談數(shù)字通信技術原理與應用
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摘要：隨著社會的快速發(fā)展，為了滿足人們對信息交互越來越高的需求，通信系統(tǒng)的發(fā)展就要承擔實現(xiàn)高效通信的責任。由于微電子技術、計算機技術、網(wǎng)絡技術在近些年的飛速發(fā)展，使得數(shù)字通信技術得以實現(xiàn)，數(shù)字通信技術的出現(xiàn)解決了模擬通信技術的瓶頸，為實現(xiàn)可靠、高速及長距離通信提供了技術基礎，文章對數(shù)字通信技術的原理、特點以及應用作簡單的分析。
關鍵詞：數(shù)字通信；技術原理；應用
通信產(chǎn)業(yè)是國民經(jīng)濟結構的重要組成部分，滲透在各行各業(yè)中，沒有通信技術的服務，各行業(yè)的正常運行和發(fā)展都會受到嚴重制約，可以說，不管是人們的日常生活還是工作生產(chǎn)都已經(jīng)離不開通信技術，一旦出現(xiàn)特殊的社會環(huán)境，迫使人們不得不減少外出而需要在室內完成工作或者學習，這時候就需要強大的通信網(wǎng)絡來支撐，所以通信技術的發(fā)展顯得至關重要，隨著社會的進步，對通信技術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。當前，我們早已邁進了數(shù)字通信時代，所以對數(shù)字通信技術進行分析，展望其未來的發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義。
1數(shù)字通信技術的原理
數(shù)字通信系統(tǒng)模型如圖1，數(shù)字通信就是利用數(shù)字信號進行信息的傳遞，所謂數(shù)字信號，在電子電路中是采用二值邏輯中的1和0來進行信息的表示，用多位二值數(shù)碼的組合表示不同的信息。而在現(xiàn)實中，大多數(shù)信息都是模擬信號的形式，可以通過模數(shù)轉換將其轉換為數(shù)字信號，然后就可以在數(shù)字信道中進行信息的傳遞。為了保證信息傳輸?shù)目煽啃院捅Ｃ苄?，以及為了提高信道的利用率，在傳輸之前通過對數(shù)字信號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。再利用調制器對信號進行調制，調制之后的信號頻譜得到擴展，更適合在信道中傳輸，充分利用信道，提高傳輸性能。同時，在數(shù)字信號系統(tǒng)中，同步也是非常重要的環(huán)節(jié)，如果時鐘同步或者幀同步不準確，也會直接導致信息出錯。信號通過有線或者無線信道傳輸?shù)浇邮斩撕?，再?jīng)過解調、譯碼后可恢復信息。在數(shù)字通信系統(tǒng)中極其重要的技術還包括程控交換，在最初的電話交換機的基礎上逐步發(fā)展為數(shù)字程控交換機，利用存儲著交換控制程序的計算機來控制信息的接駁，信息的類型從最初單一的語音發(fā)展為多種形式的數(shù)據(jù)信息，程控交換機的使用使得通信系統(tǒng)的維護管理更加便捷可靠，增強了靈活性，功能更全面，在一定程度上，通過對軟件的控制來增強硬件的功能擴展，從而更好的提供通信服務。
2數(shù)字通信技術的優(yōu)點和缺點
2.1數(shù)字通信技術的優(yōu)點
（1）數(shù)字通信技術具有很好的抗干擾性能。信息在通過信道傳輸?shù)倪^程中，不可避免的會受到來自外界或者自身的噪聲干擾，但是數(shù)字信號不同于模擬信號，數(shù)字信號本身是離散的信號，通常采用二值邏輯來表示，實際應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不嚴重破壞脈沖的兩種狀態(tài)，就可以在接收端被識別，在這一點上，模擬信號是不能夠相比的，噪聲對模擬信號的影響是很明顯的，很容易使信號失真，所以相對來說數(shù)字通信技術的抗干擾能力強于模擬通信技術。（2）數(shù)字通信技術有較好的保密性能。用數(shù)字信號進行信息的表示、存儲和傳輸，更便于對信息加密，可以將數(shù)字信息進行各種運算處理，對其進行偽裝，常用的方法就是采用密鑰技術，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)字通信技術能實現(xiàn)遠距離的高質量信號傳輸。信號在傳輸過程中，距離越長，損耗越大，那么就必須對信號進行放大，但是同時也會放大噪聲，甚至噪聲可能會覆蓋有用信號。在采用數(shù)字通信后，由于數(shù)字信號的波形在失真后可以通過整形電路恢復原有的信息，利用再生中繼器可以大大增加傳輸距離，同時又保證了信號的不失真性。（4）數(shù)字通信技術支持多種形式信息傳輸。隨著計算機、多媒體技術的發(fā)展，人們對信息的需求呈現(xiàn)多樣性，但是不論何種形式的信息，都可以轉換成數(shù)字信號，所以數(shù)字通信技術的普及也促進了綜合業(yè)務數(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、后期維護方便等等優(yōu)勢。另外隨著光纖技術的發(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，加強了信息的保密性。
2.2數(shù)字通信技術的缺點
（1）數(shù)字通信技術對頻帶的利用率較低。相對于模擬通信，同樣的電話業(yè)務，數(shù)字通信占用的帶寬遠高于模擬通信，當傳輸帶寬有限的時候，就會影響頻帶利用率。（2）數(shù)字通信系統(tǒng)的設備更加復雜、繁瑣。為了實現(xiàn)通信質量的提高，就要增加信號處理的復雜程度，相應的，通信設備的功能更多也就更加復雜。雖然數(shù)字通信技術存在一些缺點，但是隨著寬帶信道的采用、窄帶調制技術和微電子技術的發(fā)展，這些缺點已經(jīng)被弱化，數(shù)字通信必然會取代模擬通信，成為占主導地位的通信技術。
3數(shù)字通信系統(tǒng)的應用及發(fā)展
數(shù)字通信系統(tǒng)之所以能夠實現(xiàn)較好的抗干擾、保密性等特點，關鍵就是對信號進行編碼、調制、解調以及解碼，其中調制技術是保證信號可靠傳輸?shù)淖罨A、最重要的技術，基本的調制方式包括調幅、調頻和調相，如圖2所示。調幅就是根據(jù)基帶信號的二進制取值，將正弦波的幅度進行調制，使其幅度的變化規(guī)律與基帶信號的取值規(guī)律一致，從而可以表示基帶信號的信息。調頻就是對載波的頻率進行調制，如圖2所示，調制后的正弦波對應基帶信號的1、0取值，呈現(xiàn)兩種不同的頻率。調相就是對載波的相位進行調制，圖2中，基帶信號的1、0取值分別對應載波的兩種不同相位，此圖中，二者是反相的關系。數(shù)字通信技術經(jīng)過不斷的發(fā)展，其調制方法已經(jīng)不僅僅是以上三種，在它們的基礎上還演變出了多種調制方法，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制（QAM），調制方法的不斷改進，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備包括手機、計算機、數(shù)字電視等等，都是通過數(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)也為國防、軍事、航空等領域提供信息保障，使得我們的社會體系能夠正常運轉。隨著通信系統(tǒng)的不斷發(fā)展，從有線通信發(fā)展為無線通信，從利用電纜傳輸?shù)焦饫w傳輸，通信技術的進步是有巨大成效的，實現(xiàn)了人類通信方式的一次次變革，未來人類社會也會隨著通信技術的發(fā)展獲得長足的進步。盡管數(shù)字通信技術在當前已經(jīng)取代了模擬通信占據(jù)了主導地位，但任何事物都不是絕對的而是相對的，所以數(shù)字通信技術還有無限的發(fā)展空間，要進一步加強抗干擾性能、進一步提升傳輸速度、進一步延伸傳輸距離，當通信系統(tǒng)的性能得到進一步提升，才能促進各種終端設備的先進程度，就像5G通信網(wǎng)絡開始實施后，各種支持5G網(wǎng)絡的終端設備也陸續(xù)出現(xiàn)，在一定程度上刺激了終端設備的更新?lián)Q代，刺激整個通信產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展?？傊?，數(shù)字通信體系會幫助我們走進可期的未來世界。
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作者：孫秀蓉 單位：蘭州交通大學博文學院
