數字通信技術原理及其應用

孫秀蓉

摘 ?要：隨著社會的快速發展，為了滿足人們對信息交互越來越高的需求，通信系統的發展就要承擔實現高效通信的責任。由于微電子技術、計算機技術、網絡技術在近些年的飛速發展，使得數字通信技術得以實現，數字通信技術的出現解決了模擬通信技術的瓶頸，為實現可靠、高速及長距離通信提供了技術基礎，文章對數字通信技術的原理、特點以及應用作簡單的分析。

關鍵詞：數字通信;技術原理;應用

中圖分類號：TN92 ? ? ? ? 文獻標志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2020）20-0169-02

Abstract： With the rapid development of society， in order to meet people's higher and higher demand for information exchange， the development of communication system has to assume the responsibility of achieving efficient communication. Due to the rapid development of microelectronic technology， computer technology and network technology in recent years， digital communication technology has been realized， and the emergence of digital communication technology has solved the bottleneck of analog communication technology. it provides a technical basis for reliable， high-speed and long-distance communication. This paper makes a simple analysis of the principle， characteristics and application of digital communication technology.

Keywords： digital communication; technical principle; application

通信產業是國民經濟結構的重要組成部分，滲透在各行各業中，沒有通信技術的服務，各行業的正常運行和發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都已經離不開通信技術，一旦出現特殊的社會環境，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絡來支撐，所以通信技術的發展顯得至關重要，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，通信產業才能更好的生存和發展。當前，我們早已邁進了數字通信時代，所以對數字通信技術進行分析，展望其未來的發展具有重要的現實意義。

1 數字通信技術的原理

數字通信系統模型如圖1，數字通信就是利用數字信號進行信息的傳遞，所謂數字信號，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，用多位二值數碼的組合表示不同的信息。而在現實中，大多數信息都是模擬信號的形式，可以通過模數轉換將其轉換為數字信號，然后就可以在數字信道中進行信息的傳遞。為了保證信息傳輸的可靠性和保密性，以及為了提高信道的利用率，在傳輸之前通過對數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，在數字信號系統中，同步也是非常重要的環節，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到接收端后，再經過解調、譯碼后可恢復信息。在數字通信系統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展為數字程控交換機，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展為多種形式的數據信息，程控交換機的使用使得通信系統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 數字通信技術的優點和缺點

2.1 數字通信技術的優點

（1）數字通信技術具有很好的抗干擾性能。信息在通過信道傳輸的過程中，不可避免的會受到來自外界或者自身的噪聲干擾，但是數字信號不同于模擬信號，數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，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，所以相對來說數字通信技術的抗干擾能力強于模擬通信技術。

（2）數字通信技術有較好的保密性能。用數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）數字通信技術能實現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。在采用數字通信后，由于數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、多媒體技術的發展，人們對信息的需求呈現多樣性，但是不論何種形式的信息，都可以轉換成數字信號，所以數字通信技術的普及也促進了綜合業務數字網的形成。

（5）數字通信系統普遍采用大規模集成電路，具有體積小、重量輕、耗電低、后期維護方便等等優勢。另外隨著光纖技術的發展，現代通信大量使用光纖作為傳輸媒介，大大節省了成本，提高了傳輸速度，加強了信息的保密性。

2.2 數字通信技術的缺點

（1）數字通信技術對頻帶的利用率較低。相對于模擬通信，同樣的電話業務，數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）數字通信系統的設備更加復雜、繁瑣。為了實現通信質量的提高，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展，這些缺點已經被弱化，數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 數字通信系統的應用及發展

數字通信系統之所以能夠實現較好的抗干擾、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的最基礎、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，使其幅度的變化規律與基帶信號的取值規律一致，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。數字通信技術經過不斷的發展，其調制方法已經不僅僅是以上三種，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，使得數字通信系統的性能得到不斷的優化和改良。

在日常生活中，人們使用的各種終端設備包括手機、計算機、數字電視等等，都是通過數字通信系統獲取各種信息，極大的方便了人們的工作和生活。此外，數字通信系統也為國防、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。隨著通信系統的不斷發展，從有線通信發展為無線通信，從利用電纜傳輸到光纖傳輸，通信技術的進步是有巨大成效的，實現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展獲得長足的進步。盡管數字通信技術在當前已經取代了模擬通信占據了主導地位，但任何事物都不是絕對的而是相對的，所以數字通信技術還有無限的發展空間，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通信網絡開始實施后，各種支持5G網絡的終端設備也陸續出現，在一定程度上刺激了終端設備的更新換代，刺激整個通信產業的蓬勃發展。總之，數字通信體系會幫助我們走進可期的未來世界。

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