第三节　模拟通信与数字通信

一、模拟通信

信源所发出的信息经变换器变换和处理后，送往信道上传输的是模拟信号的通信系统称为模拟通信系统。发送端的原始连续消息要变换成原始电信号，接收端收到的信号要反变换成原始连续消息。通常还要把经过第一次变换后的电信号再进行第二次变换，这种第二次变换称为调制，调制即是将原始电信号变换成其频带适合信道传输的信号。已调信号通过信道传输到接收端的解调器和电/非电变换器，它们起着反变换的功能。解调即是在接收端将信道中传输的信号还原成原始的电信号。经过调制后的信号成为已调信号，发送端调制前和接收端解调后的信号称为基带信号。因此，原始电信号又称为基带信号，而已调信号又称为频带信号。模拟通信在信道中传输的信号频谱比较窄，可以通过多路复用使信道的利用率提高。

模拟通信的缺点是：传输的信号是连续的，叠加噪声干扰后不易消除，即抗干扰能力较差；不易保密通信；设备不易大规模集成；不适应飞速发展的计算机通信的要求。

二、数字通信

与模拟通信相对应，信源所发出的信息经变换和处理后，送往信道上传输的是数字信号的通信系统称为数字通信系统。在数字通信中，传送的是数字信号。概括地说，数字通信就是把原始模拟信号变换成简单的数字形式，再传送给对方的通信方式。

（一）模拟信号的数字化

以脉冲编码调制（Pulse Code Modulation，PCM）来说，采用PCM的办法把模拟信号数字化，一般要通过下述3个步骤：

第一步：对模拟信号进行“抽样”（Sampling），这是将连续信号在时间上离散化的过程。

第二步：将已在时间上离散化了的信号进行“量化”（Quantization），这是将时间上离散化的信号在幅度上也离散化的过程。

第三步：将时间上和幅度上都已离散化了的信号进行“编码”（Encode），使其成为适合于信道传输的数字形式，这是完成数字化的最后过程。完成了编码过程之后，模拟信号已转换成适合于信道传输的波形，通过信道传输到对方，对方收到传输的信号后再进行反变换，最后通过低通滤波器即可重新得到原来的模拟信号。

（二）数字通信的特点

1.抗干扰能力强，无噪声积累

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（通常取两个幅值），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，采用再生的方法即可消除噪声干扰，将信号再生成原发送的信号。

数字信号是取有限个离散幅度值的信号，在信道中传输时，则可以在间隔适当距离处采用中继再生的办法消除噪声的积累，还原信号，实现长距离、高质量的传输。

在模拟通信中，传输的是幅值连续变化的模拟信号，受到干扰后，干扰信号就会叠加在信号波形上，并逐渐积累，又经逐级放大，使有用信号产生严重的畸变，一般很难完全恢复原始信号波形。在数字通信中，即使传输中有干扰信号存在，通过再生中继，也可以有效地消除干扰信号的积累，使接收端能正确识别出所传输的信号；另一方面，数字通信系统可通过信道编码/解码来实现检错和纠错，这就使数字通信系统比模拟通信系统具有更强的抗干扰能力。

2.设备便于集成化、小型化

数字通信采用时分多路复用，不需要昂贵的、体积较大的滤波器。由于数字通信系统中大部分电路都是由数字电路来实现的，微电子技术的发展可使数字通信便于用大规模和超大规模集成电路制成体积小、功耗低且成本低的设备来实现。

3.便于加密处理

信息传输的安全性和保密性越来越受到重视，数字通信的加密处理比模拟通信更容易实现。以语音数字通信为例，经过数字变换后的信号就可以用简单的数字逻辑运算进行加密处理。

4.利于采用时分复用实现多路通信

数字信号本身可以很容易用离散时间信号表示，在两个离散时间之间可以插入多路离散时间信号，以实现时分多路复用。在数字通信中，各种消息（电报、电话、图像和数据等）都可以变换为统一的二进制信号进行传输。在通信过程中，可以采用时分复用实现多路通信。时分复用是指各种信号在信道上占有不同的时间间隙，同在一条信道上传输，并且互不干扰。数字信号传输技术可以在综合业务数字通信网（ISDN）中对来自各种不同消息源的信号自动地进行变换、综合、传输、处理、储存和分离，实现各种综合的业务。

5.便于与数字电子计算机连接

由于数字通信中的二进制数字信号与数字电子计算机所采用的数字信号完全一致，所以数字通信线路可以很方便地与数字电子计算机连接，提高对信号的处理能力，提高通信质量，实现复杂的、远距离、大规模自动控制系统和自动数据处理系统，有利于实现通信网的自动化、智能化，提高通信网的效率和可靠性。

6.占用频带宽

一路数字电话频带一般为64kHz，而一路模拟电话所占频带仅为4kHz，前者是后者的16倍。然而随着微波、卫星和光缆信道的大量利用（其信道频带非常宽），以及频带压缩编码器的实现和大量使用，数字通信占用频带宽的矛盾正逐步缩小。