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基于數字通信系統特點及應用方法的探究電科論文
1.數字通信系統的含義
數字通信是指用數字信號作為載體來傳輸信息,或者用數字信號對載波進行數字調制后在傳輸的通信方式。無論在時間上還是幅度上,它都屬于離散的負載數據信息的信號。數字通信的主要技術設備包括發射器、接收器以及傳輸介質。數字通信系統的通信模式主要包括數字頻帶傳輸通信系統、數字基帶傳輸通信系統以及模擬信號數字化傳輸通信系統三種。數字通信研究為信息傳輸和存儲介質的設計帶來了便利。首先它的信源獨立設計,一旦用信源編碼器將信息轉換為比特,信息就可以無差別的存儲或傳輸,只要回復比特數據,就可以將其中蘊含的信息無差別地重構回來,也就是存儲和通信媒介可以獨立于信源,這也就意味著多種信源可以共享同意通信媒介,此外信道與信源的獨立性帶來了顯著的經濟效益。其次,信道優化設計,對每一個通信鏈路來說,信道編碼器、信道譯碼器、調制器和解調器都可以根據特定的信道特性進行優化。由于在每條鏈路上都可以對傳輸的比特進行再生,所以沒有“噪聲積累”。
數字通信中還存在以下問題:第一,數字信號傳輸時,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碼來實現的。于是,就需要在發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,當需要實現保密通信時,可對數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,由于數字通信傳輸的是一個接一個按一定節拍傳送的數字信號,因而接收端必須有一個與發端相同的節拍,否則,就會因收發步調不一致而造成混亂。另外,為了表述消息內容,基帶信號都是按消息特征進行編組的,于是,在收發之間一組組的編碼的規律也必須一致,否則接收時消息的真正內容將無法恢復。在數字通信中,稱節拍一致為“位同步”或“碼元同步”,而稱編組一致為“群同步”或“幀同步”,故數字通信中還必須有“同步”這個重要問題。
2.數字通信系統的優點
數字通信與傳統的模擬信號不同,主要表現在以下幾個方面:
(1)數字信號具有極強的抗干涉能力。由于在信號傳輸的過程中不可避免的會受到系統外部以及系統內部的噪聲干擾,而且噪聲會跟隨信號的傳輸而進行放大,這無疑會干擾到通信質量。但是數字通信系統傳輸的是離散性的數字信號,雖然在整個過程中也會受到的噪聲干擾,但只要噪聲絕對值在一定的范圍內就可以消除噪聲干擾。
(2)數字信號更適合進行高質量的遠距離通信。在數字通信系統當中利用再生中繼方式,能夠消除長距離傳輸噪音對數字信號的影響,而且再生的數字信號和原來的數字信號一樣,可以繼續進行傳輸,這樣一來數字通信的質量就不是因為距離的增加而產生強烈的影響,所以它也比傳統的模擬信號更適合進行高質量的遠距離通信,通信質量也依然能夠得到有效保證。
(3)數字信號具有更強的保密性。與現代技術相結合的形式非常簡便,目前的終端接口都采用數字信號。
(4)數字信號應用范圍廣。數字通信系統還能夠適應各種類型的業務要求,例如電話、電報、圖像以及數據傳輸等等,它的普及應用也方便實現統一的綜合業務數字網,便于采用大規模集成電路,便于實現信息傳輸的保密處理,便于實現計算機通信網的管理等優點。
3.數字通信系統的缺點
數字通信系統雖然優點居多,但它也存在缺點。但是隨著新的寬帶傳輸信道的采用、窄帶調制技術和超大規模集成電路的發展,數字通信的這些缺點已經弱化。隨著微電子技術和計算機技術的迅猛發展和廣泛應用,數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。它的主要缺點如下:
(1)數字通信系統頻帶利用率不高
系統的頻帶利用率,可用系統允許最大傳輸帶寬(信道的帶寬)與每路信號的有效帶寬之比來數字通信中,數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4kHz帶寬,但一路接近同樣話音質量的數字電話可能要占據20~60kHz的帶寬。因此,如果系統傳輸帶寬一定的話,模擬電話的頻帶利用率要高出數字電話的5~15倍。
(2)系統設備比較復雜數字通信中,要準確地恢復信號,接收端需要嚴格的同步系統,以保持收端和發端嚴格的節拍一致、編組一致。因此,數字通信系統及設備一般都比較復雜,體積較大。
4.數字通信系統的應用
數字通信系統的關鍵性技術包括編碼、調制、解調、解碼以及過濾等。其中數字信號的調制以及解調是整個系統的核心也是最基本、最重要的技術。數字調制是通過對信號源的編碼進行調制,將其轉換成為能夠進行信道傳輸的頻帶信號,即把基帶信號(調制信號)轉變為一個高頻率的帶通信號(已調信號),而且由于在傳輸過程中為了避免信息失真傳輸損耗以及確保帶內特性等因素,在進行信號進行長途傳輸以及大規模通信活動時必須對數字信號進行載波調制。
(1)現階段的數字信號調制主要分為調幅、調相以及調頻三種。調幅即是根據不同的信號,通過調節正弦波的幅度進行信號調制,目前最常見的數字信號是幅度取值為0和1為代表的波形,即二進制信號;調相即是由于載波的相位受到數字基帶信號的控制,通常情況下載波相位和基帶信號是保持一致的,例如二進制基帶信號為0時,載波相位相應也為0;調頻及是利用數字信號進行載波頻率的調制。解調就是講載波信號提取出來并經過還原得到信息的過程,它是調制的逆過程也被稱為反調制。目前解調的類型分為相干解調和非相干解調兩大類。數字通信的質量通常用信息傳輸速率、符號傳輸速率以及消息傳輸速率這三個指標來衡量。對于數字通信系統的性能指標通常用信息傳輸速率、符號傳輸速率以及消息傳輸速率這三個指標來衡量。
(2)通信系統向數字化時代的轉變就是要從有線通信想無線通信,從公用移動網絡到專用網絡,從而實現全球化的數字通信理念。并且,通過現有的綜合業務數字網絡為基礎,通過一個多用途的用戶網絡接口就可以輕松實現信號發出端到接收端全程數字傳輸與交換的新型通信網。利用這種新型技術可以擴充通信業務的范圍,而且還具有更加經濟以及靈活的特點,能夠與現有的計算機互聯網、多媒體信息網、公共電話網以及分組交換數字網等進行任意轉換。隨著數字通信設備的發展和不斷完善,利用微處理技術對數字通信系統的信號進行轉變,還能夠使設備更加靈活的應用到各種長途以及市話當中。由于長途通信線路的投資遠大于終端設備,為了提高長距離傳輸的經濟性,未來高度、大容量的數字通信系統也將成為主流趨勢,而且隨著數字集成電路技術的發展,數字通信系統的設備制造也越來越容易,成本更低、可靠性也更高。
5.結語
數字通信系統是一種全新的利用數字信號進行消息傳輸的通信模式,伴隨著社會的不斷發展,數字通信的應用也已經越來越廣泛,在我們日常生活中的電腦、手機上網、視頻電話、網絡會議以及數字電視等都是通過數字通信系統來進行信號傳輸的,而且由于社會的發展人們對各種通信業務的需求量也在逐漸增加,在光纖傳輸媒介還沒有完全普及以前,數字通信系統主要是利用電纜、微波等有限的媒介進行傳輸,但目前光纖技術的發展無疑將會推動數字通信的發展。隨著數字通信系統的發展,它將真正便利我們的生活,促進經濟的發展和社會的進步。
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