1.2.2　模拟通信系统与数字通信系统

1.模拟通信系统

信道中传输模拟信号的系统称为模拟通信系统。例如，在电话通信的用户线上传送的电信号是随着用户声音大小的变化而变化的模拟信号，则在用户线上传输模拟信号的通信方式称为模拟通信。模拟通信的优点是占用频带较窄、直观且容易实现，但存在保密性差、抗干扰能力弱、设备不易大规模集成等缺点，所以不能满足飞速发展的计算机通信的要求。

模拟通信一般采用频分复用方式实现多路通信，以提高信道的利用率。

2.数字通信系统

数字通信系统是利用数字信号来传递信息的通信系统。典型的数字通信系统模型如图1-5所示。

图1-5的上部表示从信源到发送端的信号传输过程，包括信源编码、加密、信道编码、多路复用、线路编码/脉冲成形、带通调制、多址接入等。上部分的发送框图和下部分接收框图存在可逆性，发送端中大部分信号处理步骤与接收端的步骤相反。

信源编码的作用之一是设法减少码元数目和降低码元速率，即通常所说的数据压缩；作用之二是将信源的模拟信号转化成数字信号，以实现模拟信号的数字化传输，模拟信号数字化（A/D转换）由抽样、量化和PCM脉冲编码组成，抽样是把时间上连续的模拟信号变成一系列时间上离散的抽样值的过程；量化则是用预先规定的有限个电平来表示模拟信号抽样值的过程；编码是用一组二进制数字代码来代替量化值的过程。为了降低抽样引起的失真，有时在抽样之前加入抗混叠滤波器。

在接收机的D/A转换中，接收到的二进制脉冲由PCM解码器转换为量化电平，之后经低通滤波器平滑重构原始模拟信号。

密码则是以提高通信系统安全性为目的的编码，通常通过加密和解密来实现。数字信号在信道传输时，由于噪声、衰落以及人为干扰等，将会引起差错。为了减小差错，信道编码器对传输的信息码元按一定的规则加入保护成分（监督元），接收端的信道译码器按一定规则进行解码，从解码过程中发现错误或纠正错误，从而提高通信系统的抗干扰能力，实现可靠通信。

信道解码、解密和信源解码过程是发射端相对应的功能的逆过程。

在同一信道上同时传送多路独立信号的技术称为复用技术，复用的目的是充分使用传输媒质的带宽，提高信道的利用率，从而相应地提高系统的容量。解多路复用器将复合比特流重新恢复为各路独立的信号。

在通信系统中，原始电信号一般含有直流成分和频率比较低的频谱分量，称为基带信号，基带信号往往不能直接在信道中传输，为了便于传输、提高抗干扰能力和有效利用带宽，通常需要通过调制将信号的频谱搬移到适合信道和噪声特性的频率范围内进行传输。在通信系统的接收端对已调信号进行解调，恢复出原始的基带信号。

均衡器的作用是用于补偿（消除或削弱）由非理想的信道所导致的任何形式的信号失真。当信道冲激响应使接收信号严重失真时，均衡器就必不可少了。判决电路是将均衡后的基带信号变换为二进制符号序列。

多址接入是指允许不止一对收发信机共享相同的传输媒质（如一条光纤、一台卫星转发器或一段电缆）的技术和规范，实质上就是如何高效且平等地共享传输媒质的有限资源的问题。

同步（在图1-5中未画出）是保证数字通信系统有序、准确和可靠工作不可缺少的前提条件，同步是使收发两端的信号在时间上保持步调一致。

图1-5是数字通信系统的典型模型，实际的数字通信系统不一定包括图中的所有环节，如在某些有线信道中，若传输距离不太远且通信容量不太大，数字基带信号无须调制，可以直接传送，称为数字信号的基带传输，其模型中就不包括调制与解调环节。而在扩频通信中还包括扩频与解扩，扩频是对所传信号进行频谱的扩宽处理，以便利用宽频谱获得较强的抗干扰能力、较高的传输速率，同时由于在相同频带上利用不同码型可以承载不同用户的信息，因此扩频也提高了频带的复用率。

3.数字通信特点

与模拟通信相比，数字通信有如下优点：

（1）抗干扰能力强，可消除噪声积累，因此可靠性高。因模拟通信系统中传输的是连续变化的模拟信号，一旦信号叠加上噪声，即使噪声很小，也很难消除。

在数字通信中，由于数字信号的幅度值为有限个数的离散值，在传输过程中受到噪声干扰虽然也要叠加噪声，但当信噪比还没有恶化到一定程度时，即在适当的距离，采用再生中继的方法即可消除噪声干扰，将信号整形再生成原发送信号。因此，数字通信方式可以做到无噪声积累，以实现长距离、高质量的传输。图1-6给出了模拟数字和数字通信系统中分别采用中继电路后抗干扰性能的比较。

（2）差错可控：如利用信道编码技术来进行检错和纠错以降低误码率，提高通信的可靠性。

（3）数字电路可以用大规模和超大规模集成电路实现，具有体积小，功耗低，易于集成的特点。

（4）便于加密处理：数字信号的加密处理比模拟信号容易得多，以话音信号为例，经过数字变换后的信号可用简单的数字逻辑运算进行加密、解密处理。

（5）有利于实现综合业务传输：在数字通信中，各种消息（模拟的和离散的）都可变成统一的数字信号进行传输、处理、存储和分离，可以实现各种综合业务的传输。

但数字通信也有以下两个缺点：

（1）占用频带宽：如一路模拟电话通常只占据4kHz带宽，而一路数字电话的频带为64kHz，因此数字通信的许多优点都是用比模拟通信占据更宽的系统带宽为代价的。

（2）由于数字通信对同步的要求高，因而系统设备比较复杂。在数字通信中，按照同步的功用分为载波同步、位同步、群同步和网同步。

但随着卫星通信、光纤通信等宽频通信系统和压缩技术、集成技术的日益发展，以上问题逐渐得到解决，因此数字通信是现代通信的主要发展方向之一。