談數(shù)字通信技術(shù)原理與應(yīng)用

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摘要：隨著社會(huì)的快速發(fā)展，為了滿足人們對(duì)信息交互越來(lái)越高的需求，通信系統(tǒng)的發(fā)展就要承擔(dān)實(shí)現(xiàn)高效通信的責(zé)任。由于微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在近些年的飛速發(fā)展，使得數(shù)字通信技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)，數(shù)字通信技術(shù)的出現(xiàn)解決了模擬通信技術(shù)的瓶頸，為實(shí)現(xiàn)可靠、高速及長(zhǎng)距離通信提供了技術(shù)基礎(chǔ)，文章對(duì)數(shù)字通信技術(shù)的原理、特點(diǎn)以及應(yīng)用作簡(jiǎn)單的分析。

關(guān)鍵詞：數(shù)字通信；技術(shù)原理；應(yīng)用

通信產(chǎn)業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的重要組成部分，滲透在各行各業(yè)中，沒(méi)有通信技術(shù)的服務(wù)，各行業(yè)的正常運(yùn)行和發(fā)展都會(huì)受到嚴(yán)重制約，可以說(shuō)，不管是人們的日常生活還是工作生產(chǎn)都已經(jīng)離不開(kāi)通信技術(shù)，一旦出現(xiàn)特殊的社會(huì)環(huán)境，迫使人們不得不減少外出而需要在室內(nèi)完成工作或者學(xué)習(xí)，這時(shí)候就需要強(qiáng)大的通信網(wǎng)絡(luò)來(lái)支撐，所以通信技術(shù)的發(fā)展顯得至關(guān)重要，隨著社會(huì)的進(jìn)步，對(duì)通信技術(shù)也不斷提出更高的要求，只有滿足這些需求，通信產(chǎn)業(yè)才能更好的生存和發(fā)展。當(dāng)前，我們?cè)缫堰~進(jìn)了數(shù)字通信時(shí)代，所以對(duì)數(shù)字通信技術(shù)進(jìn)行分析，展望其未來(lái)的發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1數(shù)字通信技術(shù)的原理

數(shù)字通信系統(tǒng)模型如圖1，數(shù)字通信就是利用數(shù)字信號(hào)進(jìn)行信息的傳遞，所謂數(shù)字信號(hào)，在電子電路中是采用二值邏輯中的1和0來(lái)進(jìn)行信息的表示，用多位二值數(shù)碼的組合表示不同的信息。而在現(xiàn)實(shí)中，大多數(shù)信息都是模擬信號(hào)的形式，可以通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，然后就可以在數(shù)字信道中進(jìn)行信息的傳遞。為了保證信息傳輸?shù)目煽啃院捅Ｃ苄裕约盀榱颂岣咝诺赖睦寐?，在傳輸之前通過(guò)對(duì)數(shù)字信號(hào)采用不同的編碼方式，能夠大大提高抗干擾能力，降低外界或者系統(tǒng)自身噪聲的干擾。再利用調(diào)制器對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，調(diào)制之后的信號(hào)頻譜得到擴(kuò)展，更適合在信道中傳輸，充分利用信道，提高傳輸性能。同時(shí)，在數(shù)字信號(hào)系統(tǒng)中，同步也是非常重要的環(huán)節(jié)，如果時(shí)鐘同步或者幀同步不準(zhǔn)確，也會(huì)直接導(dǎo)致信息出錯(cuò)。信號(hào)通過(guò)有線或者無(wú)線信道傳輸?shù)浇邮斩撕?，再?jīng)過(guò)解調(diào)、譯碼后可恢復(fù)信息。在數(shù)字通信系統(tǒng)中極其重要的技術(shù)還包括程控交換，在最初的電話交換機(jī)的基礎(chǔ)上逐步發(fā)展為數(shù)字程控交換機(jī)，利用存儲(chǔ)著交換控制程序的計(jì)算機(jī)來(lái)控制信息的接駁，信息的類型從最初單一的語(yǔ)音發(fā)展為多種形式的數(shù)據(jù)信息，程控交換機(jī)的使用使得通信系統(tǒng)的維護(hù)管理更加便捷可靠，增強(qiáng)了靈活性，功能更全面，在一定程度上，通過(guò)對(duì)軟件的控制來(lái)增強(qiáng)硬件的功能擴(kuò)展，從而更好的提供通信服務(wù)。

2數(shù)字通信技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)

2.1數(shù)字通信技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

（1）數(shù)字通信技術(shù)具有很好的抗干擾性能。信息在通過(guò)信道傳輸?shù)倪^(guò)程中，不可避免的會(huì)受到來(lái)自外界或者自身的噪聲干擾，但是數(shù)字信號(hào)不同于模擬信號(hào)，數(shù)字信號(hào)本身是離散的信號(hào)，通常采用二值邏輯來(lái)表示，實(shí)際應(yīng)用中可以用脈沖的兩種不同狀態(tài)代表1和0，只要能控制噪聲信號(hào)不嚴(yán)重破壞脈沖的兩種狀態(tài)，就可以在接收端被識(shí)別，在這一點(diǎn)上，模擬信號(hào)是不能夠相比的，噪聲對(duì)模擬信號(hào)的影響是很明顯的，很容易使信號(hào)失真，所以相對(duì)來(lái)說(shuō)數(shù)字通信技術(shù)的抗干擾能力強(qiáng)于模擬通信技術(shù)。（2）數(shù)字通信技術(shù)有較好的保密性能。用數(shù)字信號(hào)進(jìn)行信息的表示、存儲(chǔ)和傳輸，更便于對(duì)信息加密，可以將數(shù)字信息進(jìn)行各種運(yùn)算處理，對(duì)其進(jìn)行偽裝，常用的方法就是采用密鑰技術(shù)，一般密鑰很難被外界破解，從而保證了通信信息的保密性。（3）數(shù)字通信技術(shù)能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的高質(zhì)量信號(hào)傳輸。信號(hào)在傳輸過(guò)程中，距離越長(zhǎng)，損耗越大，那么就必須對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大，但是同時(shí)也會(huì)放大噪聲，甚至噪聲可能會(huì)覆蓋有用信號(hào)。在采用數(shù)字通信后，由于數(shù)字信號(hào)的波形在失真后可以通過(guò)整形電路恢復(fù)原有的信息，利用再生中繼器可以大大增加傳輸距離，同時(shí)又保證了信號(hào)的不失真性。（4）數(shù)字通信技術(shù)支持多種形式信息傳輸。隨著計(jì)算機(jī)、多媒體技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)信息的需求呈現(xiàn)多樣性，但是不論何種形式的信息，都可以轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，所以數(shù)字通信技術(shù)的普及也促進(jìn)了綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)的形成。（5）數(shù)字通信系統(tǒng)普遍采用大規(guī)模集成電路，具有體積小、重量輕、耗電低、后期維護(hù)方便等等優(yōu)勢(shì)。另外隨著光纖技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代通信大量使用光纖作為傳輸媒介，大大節(jié)省了成本，提高了傳輸速度，加強(qiáng)了信息的保密性。

2.2數(shù)字通信技術(shù)的缺點(diǎn)

（1）數(shù)字通信技術(shù)對(duì)頻帶的利用率較低。相對(duì)于模擬通信，同樣的電話業(yè)務(wù)，數(shù)字通信占用的帶寬遠(yuǎn)高于模擬通信，當(dāng)傳輸帶寬有限的時(shí)候，就會(huì)影響頻帶利用率。（2）數(shù)字通信系統(tǒng)的設(shè)備更加復(fù)雜、繁瑣。為了實(shí)現(xiàn)通信質(zhì)量的提高，就要增加信號(hào)處理的復(fù)雜程度，相應(yīng)的，通信設(shè)備的功能更多也就更加復(fù)雜。雖然數(shù)字通信技術(shù)存在一些缺點(diǎn)，但是隨著寬帶信道的采用、窄帶調(diào)制技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展，這些缺點(diǎn)已經(jīng)被弱化，數(shù)字通信必然會(huì)取代模擬通信，成為占主導(dǎo)地位的通信技術(shù)。

3數(shù)字通信系統(tǒng)的應(yīng)用及發(fā)展

數(shù)字通信系統(tǒng)之所以能夠?qū)崿F(xiàn)較好的抗干擾、保密性等特點(diǎn)，關(guān)鍵就是對(duì)信號(hào)進(jìn)行編碼、調(diào)制、解調(diào)以及解碼，其中調(diào)制技術(shù)是保證信號(hào)可靠傳輸?shù)淖罨A(chǔ)、最重要的技術(shù)，基本的調(diào)制方式包括調(diào)幅、調(diào)頻和調(diào)相，如圖2所示。調(diào)幅就是根據(jù)基帶信號(hào)的二進(jìn)制取值，將正弦波的幅度進(jìn)行調(diào)制，使其幅度的變化規(guī)律與基帶信號(hào)的取值規(guī)律一致，從而可以表示基帶信號(hào)的信息。調(diào)頻就是對(duì)載波的頻率進(jìn)行調(diào)制，如圖2所示，調(diào)制后的正弦波對(duì)應(yīng)基帶信號(hào)的1、0取值，呈現(xiàn)兩種不同的頻率。調(diào)相就是對(duì)載波的相位進(jìn)行調(diào)制，圖2中，基帶信號(hào)的1、0取值分別對(duì)應(yīng)載波的兩種不同相位，此圖中，二者是反相的關(guān)系。數(shù)字通信技術(shù)經(jīng)過(guò)不斷的發(fā)展，其調(diào)制方法已經(jīng)不僅僅是以上三種，在它們的基礎(chǔ)上還演變出了多種調(diào)制方法，例如：幅移鍵控（ASK）、頻移鍵控（FSK）、相移鍵控（PSK），還有目前使用廣泛的正交幅度調(diào)制（QAM），調(diào)制方法的不斷改進(jìn)，使得數(shù)字通信系統(tǒng)的性能得到不斷的優(yōu)化和改良。在日常生活中，人們使用的各種終端設(shè)備包括手機(jī)、計(jì)算機(jī)、數(shù)字電視等等，都是通過(guò)數(shù)字通信系統(tǒng)獲取各種信息，極大的方便了人們的工作和生活。此外，數(shù)字通信系統(tǒng)也為國(guó)防、軍事、航空等領(lǐng)域提供信息保障，使得我們的社會(huì)體系能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)。隨著通信系統(tǒng)的不斷發(fā)展，從有線通信發(fā)展為無(wú)線通信，從利用電纜傳輸?shù)焦饫w傳輸，通信技術(shù)的進(jìn)步是有巨大成效的，實(shí)現(xiàn)了人類通信方式的一次次變革，未來(lái)人類社會(huì)也會(huì)隨著通信技術(shù)的發(fā)展獲得長(zhǎng)足的進(jìn)步。盡管數(shù)字通信技術(shù)在當(dāng)前已經(jīng)取代了模擬通信占據(jù)了主導(dǎo)地位，但任何事物都不是絕對(duì)的而是相對(duì)的，所以數(shù)字通信技術(shù)還有無(wú)限的發(fā)展空間，要進(jìn)一步加強(qiáng)抗干擾性能、進(jìn)一步提升傳輸速度、進(jìn)一步延伸傳輸距離，當(dāng)通信系統(tǒng)的性能得到進(jìn)一步提升，才能促進(jìn)各種終端設(shè)備的先進(jìn)程度，就像5G通信網(wǎng)絡(luò)開(kāi)始實(shí)施后，各種支持5G網(wǎng)絡(luò)的終端設(shè)備也陸續(xù)出現(xiàn)，在一定程度上刺激了終端設(shè)備的更新?lián)Q代，刺激整個(gè)通信產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展?？傊瑪?shù)字通信體系會(huì)幫助我們走進(jìn)可期的未來(lái)世界。

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作者：孫秀蓉 單位：蘭州交通大學(xué)博文學(xué)院