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数字通信系统模型分为哪几部分呢?基带调制的功能是什么

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数字通信系统有多种,例如数字电话系统、高速计算机并行数据处理传输系统、数字电视信号传输系统等。我们可以把它们都归纳为图1.3.3所示的数字通信系统模型。
 
数字通信系统模型
 
图1.3.3

数字通信系统模型图中,信源是指把消息转换成电信号的设备,例如话筒、键盘、磁带等。信源编码的基本部分是压缩编码。它用以减小数字信号的冗余度,提高数字信号的有效性;如果是模拟信源(例如话筒),则它还包括模/数转换功能,把模拟输入信号转变成数字信号。
 
在某些系统中,信源编码还包含加密功能,即在压缩后还进行保密编码。信道编码的目的是提高信号传输的可靠性。它在经过信源编码的信号中增加一些多余的字符,以求自动发现或纠正传输中发生的错误。
 
这样做必然又增加信号的冗余度,似乎抵消了信源编码的作用。但是,这里增加的字符是符合特定规律的,它能够用于纠错。而在信源编码时减少的冗余是信源本身原有的、多余之物。调制包含调节或调整的意义。调制的主要目的是使经过编码的信号特性与信道的特性相适应,使信号经过调制后能够顺利通过信道传输。
 
来自信源(和经过编码)的信号所占用的频带称为基本频带,简称基带。这种信号也称为基本频带信号,简称基带信号。例如,由信源产生的文字、语音、图像、数据等信号都是基带信号。基带信号通常都包含较低频率的分量,甚至包括直流分量。而许多信道,例如无线电信道,不能传输低的频率分量或直流分量。
 
所以,通常需要使基带信号对一个载波进行调制,将基带信号的频率范围搬移到足够高的频段,使之能在信道中传输。经过载波调制后的信号称为带通信号。在另外一些情况下,基带信号不需用载波调制,只要对其波形作适当改变,就能与信道的特性相适应。对基带信号的这种处理,有时称为基带调制
 
所以广义的调制分为基带调制和带通调制。与此对应,信道也可以分为基带信道和带通信道。但是,在大多数场合中,往往将调制仅作狭义的理解,即常将带通调制简称为调制。总之,基带调制的功能是改变信号的波形,使之适于在基带信道中传输;基带调制后的信号仍然是基带信号,只是信号的波形发生了变化。
 
带通调制后的已调信号是一个带通信号。所以,带通调制常用一个正弦波作为载波,把编码后的信号调制到这个载波上,使这个载波的一个或几个参量(振幅、频率和相位)上载有编码信号的信息,并且使已调信号的频谱和带通信道的特性相适应。
 
此外,调制的目的不只是使信号特性与信道特性相适应,为了把来自多个独立信号源的信号合并在一起经过同一信道传输,也采用调制的方法区分各个信号。在一条信道中传输多路信号时,多路信号重复使用这条信道,称为多路复用。
 
可以采用的复用方法有多种。方法之一是利用调制来划分各路信号,解决多路信号复用问题。这时多路信号分别采用互相正交的载波进行调制,并使各路已调信号具有正交性;在接收端则利用此正交性来区分各路信号。这是调制的又一功能。通信系统中的信道有多种,例如双绞线、同轴电缆、无线电波、光缆等。按照信道的传输频带区分,各种信道都可以归入下述两类:基带信道和带通信道。前者可以传输很低(甚至包括直流)的频率分量,而后者则不能。
 
例如双绞线是基带信道,而无线电信道则是带通信道。数字信号经过信道传输时,信道对其影响有两方面:
 
(1)信道传输特性对数字信号的影响;
 
(2)进入信道的外部加性噪声的影响。

 
信道传输特性包括振幅-频率特性、相位-频率特性、频率偏移、频率扩展和多径时延等。外部加性噪声则包括起伏噪声、脉冲干扰和人为的其他信号干个参量(振幅、频率和相位)上载有编码信号的信息,并且使已调信号的频谱和带通信道的特性相适应。此外,调制的目的不只是使信号特性与信道特性相适应,为了把来自多个独立信号源的信号合并在一起经过同一信道传输,也采用调制的方法区分各个信号。在一条信道中传输多路信号时,多路信号重复使用这条信道,称为多路复用。
 
可以采用的复用方法有多种。方法之一是利用调制来划分各路信号,解决多路信号复用问题。这时多路信号分别采用互相正交的载波进行调制,并使各路已调信号具有正交性;在接收端则利用此正交性来区分各路信号。
 
这是调制的又一功能。通信系统中的信道有多种,例如双绞线、同轴电缆、无线电波、光缆等。按照信道的传输频带区分,各种信道都可以归入下述两类:基带信道和带通信道。前者可以传输很低(甚至包括直流)的频率分量,而后者则不能。例如双绞线是基带信道,而无线电信道则是带通信道。
 
数字信号经过信道传输时,信道对其影响有两方面:

(1)信道传输特性对数字信号的影响;

(2)进入信道的外部加性噪声的影响。

 
信道传输特性包括振幅-频率特性、相位-频率特性、频率偏移、频率扩展和多径时延等。外部加性噪声则包括起伏噪声、脉冲干扰和人为的其他信号干等。需要说明的是,这里所说的外部加性噪声包括系统内部各个元器件产生的噪声。由于在线性系统中,叠加原理适用,所以可以认为这些噪声等效于和外来干扰线性叠加,共同叠加在有用信号上,称为加性噪声。最后,同步通常是数字通信系统中不可缺少的组成部分。
 
发送端和接收端之间需要有共同时间标准,以便接收端准确知道接收的数字信号中每个符号(码元)的起止时刻,从而同步地进行接收。为此,接收端必须有同步电路,从发送信号中提取此码元同步信息。这种同步称为位同步(或称码元同步)。
 
同理,为了知道由若干码元组成的一个码组(或称“字”)的起止时刻,接收端还必须提取字同步信息。这些位同步和字同步信息,可能已经包含在经过编码和调制的信号中,或者在发送端加入独立的位同步和字同步信号。若发送端和接收端之间没有同步或失去同步,则接收端将无法正确辨认接收信号中包含的消息。
 
注意,图1.3.3中的数字通信系统模型中,若将发送端的信源编码和信道编码删除,以及将接收端的信源解码、信道解码和同步部分删除,则它就是一个模拟通信系统模型,如图1.3.4所示。


模拟通信系统模型
 
 



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