【電子科技大學】《通信原理》精品課 P10 - 10. 1.5.1 數字門與模擬門

你好,我是李小峯 今天在講討論模擬與數字通信系統 在介紹電報與電話通信的時候 我們指出通信技術分為數字門與模擬門兩大門派 數字門是傳送數字消息的技法 模擬門是傳送模擬消息的技法 今天我們要更具體的說一說這兩個門派 還要解釋一下究竟是哪樣一些特性 使得數字門成為今天的主流方式 我們先來看一下模擬傳輸系統 隨著電話、無線電廣播、電視廣播的廣泛應用 模擬傳輸系統曾經盛行一時 模擬消息信號,比如語音 本身是可以直接用電纜來傳送的 這種傳送稱為基帶傳送 因為語音信號如果從頻率上看 它的頻帶主要處在0赫茲附近 這種位於0赫茲附近的信號稱為基帶信號 保持基帶形式來傳送信號稱為基帶傳送 但是模擬通信中很多時候我們還需要頻帶傳送 典型的是無線電廣播 在無線電廣播裡基帶信號無法直接以電磁波方式傳送出去 語音信號必須要轉換成頻帶信號纔能有效的傳遞 頻帶信號是頻譜位於某較高頻率附近的信號 頻帶傳輸就是把基帶的消息信號轉換為頻帶信號來傳送 所以我們看到消息信號幾乎都是基帶的 而無線電信號都是頻帶的 無線電通信都會採用頻帶傳輸方法 不光在無線通信中 其實在很多有線通信中也大量的需要用到頻帶傳輸方法 因為在電話線裡面 如果傳送基帶方式只能傳送一路消息信號 如果要用頻分附用的方法把多路消息信號合在一起來傳送 其他各個消息信號都必須要轉換在不同的頻率上去合在一起來傳送 它們都需要用頻帶傳輸的方法來做 所以頻帶傳輸在模擬通信中大量的使用 它是模擬通信系統的核心任務 模擬通信系統的基本結構如這個框圖所給的 調製和解調是它的核心單元 調製的任務就是將基帶信號轉換為適當的頻帶信號的過程 解調是調製的逆過程 調製把基帶轉換成頻帶信號 解調把頻帶信號還原為基帶信號 調製的方法主要是用正弦波攜帶消息 正弦波就是最基本的一種頻帶極其窄的頻帶信號 所有的頻帶信號說起來都是正弦波的一種變形 後面我們會說到它的形式基本上都是這樣 是一個cosine函數 幅度部分和角度部分可以有些變化 調製就是通過使幅度R體和角度向位θ體 或者兩者同時按一定的規律跟隨消息變化 這樣正弦波就變成了頻帶信號 攜帶上的消息 主要的調製方法分為幅度調製和角度調製 幅度調製主要是用R體來攜帶消息 角度調製就用θ體來攜帶消息 後面我們將分別介紹幅度調製與角度調製 下面我們再來看看數字通信系統 近幾十年來數字通信系統是主流 得到了大力的發展 因此功能也很強大 這裡我們給出的就是一個功能比較完備的數字通信系統的框圖 我們看到它的確比較複雜 有很多個單元組成 其中上面這一排就是發送器裡所具有的單元 下面是接收器裡面所具有的單元 從發射器看 有格式化、信源編碼、加密、信道編碼、附用、脈衝基帶調製、頻帶調製、頻譜擴展、多子結束和發射機 然後消息信號就送入信道 而接收器裡面的各個單元是上面這些單元的力過程 不是所有的數字通信系統都需要每一個功能單元 基本的數字通信系統只需要這裡藍色的功能塊 所以基本數字通信系統的結構是這樣的 其中各個功能塊的功能我們可以逐個的說明一下 格式化主要是把進來的數字序列進行一定的規範 比如轉化成二元的或者多元的 如果是傳送模擬消息 可能在這裡來完成模擬轉換 接收端會有一個相應的單元 把格式轉換回去 格式化後輸出的符號需要通過基帶調製 基帶調製是一個核心功能塊 它把一個一個的符號變成波形信號 就是某種電信號 以便於在信道中實際傳送 這樣生成的信號通常都是基帶的 常常我們用脈衝來完成這件事情 所以我們稱它為基帶調製或脈衝基帶調製 在接收端我們會從波形信號裡面還原出一個一個的符號 至於屏帶調製與屏帶解調是針對屏帶信號的 這一點跟模擬調製中的情況一樣 如果你需要在屏帶信道中傳送 就必須要有屏帶調製與屏帶解調 發射機和接收機是與信道接口用的 在數字通信系統中間還有一個關鍵而獨特的單元 稱為同步單元 同步單元就是提供各種定時時鐘 使各個單元能正確有序地工作 我們知道數字消息信號是一對符號序列 符號一個一個就像一隊行進的士兵 需要喊著口號纔能有序地行進 或者換一個更形象的比喻 收發兩端就像是兩個舞伴 他們的步伐必須要協調 協調就需要同步就需要節拍 在這個基本的通信系統的結構上 高級的通信系統還可以增加許多的強大的功能單元 這就是我們一開始看到的情況 這些功能單元主要是信用編碼 信用編碼實際上就是壓縮編碼 它把原始數字消息裡面的榮譽壓縮掉 這就像我們在用PC的時候 我們都知道有各種各樣的壓縮軟件 可以把文件的大小縮小 加密單元提供保密性 我們就不多說了 信道編碼單元是故意在數字序列中間 加入一些特殊的數據位 比如機偶校電位 這樣得到的數據消息信號 中間就有一定的規律 解除端就可以根據這些規律和規則 發現和糾正錯誤 附用單元是使各種消息能夠合在一起傳送 多子節錄是讓多個用戶 可以共同使用整個通信系統 頻譜擴展 把信號的頻譜展寬 這樣可以增強保密性 也可以抵抗幹擾 當然頻譜擴展 也是一種實用的多子節錄方法 這些功能都非常有意義 但是模擬通信系統中不會有這些單元 因為它無法實現 只能望洋興嘆 其中附用與多子 這些功能雖然模擬系統可以通過評分的方法來做 但這樣做通常比較笨重 也不大方便 數字通信系統比模擬系統有許多好處 多謝您收聽