數字通信

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數字通信（digicom，digital communication）

　　數字通信是指用數字信號作為載體來傳輸信息，或者用數字信號對載波進行數字調製後再傳輸的通信方式。

　　在模擬通信中,原始信號(如話音的音頻信號、電視的視頻信號)直接用來對載波信號進行調製。在數字通信中，發信端原始信號必須先經過模擬－數字轉換器(簡稱數字化器),轉換成數字信號(通常以“1”和“0”形式)序列後代替原始信號,再對載波信號進行調製。在收信端，對接收到的載波信號經解調後，得到的仍是數字信號序列。但數字信號序列還必須經過數字－模擬轉換器才能恢複原始模擬信號。對模擬信號進行數字化有多種方法，最基本的方法是脈碼調製，還有各種類型的增量調製，後者在電路實現上更為簡單。為了減少傳輸話音所必需的脈碼率，聲碼器正逐步得到推廣應用。聲碼器也是最可靠的數字電話保密終端。聲碼技術中較有發展前途的是線性預測編碼。如何以更高的精度、更低的脈碼率使信號數字化，仍然是數字通信技術的主要研究課題。用數字信號代替模擬信號後，模擬通信中的載頻供給系統亦應相應改變，將被時鐘所代替。為了正確判別收發兩端數字碼元，收發時鐘之間必須同步，這要靠碼元同步和幀同步技術達到；如果數字通信設備連成通信網，還必須用網同步技術（見同步技術）。數字通信還有一系列特有的技術。為使各種傳輸通道適應數字信號的傳輸，避免各種頻率成分的振幅和時延特性上的不均勻性，避免碼間干擾，需要採用均衡技術。為了便於在收信端提取同步信號，通常採用雙極性碼、高密度雙極性碼（HDB3碼）、四比三進碼（4B3T碼）和部分響應碼等。為了發現和自動糾正傳輸中出現的誤碼，需要採用差錯控制技術。差錯控制已發展成為一種獨立的技術。

　　·抗干擾能力強、無雜訊積累：模擬信號在傳輸過程中與疊加的雜訊很難分離，雜訊會隨著信號被傳輸、放大，嚴重影響通信質量。數字通信中的信息是包含在脈衝的有無之中的，只要雜訊絕對值不超過某一門限值，接收端便可判別脈衝的有無，以保證通信的可靠性。

　　·遠距離傳輸仍能保證質量：因為數字通信採用再生中繼方式，能夠消除噪音，再生的數字信號和原來的數字信號一樣，可繼續傳輸下去，這樣通信質量便不受距離的影響，可高質量地進行遠距離通信。

　　·能適應各種通信業務要求(如電話、電報、圖像、數據等)，便於實現統一的綜合業務數字網。

　　·便於採用大規模集成電路，便於實現加密處理，便於實現通信網的電腦管理等。

　　·便於存儲、處理和交換。

　　·占用通道頻帶較寬：一路模擬電話的頻帶為4kHz帶寬，而一路數字電話約占64kHz帶寬。

　　實現數字通信，必須使發送端發出的模擬信號變為數字信號，這個過程稱為模數變換。模擬信號數字化的基本方法有3個過程，第一步是“抽樣”，就是對連續的模擬信號進行離散化處理，通常是以相等的時間間隔來抽取模擬信號的樣值。第二步是“量化”，將模擬信號樣值變換到最接近的數字值。因抽樣後的樣值在時間上雖是離散的，但在幅度上仍是連續的，量化過程就是把幅度上連續的抽樣也變為離散的。第三步是“編碼”，就是把量化後的樣值信號用一組二進位數字代碼來表示，最終完成模擬信號的數字化。數字信號送入數字網進行傳輸。接收端則是一個還原過程，把收到的數字信號變為模擬信號，即“數模變換”，從而再現聲音或圖像。

　　如果發送端發出的信號本來就是數字信號，則用不著進行模數變換過程，數字信號可直接進入數字網進行傳輸。

　　由於人們對各種通信業務的需求迅速增加，數字通信正向著小型化、智能化、高速大容量的方向迅速發展，最終必將取代模擬通信。

　　1.數字通信系統的基本設計方法，包括兩方面：

　　·給定傳輸條件（通道特性），設計一個數字通信系統，在規定允許失真條件下，提供最大的數字通信能力；

　　·在給定要求的失真和業務負載條件下，設計有效的通道完成數據傳輸任務。

　　2. 數字通信系統的構成

　　數據鏈與數字通信系統具有天然的淵源。可以說數字通信技術是數據鏈的重要技術基礎。但並不等於說數據鏈就是數字通信。一般說來。數字通信的主要功能是按一定的質量要求將數據從髮端送到收端的透明傳輸。即完成所謂的“承載”任務。通常不關心所傳輸數據表徵的信息。數據需要由所在的應用系統來作進一步處理後形成信息。而數據鏈則不然。除了要完成數據傳送的功能外。數據鏈終端還要對數據進行處理。提取出信息。用以指導進一步的戰術行動。另外。數據鏈的組網方式也與戰術應用密切相關。應用系統可以根據情況的變化。適時地調整網路配置和模式與之匹配。數據鏈消息標準中蘊涵了很多戰術理論．實戰經驗數據和信息處理規則。將數字通信的功能從數據傳輸層面拓展到了信息共用範疇。

　　數據鏈是緊密結合戰術應用。在無線數字通信技術和數據處理技術基礎上發展起來的一項綜合技術。將傳輸組網．時空統一．導航和數據融合處理等技術進行綜合。形成一體化的裝備體系。在今後相當長一段時期內。無線數字通信技術仍然是數據鏈裝備發展的主要技術基礎之一。

　　數據鏈系統與數字通信系統的區別和聯繫主要體現在：

　　(1)使用目的不同。數據鏈用於提高指揮控制．態勢感知及武器協同能力。實現對武器的實時控制和提高武器平臺作戰的主動性；而數字通信系統則是用於提高數據傳輸能力。主要實現傳輸目的。但數字通信技術是數據鏈的基礎。

　　(2)使用方式不同。數據鏈直接與指控系統．感測器．武器系統鏈接。可以“機一機”方式交換信息。實現從感測器到武器的無縫鏈接；而數字通信系統一般不直接與指控系統．感測器．武器系統鏈接。通常以“人一機一人”方式傳送信息。數據鏈設備的使用針對性很強。在每次參加戰術行動前都要根據作戰的任務需求。進行比較複雜的數據鏈網路規劃。使數據鏈網路結構和資源與該次作戰任務最佳匹配；而數字通信終端通常為即插即用。在通信網路一次性配置好後一般不作變動。不與作戰任務發生直接的耦合。

　　(3)信息傳輸要求不同。數據鏈傳輸的是作戰單元所需要的實時信息。要對數據進行必要的整合．處理。提取出有用的信息；而數字通信一般是透明傳輸。所有的措施是為了保證數據傳輸質量。對數據所包含的信息內容不作識別和處理。另外。為實現運動平臺的時空定位信息為其他用戶所共用。各數據鏈終端需要統一時間基準和位置參考基準；而通信系統一般不考慮用戶的絕對時間基準(通信系統的相對時鐘同步是解決傳輸的準確性問題)與空間位置的關係。

　　(4)與作戰需求關聯度不同。數據鏈網路設計是根據特定的作戰任務。決定每個具體終端可以訪問什麼數據。傳輸什麼樣的消息。什麼數據被中繼。數據鏈的網路設計方案是受作戰任務驅動的。從預先規劃的網路庫中挑選一種網路設計配置。在初始化時載入到終端上。數據鏈的組網配置直接取決於當前面臨的作戰任務．參戰單元和作戰區域。數據鏈的應用直接受作戰樣式．指揮控制關係．武器系統控制要求．情報的提供方式等因素的牽引和制約。與作戰需求高度關聯；而數字通信系統的配置和應用與這些因素的關聯度相對較低。

　　總的說來，數據鏈是有針對性地完成部隊作戰時的實時信息交換任務，而數字通信是解決各種用戶和信息傳輸的普遍性問題。數據鏈所傳送的信息和對象。要實現的目標十分明確。一般無交換．路由等環節。並簡化了通信系統中為了保證差錯控制和可靠傳輸的冗餘開銷。它的傳輸規程．鏈路協議和格式化消息的設計都針對滿足作戰的實時需求。由數據鏈網路鏈接各種平臺。包括指揮所和無指控能力的感測器與武器系統等。其平臺任務電腦需要專門配置相應的軟體。以接受和處理數據鏈端機傳來的信息或向其他平臺發送信息。數據鏈與平臺任務電腦之間必須緊密集成。以支持機器與機器．機器與人之間的相互操作。

　　可以將通信系統形象地比喻成商品流通行業中的集裝箱運輸。其功能是在一定的期限內。儘量無損地將貨物從發貨點運送到目的地。涉及到交通線路(傳輸通路)．交通規則(傳輸規程)和中轉(交換)等環節。承運方一般不關心集裝箱里裝的是什麼物品(信息內容)。而數據鏈就像連鎖店的鮮活品的物流配送。既涉及交通線路(傳輸通路)．交通規則(傳輸規程)和中轉(交換)等環節。又要把不同種類(格式)．不同數量的物品(信息內容)配送到需要的商店(鏈接對象)。而鮮活物品對環境條件和配送時間(實時性)有十分嚴格的要求。

　　數字通信與模擬通信相比具有明顯的優點：首先是抗干擾能力強。模擬信號在傳輸過程中和疊加的雜訊很難分離，雜訊會隨著信號被傳輸、放大，嚴重影響通信質量。數字通信中的信息是包含在脈衝的有無之中的，只要雜訊絕對值不超過某一門限值，接收端便可判別脈衝的有無，以保證通信的可靠性。其次是遠距離傳輸仍能保證質量。因為數字通信是採用再生中繼方式，能夠消除噪音，再生的數字信號和原來的數字信號一樣，可繼續傳輸下去，這樣通信質量便不受距離的影響，可高質量地進行遠距離通信。此外，它還具有適應各種通信業務要求(如電話、電報、圖像、數據等)，便於實現統一的綜合業務數字網，便於採用大規模集成電路，便於實現加密處理，便於實現通信網的電腦管理等優點。