数字通信技术原理及应用研究

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摘要：随着社会的快速发展，为了满足人们对信息交互越来越高的需求，通信系统的发展就要承担实现高效通信的责任。由于微电子技术、计算机技术、网络技术在近些年的飞速发展，使得数字通信技术得以实现，数字通信技术的出现解决了模拟通信技术的瓶颈，为实现可靠、高速及长距离通信提供了技术基础，文章对数字通信技术的原理、特点以及应用作简单的分析。

关键词：数字通信；技术原理；应用

通信产业是国民经济结构的重要组成部分，渗透在各行各业中，没有通信技术的服务，各行业的正常运行和发展都会受到严重制约，可以说，不管是人们的日常生活还是工作生产都已经离不开通信技术，一旦出现特殊的社会环境，迫使人们不得不减少外出而需要在室内完成工作或者学习，这时候就需要强大的通信网络来支撑，所以通信技术的发展显得至关重要，随着社会的进步，对通信技术也不断提出更高的要求，只有满足这些需求，通信产业才能更好的生存和发展。当前，我们早已迈进了数字通信时代，所以对数字通信技术进行分析，展望其未来的发展具有重要的现实意义。

1数字通信技术的原理

数字通信系统模型如图1，数字通信就是利用数字信号进行信息的传递，所谓数字信号，在电子电路中是采用二值逻辑中的1和0来进行信息的表示，用多位二值数码的组合表示不同的信息。而在现实中，大多数信息都是模拟信号的形式，可以通过模数转换将其转换为数字信号，然后就可以在数字信道中进行信息的传递。为了保证信息传输的可靠性和保密性，以及为了提高信道的利用率，在传输之前通过对数字信号采用不同的编码方式，能够大大提高抗干扰能力，降低外界或者系统自身噪声的干扰。再利用调制器对信号进行调制，调制之后的信号频谱得到扩展，更适合在信道中传输，充分利用信道，提高传输性能。同时，在数字信号系统中，同步也是非常重要的环节，如果时钟同步或者帧同步不准确，也会直接导致信息出错。信号通过有线或者无线信道传输到接收端后，再经过解调、译码后可恢复信息。在数字通信系统中极其重要的技术还包括程控交换，在最初的电话交换机的基础上逐步发展为数字程控交换机，利用存储着交换控制程序的计算机来控制信息的接驳，信息的类型从最初单一的语音发展为多种形式的数据信息，程控交换机的使用使得通信系统的维护管理更加便捷可靠，增强了灵活性，功能更全面，在一定程度上，通过对软件的控制来增强硬件的功能扩展，从而更好的提供通信服务。

2数字通信技术的优点和缺点

2.1数字通信技术的优点

（1）数字通信技术具有很好的抗干扰性能。信息在通过信道传输的过程中，不可避免的会受到来自外界或者自身的噪声干扰，但是数字信号不同于模拟信号，数字信号本身是离散的信号，通常采用二值逻辑来表示，实际应用中可以用脉冲的两种不同状态代表1和0，只要能控制噪声信号不严重破坏脉冲的两种状态，就可以在接收端被识别，在这一点上，模拟信号是不能够相比的，噪声对模拟信号的影响是很明显的，很容易使信号失真，所以相对来说数字通信技术的抗干扰能力强于模拟通信技术。（2）数字通信技术有较好的保密性能。用数字信号进行信息的表示、存储和传输，更便于对信息加密，可以将数字信息进行各种运算处理，对其进行伪装，常用的方法就是采用密钥技术，一般密钥很难被外界破解，从而保证了通信信息的保密性。（3）数字通信技术能实现远距离的高质量信号传输。信号在传输过程中，距离越长，损耗越大，那么就必须对信号进行放大，但是同时也会放大噪声，甚至噪声可能会覆盖有用信号。在采用数字通信后，由于数字信号的波形在失真后可以通过整形电路恢复原有的信息，利用再生中继器可以大大增加传输距离，同时又保证了信号的不失真性。（4）数字通信技术支持多种形式信息传输。随着计算机、多媒体技术的发展，人们对信息的需求呈现多样性，但是不论何种形式的信息，都可以转换成数字信号，所以数字通信技术的普及也促进了综合业务数字网的形成。（5）数字通信系统普遍采用大规模集成电路，具有体积小、重量轻、耗电低、后期维护方便等等优势。另外随着光纤技术的发展，现代通信大量使用光纤作为传输媒介，大大节省了成本，提高了传输速度，加强了信息的保密性。

2.2数字通信技术的缺点

（1）数字通信技术对频带的利用率较低。相对于模拟通信，同样的电话业务，数字通信占用的带宽远高于模拟通信，当传输带宽有限的时候，就会影响频带利用率。（2）数字通信系统的设备更加复杂、繁琐。为了实现通信质量的提高，就要增加信号处理的复杂程度，相应的，通信设备的功能更多也就更加复杂。虽然数字通信技术存在一些缺点，但是随着宽带信道的采用、窄带调制技术和微电子技术的发展，这些缺点已经被弱化，数字通信必然会取代模拟通信，成为占主导地位的通信技术。

3数字通信系统的应用及发展

数字通信系统之所以能够实现较好的抗干扰、保密性等特点，关键就是对信号进行编码、调制、解调以及解码，其中调制技术是保证信号可靠传输的最基础、最重要的技术，基本的调制方式包括调幅、调频和调相，如图2所示。调幅就是根据基带信号的二进制取值，将正弦波的幅度进行调制，使其幅度的变化规律与基带信号的取值规律一致，从而可以表示基带信号的信息。调频就是对载波的频率进行调制，如图2所示，调制后的正弦波对应基带信号的1、0取值，呈现两种不同的频率。调相就是对载波的相位进行调制，图2中，基带信号的1、0取值分别对应载波的两种不同相位，此图中，二者是反相的关系。数字通信技术经过不断的发展，其调制方法已经不仅仅是以上三种，在它们的基础上还演变出了多种调制方法，例如：幅移键控（ASK）、频移键控（FSK）、相移键控（PSK），还有目前使用广泛的正交幅度调制（QAM），调制方法的不断改进，使得数字通信系统的性能得到不断的优化和改良。在日常生活中，人们使用的各种终端设备包括手机、计算机、数字电视等等，都是通过数字通信系统获取各种信息，极大的方便了人们的工作和生活。此外，数字通信系统也为国防、军事、航空等领域提供信息保障，使得我们的社会体系能够正常运转。随着通信系统的不断发展，从有线通信发展为无线通信，从利用电缆传输到光纤传输，通信技术的进步是有巨大成效的，实现了人类通信方式的一次次变革，未来人类社会也会随着通信技术的发展获得长足的进步。尽管数字通信技术在当前已经取代了模拟通信占据了主导地位，但任何事物都不是绝对的而是相对的，所以数字通信技术还有无限的发展空间，要进一步加强抗干扰性能、进一步提升传输速度、进一步延伸传输距离，当通信系统的性能得到进一步提升，才能促进各种终端设备的先进程度，就像5G通信网络开始实施后，各种支持5G网络的终端设备也陆续出现，在一定程度上刺激了终端设备的更新换代，刺激整个通信产业的蓬勃发展。总之，数字通信体系会帮助我们走进可期的未来世界。

参考文献：

[1]吴亚楠，戴黎楠，陈丽婷.数字通信技术的原理及应用[J].通讯世界，2017（17）：53-54.

[2]李宇航.数字通信技术原理及其应用[J].通讯世界，2017（19）：106.

[3]冯宝利.数字通信技术原理及其应用[J].民营科技，2014（6）：19.

作者：孙秀蓉 单位：兰州交通大学博文学院