数字信号通信系统的性能-盛世时代

来源:盛世时代 时间:2017-05-06

  通信系统最重要的性能是信息传输的有效性和可靠性。
  信息速率是衡量数字通信系统有效性的指标。二进制信号的信息速率用每秒比特(bps,常用b/s表示)作单位,常称为比特率。如比特率9600b/s,表示每秒可传输9600个二进制脉冲。常用的标准数据信号速率为50b/s,100b/s,200b/s, 300b/s,600b/s以及1200b/s,2400b/s,4800b/s,9600b/s,240kb/s,1Mb/s,10Mb/s,1000Mb/s等。
  信道的最大数据传输速率受信道带宽的限制。当信道一定时,信息速率越高,有效性就越好。
  误码率是码元在数据传输系统中被传错的概率,是衡量数字通信系统可靠性的指标。
  数字通信系统可进一步细分为数字频带传输通信系统、数字基带传输通信系统、模拟信号数字化传输通信系统。
  1. 数字频带传输通信系统
  数字通信的基本特征是,它的消息或信号 具有 “离散”或“数字”的 特性,从而使数字通信具有许多特殊的问题。例如前边提到的第二种变换,在模拟通信中强调变换的线性特性,即强调已调参量与代表消息的基带信号之间的比例特性;而在数字通信中,则强调已调参量与代表消息的数字信号之间的一一对应关系。
  另外,数字通信中还存在以下突出问题:第一,数字信号传输时,信道噪声或干扰所造成的差错,原则上是可以控制的。这是通过所谓的差错控制编码来实现的。于是,就需要在发送端增加一个编码器,而在接收端相应需要一个解码器。第二,当需要实现保密通信时,可对数字基带信号进行 人为 “扰乱”( 加密),此时在收端就必须进行解密。第三,由于数字通信传输的是一个接一个按一定节拍传送的数字信号,因而接收端必须有一个与发端相同的节拍,否则,就会因收发步调不一致而造成混乱。另外,为了表述消息内容,基带信号都是按消息特征进行编组的,于是,在收发之间一组组的编码的规律也必须一致,否则接收时消息的真正内容将无法恢复。在数字通信中,称节拍一致 为 “位同步”或“码元同步”,而称编组一致为“群同步”或“帧同步”,故数字通信中还必须有“同步”这个 重要问题。
  需要说明的是,图中调制器 / 解调器、加密器 / 解密器、编码器 / 译码器等环节,在具体通信系统中是否全部采用,这要取决于具体设计条件和要求。但在一个系统中,如果发端有调制 / 加密 / 编码,则收端必须有解调 / 解密 / 译码。通常把有调制器 / 解调器的数字通信系统称为数字频带传输通信系统。
  2. 数字基带传输通信系统
  与频带传输系统相对应,我们把没有调制器 / 解调器的数字通信系统称为数字基带传输通信系统,如图 1-4 所示。
  基带信号形成器可能包括编码器、加密器以及波形变换等,接收滤波器亦可能包括译码器、解密器等。
  3. 模拟信号数字化传输通信系统
  上面论述的数字通信系统中,信源输出的信号均为数字基带信号,实际上,在日常生活中大部分信号(如语音信号)为连续变化的模拟信号。那么要实现模拟信号在数字系统中的传输,则必须在发端将模拟信号数字化,即进行 A/D 转换;在接收端需进行相反的转换,即 D/A 转换。实现模拟信号数字化传输的系统如图 1-5 所示。 
一、数字通信系统的优点
  1、抗干扰能力强
  由于在数字通信中,传输的信号幅度是离散的,以二进制为例,信号的取值只有两个,这样接收端只需判别两种状态。信号在传输过程中受到噪声的干扰,必然会使波形失真,接收端对其进行抽样判决,以辨别是两种状态中的哪一个。只要噪声的大小不足以影响判决的正确性,就能正确接收(再生)。而在模拟通信中,传输的信号幅度是连续变化的,一旦叠加上噪声,即使噪声很小,也很难消除它。
  数字通信抗噪声性能好,还表现在微波中继通信时,它可以消除噪声积累。这是因为数字信号在每次再生后,只要不发生错码,它仍然像信源中发出的信号一样,没有噪声叠加在上面。因此中继站再多,数字通信仍具有良好的通信质量。而模拟通信中继时,只能增加信号能量(对信号放大),而不能消除噪声。
  2、差错可控
  数字信号在传输过程中出现的错误(差错),可通过纠错编码技术来控制,以提高传输的可靠性。
  3、易加密
  数字信号与模拟信号相比,它容易加密和解密。因此,数字通信保密性好。
  4、易于与现代技术相结合
  由于计算机技术、数字存贮技术、数字交换技术以及数字处理技术等现代技术飞速发展,许多设备、终端接口均是数字信号,因此极易与数字通信系统相连接。
  二、数字通信系统的缺点
  1、 频带利用率不高
  系统的频带利用率,可用系统允许最大传输带宽(信道的带宽)与每路信号的有效带宽之比来数字通信中,数字信号占用的频带宽,以电话为例,一路模拟电话通常只占据 4kHz 带宽,但一路接近同样话音质量的数字电话可能要占据 20 ~ 60kHz 的带宽。因此,如果系统传输带宽一定的话,模拟电话的频带利用率要高出数字电话的 5 ~ 15 倍。
  2、系统设备比较复杂
  数字通信中,要准确地恢复信号,接收端需要严格的同步系统,以保持收端和发端严格的节拍一致、编组一致。因此,数字通信系统及设备一般都比较复杂,体积较大。
  不过,随着新的宽带传输信道(如光导纤维)的采用、窄带调制技术和超大规模集成电路的发展,数字通信的这些缺点已经弱化。随着微电子技术和计算机技术的迅猛发展和广泛应用,数字通信在今后的通信方式中必将逐步取代模拟通信而占主导地位。
数字通信系统的各部分作用  1、信源:把原始信息变换成原始电信号。
  2、信源编码:
  ①实现模拟信号的数字化传输即完成A/D变化。
  ②提高信号传输的有效性。即在保证一定传输质量的情况下,用竟可能少的数字脉冲来表示信源产生的信息。信源编码也称作频带压缩编码或数据压缩编码。
  3、信道编码:
  ①信源编码的目的: 信道编码主要解决数字通信的可靠性问题。
  ②信道编码的原理:对传输的信息码元按一定的规则加入一些冗余码(监督码),形成新的码字,接收端按照约定好的规律进行检错甚至纠错。
  ③信道编码又称为差错控制编码、抗干扰编码、纠错编码 。
  4、数字调制
  ①数字调制技术的概念:把数字基带信号的频谱搬移到高频处,形成适合在信道中传输的频带信号。
  ②数字调制的主要作用:提高信号在信道上传输的效率,达到信号远距离传输的目的。
  ③基本的数字调制方式:振幅键控ASK、频移键控FSK、相移键控PSK。
  5、同步
  ①同步的概念:指通信系统的收、发双方具有统一的时间标准,使它们的工作“步调一致”。
  ②同步的作用:对于数字通信时是至关重要的。如果同步存在误差或失去同步,通信过程中就会出现大量的误码,导致整个通信系统失效。
  6、信道:
  信道是信号传输媒介的总称,传输信道的类型有无线信道(如电缆、光纤)和有线信道(如自由空间)两种。
  7、噪声源:
  通信系统中各种设备以及信道中所固有的,为了分析方便,把噪声源视为各处噪声的集中表现而抽象加入到信道。

 

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