[信息与通信]关于光纤数字通信的基础知识.doc

关于光纤数字通信的基础知识 中国通信建设北京咨询设计有限公司第一分公司 钟大昌 数字通信原理 1． 概述 1．1 通信系统的基本概念 通信是一种信息的传递和交换，是人类社会活动的工具。早在我国古代的烽火告警和驿马传令，以至近代的电报、电话、广播、传真、电视、雷达、遥控、遥测甚至人工智能等都属于通信的范畴。 现代通信，主要是指“电通信”而言。最早的有线电报通信起源于十九世纪三十年代。到十九世纪七十年代，又出现了有线电话。这样就使通信出现了两大门类：数字通信，以电报为代表；模拟通信，以电话为代表。通信技术发展到今天，通信系统的形式已经很多，但总的来看，都是把一个地方的消息传送到另一个地方，因而可把通信系统概括为五个部分，其基本模型如图所示： 信源中所包含的信息,就是系统中所要传送的对象，如语音、图象、数据等等。变换器的功能是把输入的信息变换成适合于信道传输的电信号。它先把非电信号变成电信号，然后再对这种电信号进一步处理，使其变成适合某种具体信道传输的电信号。这种信号经过信道传输到对方的反变换器。反变换器的功能与变换器相对应，是把经信道传送来的电信号，按相反的过程分两步变换成原始信息。最后由受信者接收，通常称之为信宿。在这个通信模型中还有一个噪声源应该考虑，它是在实际通信中，客观存在的一种不可避免的干扰。这种干扰可能从信源开始产生的周围环境里就已混入了；构成变换器的电子设备也会引入干扰；信道中由于受各种电磁感应的影响，也对信号造成干扰。从反变换器到信宿这一部分，与发送方面相对应也存在着相似的干扰。为了分析方便，常把发信、收信、传输信道这三方面所存在的干扰都折合到信道中，成为一个总的噪声源。通信系统是多种多样的，一般可把它们归结为两大类一类称作模拟通信系统；一类称作数字通信系统。 一、 模拟通信系统 传输连续信号的系统被称作模拟通信系统。一般来讲，连续消息通过变换器变换为适合在信道传输的电信号后，仍然是以连续变化的电信号进行传输的系统，就是模拟通信系统。例如：我们一直使用着的有线电话通信，发话端的语音信号就是声压随时间连续变化的信源，而经过变换器（发话器）变换以 后，变成电流随时间连续变化的原始电信号。通常这种信号还不能直接在信道中传输，须要再进行第二次变换。第二次变换称作调制，调制后的电信号称为已调信号，它仍然是一种连续信号。信号的调制是由调制器完成的。已调信号通过信道传输到接收端的解调器恢复为发送端的原始电信号，再通过变换器（收话器）恢复为原始语音的连续消息。原始电信号具有频率较低的频谱，相对于已调信号（具有频率较高的频谱）而言，通常称这种原始电信号为基带信号。模拟通信系统模型如下图示： 在模拟通信中，通过信道的信号频谱通常比较窄，因此信道的利用率较高。它的缺点是：⑴ 传输的信号是连续的，混入噪声干扰后不易清除，也就是抗干扰能力差；⑵ 不易必威体育官网网址通信；⑶ 设备不易大规模集成；⑷ 不适应飞速发展的计算机通信要求。 二、 数字通信系统 有一些信源的消息本来就是离散的，如电报符号和数据等。所谓离散消息也称作数字消息，其消息的状态是可数的，不是随着时间作连续变化的。最简单的一种数字信号如下图所示： 这种信号在时间上是不连续的，而在幅度上只有两个值。另外，还可把信源的连续消息变为离散的消息进行传输，到接收端再把它反变成连续消息。这两种对原始消息（无论是离散的还是连续的）进行各种数字处理后的通信系统，都称为数字通信系统。其构成模型如下图所示： 在该系统中，如果原始信号已经是数字信号如数据信号等，则它相当于一次编码器的输出；如果原始信号是模拟的，要进行数字通信则需从左边第一个方框开始。现设发信者发的仍是语音信号，经过“电/非电”变换器（此时即发话器）变成模拟的电信号。然后经一次编码器，把模拟信号转换为数字信号，这种变换通常称作模拟/数字变换。有时通信需要必威体育官网网址，则上面的数字信号可经加密器，按照内定的规律加上一些密码，对一次编码的信号进行“扰乱”。有时为了控制由于信道噪音使传输的数字信号造成差错，可以在数字信号内再附加一定数量的数字码，形成新的数字信号，其内部数码间的关系形成一定的规律性，一旦新的数字信号发生差错，接收端就会按照一定的规律自动检查出来或进行自动纠正。这种功能叫作自动差错控制，它由二次编码器（具体叫做差错控制编码器）来完成。为了使这一级输出的信号能适应信道传输的要求，有时还需要再加一级调制器，使信号能较好地通过信道到达接收端。接收端的几个方框，其功能是与发送端的几个方框一一对应的反变换，这里不再赘述。必须指出，具体的数字通信系统并非一定要包括变换器中的所有方框，对不同的信源消息和通信需要进行取舍。这样构成两种系统，如下图示： 1、数据