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�(shù)字通信技�(shù)
閱讀�6061時間�2010-12-25 11:13:47

  繆爾·莫爾�(Samuel Morse)�1845年發(fā)明的電報�(biāo)志著電子通信從數(shù)字技�(shù)開始起步。他著名的以點和短線表示的代碼代表流�(jīng)長距離電報線的電流的二進制(0/1)編碼。無線通信同樣也始于數(shù)字技�(shù),借助莫爾斯代碼生成連續(xù)波火花隙脈沖�0/1傳輸�

  接著出現(xiàn)了以電話和調(diào)�(AM)廣播為代表的主導(dǎo)通信�(lǐng)域數(shù)十年的模擬通信?,F(xiàn)�,模擬技�(shù)正在慢慢消退,僅在傳�(tǒng)電話系統(tǒng),AM和FM無線電廣�,業(yè)余無線電、市民頻�(CB)/家庭及短波接收裝置以及一些傳�(tǒng)的雙向移動無線電�(shè)備中還采用模擬技�(shù)。而幾乎所有其它應(yīng)�(包括電視)都采用數(shù)字技�(shù)。移動電話和�(wǎng)�(luò)通信都基于數(shù)字技�(shù)。無線網(wǎng)�(luò)也是采用�(shù)字技�(shù)�

基本原理

  所有的通信系統(tǒng)都包括一個發(fā)射器(TX)、一個接收器(RX)和傳輸介�(zhì)(�1)。TX和RX使兼容于傳輸介質(zhì)的信息信號得以傳�,其中可能涉及到�(diào)�。一些系�(tǒng)采用某種形式的編碼來提高可靠�。將本文中討論的信息視為不歸�(NRZ)二進制�(shù)�(jù)。而傳輸介�(zhì)可能是諸如非屏蔽雙絞�(UTP)或同軸電纜那樣的銅電�,光�,或者是用于無線通信的無障空�。在所有情況下,信號都將被介質(zhì)極大地削弱并疊加上噪�。噪�(而非衰減)通常決定著一種通訊介質(zhì)是否可靠�

分類

  通信可分為兩大類:基帶或?qū)�?。所謂基帶傳輸是�(shù)�(jù)直接通過介質(zhì)本身傳輸,如通過RS-485或I2C鏈路傳送串行數(shù)字數(shù)�(jù)。最初的10Mbps以太�(wǎng)就是基帶通信。寬帶傳輸意味著采用�(diào)�(在某些情況下是復(fù)�)技�(shù)。有線電視和DSL也許是的寬帶通信例子,蜂窩數(shù)�(jù)也屬于寬帶�

  通信還有同步或異步兩種模�。同步數(shù)�(jù)(如SONET光纖通信中的�(shù)�(jù))被計時,而異步方式使用啟動和停止�,RS-232及其它一些技�(shù)中采用的就是異步方式�

  此外,通信鏈路還分為單�、半雙工或全雙工。單工鏈路指的是單向通信,廣播就是個簡單例�。雙工是指雙向通信。半雙工是將同一條信道交替作為發(fā)送和接收信道。全雙工意味著同�(或至少是并發(fā))�(fā)送和接收,例如電��

  拓撲同樣是通信的基�(chǔ)。點對點、一點對多點以及多點對一點都是常用拓�。組�(wǎng)技�(shù)則包括總�、環(huán)狀和網(wǎng)狀�(wǎng)等幾種方�。不一定要求它們適用于所有傳輸介�(zhì)�

信道損傷

  在傳輸過程中,數(shù)�(jù)會受到許多“傷害�,尤其是來自噪聲的影響。計算帶寬與�(shù)�(jù)速率�(yīng)假設(shè)存在加性高斯白噪聲(AWGN)�

  噪聲的來源各式各樣。例�,熱激�(fā)會產(chǎn)生噪�,它對接收器前端影響。電阻和晶體管也是噪聲源,而半�(dǎo)體是另一種噪聲源?;フ{(diào)失真也產(chǎn)生噪聲。此�,通過在非線性電路內(nèi)混頻�(chǎn)生的信號所造成的干擾信號也被視為噪聲處��

  其它噪聲源包括通過電容或電感耦合從電纜上獲取的信�。汽車點火產(chǎn)生的脈沖噪聲、開/�(guān)馬達或繼電器引發(fā)的感�(yīng)沖擊以及電源線尖峰信號對�(shù)字信號都特別有害。電源線引起� 60Hz“嗡嗡”噪聲是另一個例�。同一電纜�(nèi)一對導(dǎo)線與另一對導(dǎo)線耦合而成的信號會�(chǎn)生“交叉干擾”噪�。在無線鏈路上,噪聲可能來自大氣(如閃�)甚至來自各個星��

  由于噪聲通常是隨機的,因此其頻譜很廣。通過簡單的過濾來限制帶寬可以降低噪聲。但縮窄帶寬顯然將影響數(shù)�(jù)傳輸速率�

  還要著重指出的是,數(shù)字系�(tǒng)中處理噪聲的方式與模擬系�(tǒng)不同。S/N或C/N被用于模擬系�(tǒng),但*估數(shù)字系�(tǒng)通常采用Eb/N0。Eb/N0是每比特能量與頻譜噪聲密度之比。它通常表示為Eb/N0�

  能量Eb用焦耳表�,它是信號功�(P)與位時間t的乘�。由于數(shù)�(jù)容量或速率C(有時稱為R)是t的倒數(shù),因此Eb=P/R。N0=N(噪聲功率)/B(帶寬)。使用上述定�,可以看到Eb/N0與S/N的關(guān)系如下:

  Eb/N0= S/N (B/R)

  記住,也可以用dB表示Eb/N0和S/N�

  在數(shù)字系�(tǒng)�,每比特能量能夠更準(zhǔn)確地衡量噪聲。這是因為信號傳輸通常是在短期�(nèi)進行,能量平均分布于這段時間。通常模擬信號是連續(xù)�。無論什么情況,Eb/N0通常在采用調(diào)制的系統(tǒng)的接收器輸入端確�。它是對噪聲水平的一種度�,并將影響接收誤碼率(BER)。不同的�(diào)制方法有不同的Eb/N0值和相關(guān)BER�

  另一種常見的信號損傷是衰�。阻性損�、濾波效�(yīng)和傳輸線不匹配都不可避免地導(dǎo)致電纜衰�。在無線系統(tǒng)�,信號強度通常遵從與發(fā)射器和接收器之間距離的平方成正比的衰減公��

  ,延遲失真是另一個信號損傷源。不同頻率的信號在傳輸信道上會產(chǎn)生不同程度的延遲,從而造成信號失真�

  信道損傷最終將�(dǎo)致信號損失和位傳輸錯�。噪聲是位錯誤的最常見元兇。丟失或被更改的位將�(dǎo)致嚴(yán)重的傳輸錯誤,進而可能使通信變得不可�。因此,誤碼率被用來表明信道的傳輸質(zhì)��

  誤碼率是S/N的直接函�(shù),僅指在給定時間段內(nèi),錯誤位�(shù)與總傳輸位數(shù)之比。它通常被視為在大量傳輸位中出錯的概�。每10萬位傳輸出現(xiàn)一個位誤差的BER�10-5?!傲己谩闭`碼率的定義取決于�(yīng)用和技�(shù),但10-5�10-12之間的誤碼率是一個共同目�(biāo)�

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