数字通信系统模型的优化

最简单的数字通信系统模型如图1-16所示。当然，实际上的数字通信系统并非一定要包括图中所有的环节。比如，调制与解调、编码与解码等环节是否采用，还取决于具体的设计方法及要求。

图1-16 数字通信系统模型

其中编码包括信源编码和信道编码。信源编码的主要功能是去除信源信息中一些不必要的次要信息，减少信息的冗余度，提高系统的高效性。比如常见的将代表信源消息的连续信号变换成数字序列的A/D转换，就属于信源编码的范畴。

信道编码是在信源编码器输出符号的基础上增加冗余符号，并让这些符号满足一定的数学规律，使传输具有纠错或检错能力。若在传输过程中出现差错就会破坏这种数学规律，在接收端就会发现并有可能纠正错误。信道解码是信道编码的逆过程。

数字通信在现代通信中占有越来越重要的地位。其优点如下：

（1）数字信号的可重塑性

图1-17 信号重塑过程图

由于数字通信传输的数字信号的有效状态只有有限的几个，如二进制信号只有“0”和“1”两种状态，通常用+5V表示“0”，-5V表示“1”（见图1-17a），但在传输过程中由于受传输损耗和噪声影响，波形可能会产生失真（见图1-17b）。接收端收到失真的波形后，对它进行判决，确定是“1”码还是“0”码，只要信号的失真在一定范围内，如+5V变为+2V，那么以0V为判决门限，大于0V的信号判为数字“0”，小于0V的信号判为数字“1”。这样，原来传输的“0”（用+5V表示）尽管经过传输，发生失真变为+2V，但经过判决后，仍然可以判断发射端传送的信息是“0”，在进一步的传输中，又可以重塑为+5V（见图1-17c）。而模拟通信中信号因噪声影响发生失真后，哪怕噪声很小，噪声的影响也是无法消除的。由此可见，数字通信最大的优势在于传输信号的可重塑，当然，可重塑性会提高系统的抗干扰能力。

举例

软背包和硬纸箱。(www.xing528.com)

软背包：甲同学背着一个布质的软背包长途旅行，路途中经历各种磨难，到终点后的背包形状和出发前的形状发生了很大变化，路途越远，变形越大。尽管甲同学的记忆力超强，但由于软背包可能的形状有无穷多种，在终点无法恢复原来的形状（见图1-18a）。

硬纸箱：乙同学背着一个硬纸箱/纸板，只有满和空两种状态。当纸箱为空时，就可将纸箱折叠为纸板；有东西时，撑开为纸箱。在长途旅行中，同样会受到风吹和拥挤，纸箱有可能被压扁一角，或纸板被风吹起来一点。到终点后，根据纸箱的大概情况，基本可以判断纸箱是满，还是空，并可完全恢复原来的形状（见图1-18b）。

图1-18 软背包和硬纸箱

在接力通信时信号会经过很多中继站再传送到接收端。采用模拟通信时，每一中继站的噪声都会积累，通信距离越长，通信质量越差。而采用数字通信时，只要噪声不使判决发生错误，经过信号重塑，可以完全消除噪声的累积影响，不会因为传输距离（中继站）增多而影响通信质量。因此，在数字电话中，长途电话和市话的质量基本没有差别。

（2）差错可控

实际通信中出现的错误（差错），可以采用信道编码来纠错。具体内容将在第2章讲述。

（3）保密性强

数字通信便于加密，且保密程度高。在发射端加入一些随机的信息，若非法用户不知道这些特定信息，就无法接收并检测出传输的信息。

当然，数字通信的许多优点都是用比模拟通信占据更宽的系统频带而换得的。以电话为例，一路模拟电话通常只占据4kHz带宽，而一路传输质量相同的数字电话则可能要占用64kHz的带宽。在系统频带紧张的场合，数字通信的这一缺点显得很突出，但随着技术的进步，人们正在逐步突破这些瓶颈，选择数字通信依然是未来的方向。