各国通信系统的互通，这个标准协议由国际通信组织来制定，所有的通信系统共同遵守。比如数字网络通信中的TCP/IP协议等。通信协议中规定了数字通信系统中的各项必需的数据格式，控制信号等等标准。具体的协议内容比较专业，需要深入了解的可以查看有关专业资料。
数字通道的通道容量可以表达为：
单位是：bit/s （位/秒）
其中n为白噪音功率密度，P 信号功率。信号功率与信道噪音功率之比为信道信噪比。可以证明当物理通道带宽非常大时（数学表述为W趋于无穷大），通道容量C的上限为1.44倍的信噪比（P/n）。一般的意义上可以理解为实际的通信系统的信号传输通道中，为了提高信息传输速率需要降低信道噪音，提高信号功率。
数字通信系统中载波传递的是二进制的数据信号，而一般的声音，图形，图像信息都是连续变化的物理量。为了应用数字通信系统来传输这些一般的信息，要对所传输的信息进行二进制的编码。以一定位数的二进制数字来代表某个信息数值，或者信息符号，这个过程称为信源编码。比如英文字符的ASCII编码；中文文字的编码（常见的汉字字符集编码包括GB2312、BIG5、GBK、GB18030、Unicode等）；声音的采样编码；图像的数字化编码等。
信源编码技术关键是通信网络中的编码的标准化，保证通信双方对编码标准的统一认识。当然在实际的实时通信系统工程中，还需要解决编码和解码的实时完成的技术问题。比如对于声音的振动信号通过麦克风，和喇叭，耳机等设备转换的连续电信号，光电信号之间采用光电/电光器件，光纤传输系统等得到的连续电信号都需要实时地进行数字信号和模拟信号之间的转换。现在这些数字通信系统中信源编码的处理问题都已经可以采用一系列的电子器件解决了。所以数字通信系统在各种信息传输中广泛应用。
与计算机技术中的数据格式类似，数字信号系统中也采用二进制的bit位和8位一个字节byte的格式进行管理。每个信息数据需要多少位，或者多少字节则根据信息处理系统的需要和实际的信息处理系统的工程实际情况来进行设计。一旦经过科学论证确定以后，就会形成一定的统一信息数据标准。遵守某种标准的数字系统可以方便地进行信息交流。在实际工程的发展过程中，也可能有几种不同标准的数字信号数据同时被采用。
一般在数字通信系统中已经经过信源编码的二进制数字信号传输前还需要进行进一步的编码（信道编码）。信道编码的目的是为了解决信号传输过程中可能发生的错误而丢失信息。信道编码主要是通过一定的算法在信息编码中插入一些冗余码位（对信息来说是多余的码位），然后在接收方通过检验计算来核对信息编码中是否发生了与发送编码不同的错误码。如果有错误就进行纠错（需要比较多的冗余码位）或者重新发送（需要比较少的冗余码位）。从而提高信息传输的正确性，以满足对信息传输的需求。一般采用什么样具体的通道编码要依据具体的传输通道的干扰情况和信息差错的允许程度来决定。这种信道编码技术在计算机的数据存储传递过程中也被广泛应用来提高数据的可靠性。
所以在数字通信系统中发送端和接受端需要分别加上对信息数据的信源编码、解码设备，信道编码、解码设备。然后把编码好的二进制数据加载到载波信号上进行传送。虽然数字通信系统需要附加这些功能设备，但是因为集成电路技术已经可以把这些功能集成到非常精巧的通信芯片中。比如手机的通信芯片就是典型的例子。所以数字通信系统可以做成非常小巧可靠的设备。
对信息在传输过程中的这些问题的深入研究和数字通信技术的成熟，人类大大地扩展了信息接收的范围。通过这些技术的应用和可靠的实现，现代数字通信系统（数字通信网络）可以比较好地满足社会中的信息远距离传输要求。这个情况大家已经从日常使用中深刻地体会到。每时每刻都有大量的各式各样的信息通过通信网络迅速、可靠地传输到位于世界各地的信息使用者那里。人们获取信息的便利已经大大地改变了整个人类的生活。可以说，通信网络是地球变成紧密联系的地球村的信息基础。随着电子化的信息的广泛使用，通信系统在社会中的作用与物质运输系统一样重要。人们的生产和生活都离不讲通信系统了。
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