数字通信的优缺点及基础知识

1.数字通信系统的基本模型

图1-20所示为数字通信系统的模型框图。图中加密器和解密器的位置可前可后，例如加密器可以在信道编码器之前，也可以在信道编码器之后。另外，对于一个实际的数字通信系统来讲，其中有的矩形框可能没有。例如不使用保密功能时，加密器和解密器就不要了；不需要抗干扰的信道编码时，信道编码器和信道译码器就不要了。此外，数字通信系统中必不可少的同步系统，由于它和很多部件结合在一起，没有单独画出。

图1-20 数字通信系统模型框图

2.数字通信系统各部分的作用

（1）信息源 信息源一般指的是由电传机、纸带读出机等送来的数字基带信号。最典型的数字基带信号为二进制矩形脉冲，平常我们称它为二进制码或二进制代码。这种二进制数字信号只有这两个值，A和0（或-A）。在接收端判决结果也只有这两个值，这一点与模拟信号（取值是连续的）完全不同。

（2）信源编（译）码器 信源编码器的主要作用是进行降低信号多余度，其目的是减少码元数目和降低码元速率。如果信息源送来的是模拟信号，那么信源编码还包含一个把模拟信号转换为数字信号的模-数转换器，即通过取样、量化和编码三个步骤把模拟信号变成数字信号。有时候就把模-数转换称作信源编码。信源译码器的作用与信源编码器相反，例如信源编码器为模-数转换器时，信源译码器就是数-模转换器。

（3）信道编（译）码器 信道编码器又称为抗干扰编码器和纠错编码器。它是将信源编码器输出的数字基带信号人为地按照一定的规律加入多余码元，以便在接收端译码器中发现或纠正码元在传输中的错误，这样可以降低码元传输的错误率。初看起来，信道编码器增加多余度的作用与信源编码器降低多余度的作用互相抵消了。其实不然，因为信源编码器中降低的是输入数字信号中的自然多余度，这种自然多余度不能起纠正错码的作用。而信道编码器中加入的多余码元是有一定规律的，这种规律能有效地提高传输性能，降低码元传输的错误率。

（4）加（解）密器 它的位置可以在信道编（译）码器的前面，也可以在信道编（译）码器的后面。加密的方法很多，例如可以把数字信号和一个周期很长的M序列进行模二相加，这样将原来的数字信号变成一个不可理解的另一序列，被人窃取后就无法理解其内容了。在接收端必须加上一个同发送端一样的负序列，和收到的信号再次进行模二相加，就可以恢复原来发送的数字信号。

（5）数字调制（解调）器 前面得到的数字信号都是基带信号，数字调制器是将数字基带信号经过各种不同的调制变为适合于信道传输的频带信号。数字调制的方法很多，有的可以和模拟通信系统中的调制方法一样。但由于数字基带信号往往是二进制脉冲序列，因此数字调制往往用键控方式调制，这样就有振幅键控法（ASK）、频率键控法（FSK）和相位键控法（PSK）等数字调制方式，其波形如图1-21所示。其中图1-21a所示为基带信号；图1-21b所示为ASK信号，幅度只有两种A和0（或-A）；图1-21c所示为FSK信号，1码时频率为f₁，0码时频率为f₂，FSK信号的频率受基带信号调制，FSK信号在时间上是连续的；图1-21d所示为PSK信号，振幅频率都是不变的，但它的相位受基带信号调制，它的波形在时间上也是连续的。如果数字基带信号不经过调制，直接传输，则称为数字信号的基带传输。

3.数字通信系统的主要优缺点(www.xing528.com)

数字通信的主要优点是：

1）抗噪声性能好。由于数字通信系统传输的数字信号携带信息的参量只有有限个取值，一般都是采用只有两个取值的二进制信号，这样发送端传输的和接收端需要接收和判决的只有两个值，例如二进制信号1码取值为A，0码取值为0。传输过程中，由于噪声的引入对波形有影响，使波形产生失真，甚至产生很大的失真。接收端接收到受噪声影响而失真的波形以后，对它进行判决，确定是1码还是0码，并再生1、0码的波形。因此，只要不影响判决的正确性，即使波形有失真，也不会影响再生以后的波形。而模拟通信时，噪声使模拟信号失真以后，哪怕噪声很小，噪声的影响也是无法消除的。因此和模拟通信相比，抗噪声性能好是数字通信最主要的优点。

图1-21 数字调制的波形

a）基带信号 b）ASK信号 c）FSK信号 d）PSK信号

2）数字通信中可以采用信道编码技术使错码率降低。

3）数字通信便于加密。

4）数字信号便于处理、存储、交换，便于和计算机等设备连接。

数字通信最主要的缺点是占用的频带比较宽。以通电话为例，模拟通信使用3～4kHz带宽即可，而数字通信一般需要几十千赫带宽；另外，数字通信的设备一般比模拟通信的设备复杂。