數(shù)字通信是一種使用數(shù)字信號(hào)傳輸消息的通信方式。它可傳輸電報(bào)、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)等數(shù)字信號(hào)，也可傳輸經(jīng)過數(shù)字化處理的語音和圖像等模擬信號(hào)。數(shù)字通信使用數(shù)字調(diào)制方法，將離散消息表示為一系列脈沖或一組有限的連續(xù)變化波形，通過基帶傳輸或通帶傳輸進(jìn)行傳輸。通帶調(diào)制與相應(yīng)的解調(diào)通過調(diào)制解調(diào)器設(shè)備實(shí)現(xiàn)。數(shù)據(jù)傳輸可以是從數(shù)據(jù)源始發(fā)的數(shù)字信息，也可以是將模擬信號(hào)數(shù)字化至一個(gè)比特流。信源的編解碼是通過編解碼器設(shè)備所進(jìn)行的。數(shù)字通信的物理傳輸管道包括雙絞線、光纖、無線通信頻道、存儲(chǔ)設(shè)備及電腦匯流排。
概念介紹
用數(shù)字形式傳輸消息或用數(shù)字形式對(duì)載波信號(hào)進(jìn)行調(diào)制后再傳輸?shù)耐ㄐ欧绞健３Ｒ?guī)的電話和電視都屬于模擬通信。電話和電視模擬信號(hào)經(jīng)數(shù)字化后，再進(jìn)行數(shù)字信號(hào)的調(diào)制和傳輸，便稱為數(shù)字電話和數(shù)字電視。以計(jì)算機(jī)為終端機(jī)的相互間的數(shù)據(jù)通信，因信號(hào)本身就是數(shù)字形式，而屬于數(shù)字通信。衛(wèi)星通信中采用時(shí)分或碼分的多路通信也屬于數(shù)字通信。
數(shù)字通信系統(tǒng)的模型如圖1所示，圖中信源輸出的是模擬信號(hào)，經(jīng)過數(shù)字終端的信源編碼器成為數(shù)字信號(hào)，終端輸出的數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過信道編碼器后變成適合于信道傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)，然后由解調(diào)器把數(shù)字信號(hào)調(diào)制到系統(tǒng)所使用的數(shù)字信道上，再傳輸?shù)浇邮斩耍?jīng)過相反的轉(zhuǎn)換后最終送到信宿。
分布作用
1、信源：把原始信息變換成原始電信號(hào)。
2、信源編碼：
①實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)的數(shù)字化傳輸即完成A/D變化。
②提高信號(hào)傳輸?shù)挠行浴＜丛诒ＷC一定傳輸質(zhì)量的情況下，用盡可能少的數(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、信道編碼：
①信道編碼的目的：信道編碼主要解決數(shù)字通信的可靠性問題。
②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)。
③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
①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)。
②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)哪康摹?/p>
③基本的數(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
①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”。
②同步的作用：對(duì)于數(shù)字通信時(shí)是至關(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，傳輸信道的類型有有線信道（如電纜、光纖）和無線信道（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。
發(fā)展歷史
數(shù)字通信的早期歷史是與電報(bào)的發(fā)展聯(lián)系在一起的。
1937年，英國人A．H．里夫斯提出脈碼調(diào)制（PCM），從而推動(dòng)了模擬信號(hào)數(shù)字化的進(jìn)程。
1946年，法國人E．M．德洛雷因發(fā)明增量調(diào)制。
1950年C．C．卡特勒提出差值編碼。1947年，美國貝爾實(shí)驗(yàn)室研制出供實(shí)驗(yàn)用的24路電子管脈碼調(diào)制裝置，證實(shí)了實(shí)現(xiàn)PCM的可行性。
1953年發(fā)明了不用編碼管的反饋比較型主軸編碼器，擴(kuò)大了輸入信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍。
1962年，美國研制出晶體管24路1．544兆比/秒脈碼調(diào)制設(shè)備，并在市話網(wǎng)局間使用。
數(shù)字通信與模擬通信相比具有明顯的優(yōu)點(diǎn)。它抗干擾能力強(qiáng)，通信質(zhì)量不受距離的影響，能適應(yīng)各種通信業(yè)務(wù)的要求，便于采用大規(guī)模集成電路，便于實(shí)現(xiàn)保密通信和計(jì)算機(jī)管理。不足之處是占用的信道頻帶較寬。
20世紀(jì)90年代，數(shù)字通信向超高速大容量長距離方向發(fā)展，高效編碼技術(shù)日益成熟，語聲編碼已走向?qū)嵱没碌臄?shù)字化智能終端將進(jìn)一步發(fā)展。
《數(shù)字通信》創(chuàng)刊于1974年，進(jìn)入新世紀(jì)后，為適應(yīng)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我們重新對(duì)她定位，包裝，突出以“數(shù)字”為基礎(chǔ)；“移動(dòng)”為核心；“手機(jī)”為特色，成為國內(nèi)第一本面向大眾的實(shí)用手機(jī)月刊。
《數(shù)字通信》有《產(chǎn)品》《市場(chǎng)》《應(yīng)用》《技術(shù)》四大版塊：包括移動(dòng)新聞、手機(jī)前線、新品搶鮮、品機(jī)地帶、DC導(dǎo)購、手機(jī)秘、產(chǎn)業(yè)觀察、手機(jī)樂園等多個(gè)欄目若干專題。
《數(shù)字通信》集實(shí)用性、知識(shí)性、趣味性于一體，語言詼諧幽默、貼近生活.《數(shù)字通信》每半月?lián)碛?5萬多的發(fā)行量，每期雜志的有效讀者約75萬人左右。作為中國發(fā)行量第一的手機(jī)雜志，《數(shù)字通信》的讀者覆蓋全國各地，是發(fā)行區(qū)域最廣、滲透率最高的手機(jī)雜志。
《數(shù)字通信》是全國發(fā)行量最大，在手機(jī)領(lǐng)域最為權(quán)威的專業(yè)手機(jī)與無線通訊期刊。以專業(yè)的評(píng)測(cè)文章、囊括所有熱門機(jī)型的玩機(jī)指南、及時(shí)的手機(jī)資訊和市場(chǎng)信息而深受數(shù)十萬讀者好評(píng)。
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)?a href="/hebeideji/7802548392724394782.html">數(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
數(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?/p>
3.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。
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)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。隨著微電子學(xué)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。
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)。
數(shù)字頻帶傳輸
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)控制編碼來實(shí)現(xiàn)的。于是，就需要在發(fā)送端增加一個(gè)主軸編碼器，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。
綜上所述，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的數(shù)字通信系統(tǒng)模型一般可用圖2所示。
需要說明的是，圖中調(diào)制器/解調(diào)器、加密器/解密器、主軸編碼器 / 編譯器等環(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)。
數(shù)字基帶傳輸
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3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。
模擬信號(hào)傳輸
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)字電路中的傳輸，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4所示。
參考資料 >