【電子科技大學】《通信原理》精品課 P11 - 11. 1.5.2 “數字門”的三大神技

數字通訊系統比模擬系統有許多好處 歸結起來講,主要是三方面的特性 第一,天生的抗噪性 第二,潛在的標準性 第三,便利的實現性 在這三個特性中,我們先來看一看所謂天生的抗噪性 大家知道,數碼技術有一個重要的優點 就是它能實現高保證 如果我們要記錄一位大師的音樂演奏 我們可以採用各種錄音方法 如果用早期的模擬的磁帶或者唱片來記錄的話 每次播放的時候就會因為磨損噪聲 使記錄的音樂不斷的變質 最後音樂不能再用 但如果使用數字極光唱片 數碼方法記錄下來的音樂 它就可以永遠保持原來的高質量音樂 這個背後的原因在於數字信號固有的特點 數字信號一個一個 而且它的每一個都只有有限種曲質 它是隨機的 但即便混有一些噪聲 只要噪聲不是很大 一個一個的曲質可以清楚的分開 因此噪聲是可以去除的 但模擬消息信號就不是這樣的 它是綿綿起伏的 可以取任意值 如果混入了一點噪聲 你根本無法知道如何去清除它 一次一次的混入噪聲 噪聲就累積 信號就越來越壞 簡單的說 數字消息對噪聲天生有一點點免疫力 而不大生病 而模擬消息絲毫沒有免疫力 它就會不斷的生小病 病越來越厲害直到怕小 在長途傳輸中有這樣一種情況 信號走得越遠 衰減越厲害 噪聲也增加得越來越多 最後信號會很差 數字通訊系統有一個 簡單而有效的小方法 那就是分段接力 數字消息傳出之後 如果有了噪聲 就把它取下來 清除掉 只要能及時取下來 噪聲還不夠大 就能徹底清除掉 再傳送再清除 直到送到最後 最遠的消息的接收者 這樣送再遠 消息也可能做到沒有失真 沒有錯誤 但模擬消息就根本沒有辦法 原始的消息是完好的 加入一點噪聲 你沒有辦法清除它 即使放大 噪聲也跟著放大 再傳噪聲增加 傳到最後 噪聲可能大到 信號完全無法使用 數字分段接力這種方法 給我們一個啟示 一點點天生的免疫力 就能帶來根本的不同 數字消息如果經過一個 小噪聲的信道 它會毫髮無損 即使經過一個大噪聲的信道 只要能把噪聲情況 分解為多個小的噪聲情況 數字消息還是可能安全的通過 在通信中 最根本的目的是要可靠的傳信息 而數字消息具有這種天賦 模擬消息毫無可能 我們再來看第二個特性 潛在的標準性 數字消息是一個一個的對立 每一個都可以轉換為 二元的形式 這樣各種各樣的數字消息 都能轉換成二元的形式 而表現的高度的一致 即使速率不大一樣 形式上也很規範 另一方面 數字消息一個一個的符號 或一個的比特 它本身就是可分離的 可以在適當的分裝 分裝之後就形成消息的標準箱 標準箱就像是貨物的標準化 想像一下 如果貨物裝箱一致 就像集裝箱一樣 那會引來什麼樣的影響 於是各種各樣的消息 不管是語音、圖像、視頻、音樂 它們都表現為相似的形式 標準的形式 然後它們可以混在一起 可以在適當的時候進行分發 甚至於可以混裝在一個車批裡面 這樣就出現了多媒體 出現了服用 再一個方面 各種各樣從各地來的消息 很容易的匯集在一起 就像集裝箱碼頭 各個物件很容易中轉 這樣就引來了 靈活方便的多子節入 路由交換和網絡 沿著這個方向走下去 互聯網自然是水到渠成 其實標準化 還有另外一個深刻而重要的影響 標準化就像是 工業生產中的標準建技術 當年福特汽車生產 就採用了標準的結構 和流水線的方法 這樣就大幅度的改進了 汽車的生產量和生產質量 今天各種各樣的汽車 仍然是用這種標準的流水線的方法 從而得到高質量的產品 消息標準化 消息就可以與 傳送它的系統分離開來 分別進行設計和優化 一個一個的通信系統 它們都是要傳送 同樣一種形式的消息 各種各樣的先進技術 就可以附用 這樣通信系統的連發 就非常的靈活自由 通信技術就能夠迅速的改進 新的功能 也變得可能與容易了 我們可以開發 各種信源的處理技術 像信源編碼 信道的處理技術 信道編碼 像加密等等等等 都能應運而生 這一切對於模擬通信來講 就無法想像了 因為模擬消息 它的基本指標是帶寬 模擬消息它是連綿不斷的 無論是在取值 還是在時間上 都很難切割 帶寬上就更難進行標準化 切割和分裝了 所以模擬通信系統 常常要針對消息 和消息的類別 來進行私人定製 這樣一來 它的開發和設計 就變得非常麻煩 比如傳統的電視系統 它本來是傳電視信號的 如果要傳語音 再稍帶傳一點點 溫度時度的信號 就必須要專門為它設計 俯用系統 每一種俯用系統 又要根據消息的不同 而精心的定製 第三個方面 便利的實現性 數字信號對於模擬信號來說 可以簡單的比喻為 整數的和時數的 很容易想像 整數運算和時數運算 哪一個簡單 因此數字電路 比模擬電路 更容易設計開發 也更方便調適 一旦一個電路做出來之後 就很容易複製進行批量生產 而模擬電路就不那麼容易 即使做成功一個電路 再做的時候 很多個模擬電路 往往不能做到一致 很容易出現差異 所以數字電路技術 很容易得到發展 並得到了快速的成長 像大規模數字集成電路 從晶片開發出來 生產成各種各樣的 高級的處理芯片 微處理器 數字信號處理器 然後做成 各種各樣的信號處理系統 數字信號處理的理論與技術 都得到了迅速的發展 並高度的成熟 這一切 就為數字通信系統 提供了非常有利的條件 說起來 數字消息與數字信號 具有的抗噪性 標準性 與實現性 是它的幾個自然的特性 它們簡單而基本 但由此 能夠引發種種的許多的好處 以及這些好處的變化 最終就不簡單了 數字通信系統 或者說數字武林中的數字門 展現出強大的法力 演化出豐富多樣的 現代通信系統