数字通信

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数字通信（digicom，digital communication）

　　数字通信是指用数字信号作为载体来传输信息，或者用数字信号对载波进行数字调制后再传输的通信方式。

　　在模拟通信中,原始信号(如话音的音频信号、电视的视频信号)直接用来对载波信号进行调制。在数字通信中，发信端原始信号必须先经过模拟－数字转换器(简称数字化器),转换成数字信号(通常以“1”和“0”形式)序列后代替原始信号,再对载波信号进行调制。在收信端，对接收到的载波信号经解调后，得到的仍是数字信号序列。但数字信号序列还必须经过数字－模拟转换器才能恢复原始模拟信号。对模拟信号进行数字化有多种方法，最基本的方法是脉码调制，还有各种类型的增量调制，后者在电路实现上更为简单。为了减少传输话音所必需的脉码率，声码器正逐步得到推广应用。声码器也是最可靠的数字电话保密终端。声码技术中较有发展前途的是线性预测编码。如何以更高的精度、更低的脉码率使信号数字化，仍然是数字通信技术的主要研究课题。用数字信号代替模拟信号后，模拟通信中的载频供给系统亦应相应改变，将被时钟所代替。为了正确判别收发两端数字码元，收发时钟之间必须同步，这要靠码元同步和帧同步技术达到；如果数字通信设备连成通信网，还必须用网同步技术（见同步技术）。数字通信还有一系列特有的技术。为使各种传输信道适应数字信号的传输，避免各种频率成分的振幅和时延特性上的不均匀性，避免码间干扰，需要采用均衡技术。为了便于在收信端提取同步信号，通常采用双极性码、高密度双极性码（HDB3码）、四比三进码（4B3T码）和部分响应码等。为了发现和自动纠正传输中出现的误码，需要采用差错控制技术。差错控制已发展成为一种独立的技术。

　　·抗干扰能力强、无噪声积累：模拟信号在传输过程中与叠加的噪声很难分离，噪声会随着信号被传输、放大，严重影响通信质量。数字通信中的信息是包含在脉冲的有无之中的，只要噪声绝对值不超过某一门限值，接收端便可判别脉冲的有无，以保证通信的可靠性。

　　·远距离传输仍能保证质量：因为数字通信采用再生中继方式，能够消除噪音，再生的数字信号和原来的数字信号一样，可继续传输下去，这样通信质量便不受距离的影响，可高质量地进行远距离通信。

　　·能适应各种通信业务要求(如电话、电报、图像、数据等)，便于实现统一的综合业务数字网。

　　·便于采用大规模集成电路，便于实现加密处理，便于实现通信网的计算机管理等。

　　·便于存储、处理和交换。

　　·占用信道频带较宽：一路模拟电话的频带为4kHz带宽，而一路数字电话约占64kHz带宽。

　　实现数字通信，必须使发送端发出的模拟信号变为数字信号，这个过程称为模数变换。模拟信号数字化的基本方法有3个过程，第一步是“抽样”，就是对连续的模拟信号进行离散化处理，通常是以相等的时间间隔来抽取模拟信号的样值。第二步是“量化”，将模拟信号样值变换到最接近的数字值。因抽样后的样值在时间上虽是离散的，但在幅度上仍是连续的，量化过程就是把幅度上连续的抽样也变为离散的。第三步是“编码”，就是把量化后的样值信号用一组二进制数字代码来表示，最终完成模拟信号的数字化。数字信号送入数字网进行传输。接收端则是一个还原过程，把收到的数字信号变为模拟信号，即“数模变换”，从而再现声音或图像。

　　如果发送端发出的信号本来就是数字信号，则用不着进行模数变换过程，数字信号可直接进入数字网进行传输。

　　由于人们对各种通信业务的需求迅速增加，数字通信正向着小型化、智能化、高速大容量的方向迅速发展，最终必将取代模拟通信。

　　1.数字通信系统的基本设计方法，包括两方面：

　　·给定传输条件（信道特性），设计一个数字通信系统，在规定允许失真条件下，提供最大的数字通信能力；

　　·在给定要求的失真和业务负载条件下，设计有效的信道完成数据传输任务。

　　2. 数字通信系统的构成

　　数据链与数字通信系统具有天然的渊源。可以说数字通信技术是数据链的重要技术基础。但并不等于说数据链就是数字通信。一般说来。数字通信的主要功能是按一定的质量要求将数据从发端送到收端的透明传输。即完成所谓的“承载”任务。通常不关心所传输数据表征的信息。数据需要由所在的应用系统来作进一步处理后形成信息。而数据链则不然。除了要完成数据传送的功能外。数据链终端还要对数据进行处理。提取出信息。用以指导进一步的战术行动。另外。数据链的组网方式也与战术应用密切相关。应用系统可以根据情况的变化。适时地调整网络配置和模式与之匹配。数据链消息标准中蕴涵了很多战术理论．实战经验数据和信息处理规则。将数字通信的功能从数据传输层面拓展到了信息共享范畴。

　　数据链是紧密结合战术应用。在无线数字通信技术和数据处理技术基础上发展起来的一项综合技术。将传输组网．时空统一．导航和数据融合处理等技术进行综合。形成一体化的装备体系。在今后相当长一段时期内。无线数字通信技术仍然是数据链装备发展的主要技术基础之一。

　　数据链系统与数字通信系统的区别和联系主要体现在：

　　(1)使用目的不同。数据链用于提高指挥控制．态势感知及武器协同能力。实现对武器的实时控制和提高武器平台作战的主动性；而数字通信系统则是用于提高数据传输能力。主要实现传输目的。但数字通信技术是数据链的基础。

　　(2)使用方式不同。数据链直接与指控系统．传感器．武器系统链接。可以“机一机”方式交换信息。实现从传感器到武器的无缝链接；而数字通信系统一般不直接与指控系统．传感器．武器系统链接。通常以“人一机一人”方式传送信息。数据链设备的使用针对性很强。在每次参加战术行动前都要根据作战的任务需求。进行比较复杂的数据链网络规划。使数据链网络结构和资源与该次作战任务最佳匹配；而数字通信终端通常为即插即用。在通信网络一次性配置好后一般不作变动。不与作战任务发生直接的耦合。

　　(3)信息传输要求不同。数据链传输的是作战单元所需要的实时信息。要对数据进行必要的整合．处理。提取出有用的信息；而数字通信一般是透明传输。所有的措施是为了保证数据传输质量。对数据所包含的信息内容不作识别和处理。另外。为实现运动平台的时空定位信息为其他用户所共享。各数据链终端需要统一时间基准和位置参考基准；而通信系统一般不考虑用户的绝对时间基准(通信系统的相对时钟同步是解决传输的准确性问题)与空间位置的关系。

　　(4)与作战需求关联度不同。数据链网络设计是根据特定的作战任务。决定每个具体终端可以访问什么数据。传输什么样的消息。什么数据被中继。数据链的网络设计方案是受作战任务驱动的。从预先规划的网络库中挑选一种网络设计配置。在初始化时加载到终端上。数据链的组网配置直接取决于当前面临的作战任务．参战单元和作战区域。数据链的应用直接受作战样式．指挥控制关系．武器系统控制要求．情报的提供方式等因素的牵引和制约。与作战需求高度关联；而数字通信系统的配置和应用与这些因素的关联度相对较低。

　　总的说来，数据链是有针对性地完成部队作战时的实时信息交换任务，而数字通信是解决各种用户和信息传输的普遍性问题。数据链所传送的信息和对象。要实现的目标十分明确。一般无交换．路由等环节。并简化了通信系统中为了保证差错控制和可靠传输的冗余开销。它的传输规程．链路协议和格式化消息的设计都针对满足作战的实时需求。由数据链网络链接各种平台。包括指挥所和无指控能力的传感器与武器系统等。其平台任务计算机需要专门配置相应的软件。以接受和处理数据链端机传来的信息或向其他平台发送信息。数据链与平台任务计算机之间必须紧密集成。以支持机器与机器．机器与人之间的相互操作。

　　可以将通信系统形象地比喻成商品流通行业中的集装箱运输。其功能是在一定的期限内。尽量无损地将货物从发货点运送到目的地。涉及到交通线路(传输通路)．交通规则(传输规程)和中转(交换)等环节。承运方一般不关心集装箱里装的是什么物品(信息内容)。而数据链就像连锁店的鲜活品的物流配送。既涉及交通线路(传输通路)．交通规则(传输规程)和中转(交换)等环节。又要把不同种类(格式)．不同数量的物品(信息内容)配送到需要的商店(链接对象)。而鲜活物品对环境条件和配送时间(实时性)有十分严格的要求。

　　数字通信与模拟通信相比具有明显的优点：首先是抗干扰能力强。模拟信号在传输过程中和叠加的噪声很难分离，噪声会随着信号被传输、放大，严重影响通信质量。数字通信中的信息是包含在脉冲的有无之中的，只要噪声绝对值不超过某一门限值，接收端便可判别脉冲的有无，以保证通信的可靠性。其次是远距离传输仍能保证质量。因为数字通信是采用再生中继方式，能够消除噪音，再生的数字信号和原来的数字信号一样，可继续传输下去，这样通信质量便不受距离的影响，可高质量地进行远距离通信。此外，它还具有适应各种通信业务要求(如电话、电报、图像、数据等)，便于实现统一的综合业务数字网，便于采用大规模集成电路，便于实现加密处理，便于实现通信网的计算机管理等优点。