外文翻译--数字通信系统

英文资料及中文翻译 if do it is to be be a . is is ? is to do an in of 1、 “ is an a of is by (1) as is a on 2) or of to as a of as . be it is to an is by a is or at a is to in of on to be a be to to in an of a is be by is to be to be at a to of is of of be as in is a be in to or is to or or to by of to be to a of to of at on is of a is a of In 2、 he a as a of - to to by a of ; is be of as of be of as of of a to a a is in of or a of in of in in in , is to to or i=1,2,3， ， M) be as a of =2, mi is it a is to 2 ; up of a of or (a in a an is a of an of . a of is a or a of a or a of a of is as a as . , a in up to in of a is by or is to by is an to be be a to a to a or dc up to a is to si(t) gi(t) m(t) u(t) Z(t) To r(t) A is a CM In is to is - of is or of a gi(t) , i=1,2,3， M. In to is is a in be as or as a of in is to as it is to an F is it is of a si(t), i=1,2, ,M. is to gi(t) is by a to a is of gi(t). As si(t) it is by be in of s hc(t). at r(t), so be a of si(t) at r(t) be r(t)= si(t)* hc(t)+n(t) i=1,2, ,M. *” a n(t) a n or r(t). r(t) to an z(t) in be to in of be as a is in or to on by of hc(t), is so is An is to or by a hc(t). z(t) to a z(t), z(t) to an of ui or an of if is no As we is of A/D) a CS , or it A of is to a of or to a E at of or or so a of a is to be to of It is a 数字通信系统 对于现代人来说，如果不知道“数字通信”或“数字信号”，那就显 得很落伍了，甚至会被人讥笑“孤陋寡闻”的。那么何为“数字信号”，何为“数字通信”呢？本文就来做一个简单浅显易懂的概括说明。 一、为什么要进行数字化 在现今，无论是军用还是商用，为什么通信系统都在进行“数字化”呢？这有许多原因，其中最重要的原因是，数字信号与模拟信号相比，更易于再生。如图 1 所示，是沿传输线传输的一种理想二进制数字脉冲。其波形的形状要受到两个基本因素的影响：第一，所有传输线和电路都具有非理想的频率传递函数，因而使理想脉冲产生了失真；第二，电子噪声或其他干扰进一步使脉冲波形产生失真。这两种失真机理 实际线路长度的函数，都会引起脉冲形状发生畸变。还来看图 1，在传输脉冲恶化到模糊状态之前，传输脉冲仍可被可靠的识别，由数字放大器将脉冲放大并恢复最初的理想的形状，脉冲就这样“再生”了。在传输系统中，在规定时间间隔内执行这种功能的电路成为“再生中继器”。 图 1 脉冲编码再生 与模拟电路相比，数字电路不易产生失真和干扰。因为二进制数字电路工作在全通或全断的开关状态下才有意义，所以干扰必须足够大才能使电路从一种状态变到另一种状态。这两种工作状态有助于信号的再生，因而能在传输中有效地抑制噪声和其他 累积干扰。然而模拟信号不是双态信号，它的波形有无限多个。在模拟电路中，即使很小的干扰也能导致信号产生难以接受的失真。失真一旦产生，就无法通过放大器去驱除。由于模拟信号和累积噪声密不可分，所以不能完全再生。若采用数字技术，通过检错和纠错可获得极低的差错概率，从而高保真信号，而模拟系统没有这样类似的技术。 数字通信系统还有其他的优点：数字电路比模拟电路更可靠，且其生产成本比模拟电路低；数字硬件比模拟硬件更具灵活性，比如微处理器、数字开关、大规模集成电路等；时分复用（ 号比频分复用（ 号的模拟信号 更简单；不同类型的数字信号（数据、电报、电话、电视等）在传输和交换中都被看成是相同的信号 比特信号；为方便交换，还可将数字信号以数据包（ 形式进行处理。数字技术本身借助与信号出处理，具有抗人为干扰和自然干扰的功能，还能够提供加密和隐私处理。计算机与计算机之间、数字设备或终端与计算机之间的数据通信需求越来越多，这些数字终端可以通过数字通信链路获得最好的服务。 数字通信系统获得这些优点的代价是什么呢？与模拟系统相比，数字系统侧重于信号处理技术，并在通信的各个阶段，都需要分配一部分共享的资源用于实现同步。而在模拟系统中，同步相对比较容易。数字通信系统的另一个缺点是具有门限效应。即当信噪比下降到一定限度时，服务质量就会急剧恶化，而大部分模拟通信系统服务质量的下降则比较缓慢。 二、典型的通信系统框图 如图 2 所示，其功能框图描述了典型数字通信系统（ 信号流程和信号处理过程，该图作为一种地图引导读者浏览本文的内容。方框图的上部表示从信源到发送端的信号传输过程，包括格式化、信源编码、加密、信道编码、多路复用、脉冲调制、带通调制、频率扩展和多址接入；下部表示从接收端到信宿的信号传输过程，基本上是方框图上 部信号处理的反过程。调制和解调 /检测方框合称为调制解调器。术语“调制解调器”通常是由图 2所示的信号处理过程中的一部分构成，这时调制解调器相当于系统的“大脑”，而发送端和接收端则相当于系统的“肌肉”。在无线电应用中，发送端将频率上变频到射频频段（ 经过高功率放大器馈送到天线。接收端部分由天线和低噪声放大器（ 成下变频由接受器或调制器的前级末端完成。 图 2显示出上部的发送方框图和下部的接受方框图存在可逆性，发送方框图中大部分信号处理步骤与接受部分方框图中的步骤相反。在图 2中，输入信息源先转换成二进 制数字（比特），然后将其组合为数字信息或信息符号。 每个码元（ i=1,2,3， M）都可看成是长度为 而当 M =2 是，消息码元 这意味着它仅包含 1 比特的信息 )。尽管二进制数符号也包含在 M 进制数的定义中，通常 M 进制数用于 M 2 的情形，所以每个 M 符号都由两个或两个以上比特构成（与 这种有限码元集不同，模拟系统的信号波形集是无限的）。对于采用信道编码（纠错编码）的系统而言，信息码元标识为 于每个信息码元或信道由一个或一组比特构成，这样的码元 序列也成为比特流，如图 2所示。 考察图 2所示的框图，对于 键信号处理过程仅包括的格式化、调制、解调 /检测和同步。格式化把源信息转换为数字比特，以保证在 信息与信号处理的一直性。在图 2中，脉冲调治 2方框 之前的信息仍是比特流的形式。调制过程将信息码牙或信道码元（采用信道码元）转换成与传输信道特性匹配的波形。脉冲调制是必不可少的步骤，因为要传输每个符号必须先将从二进制代码（表示二进制 1或 0的电压电平）转换成基波形式。术语基带是直流延伸到某个有限值的信号频谱，这个值通常是小于几 有限值。脉冲调 制方框通常包含使传输基带最小化的滤波器。当对二进制数符号应用脉冲调治时，产生的二进制数波形就称为脉冲编码调制波形。 冲编码调制）波形有几种类型，在电话通信中，这些波形通常称为线路码。当脉冲调制用于非二进制符号时，产生的波统称为 样的波形也有好几种类型，这里我们重点介绍脉冲幅度调制（ 经过脉冲调制后每个信息码元或信道码元都转变为基带波形形式 gi(t)。在任何电子设备中，脉冲调制之前的比特流都用电压电平来表示。读者可能想知道，既然实际上代表二进制数的 1和 0的不同电平，可以看为每个 脉冲占用一个比特时间的冲激或理想的矩形脉冲波形，那么为什么还需要一个单独的方框用于脉冲调制呢？这是因为这些电压电平和用于调制的基带波形之间有另个重要的区别：第一，脉冲调制方框适用于各种二进制数和 二，脉冲调制方框中的滤波器产生持续时间大于 1比特时间的脉冲。由于滤波器产生的脉冲有时间展宽，因而会占据相邻比特时间。这种滤波有时候称为脉冲成形，用于把传输带宽限制在给定的频谱范围内。 si(t) gi(t) m(t) u(t) Z(t) To r(t) 图 2 数字通信系统 在涉及到射频传输的应用中，下一个重要的步骤是带通调制，只要传输介质不支持脉冲波形的传输，就必须应用带通调制，此时传输介质所要求的信号是带通波形 si(t)(其中 i=1， 2， M)。带通意味着基带波形的 频谱经过一个载波被搬移到一个比 gi(t)频谱大的多的频率点。当 si(t)经信道传输时会受到信道特性的影响，而信道特性可以用信道冲激响应 hc(t)来描述的。此外，在信号传输线路的各个点上，加性随机噪声会使接受信号 r(t)进一步失真，所以接受信号 发送信号 si(t)的一种失真的形式。接受信号 r(t)可以表示为 r(t)= si(t)* hc(t)+n(t) i=1， 2， M (1) 式中， *表示卷积运算， n(t)表示噪声。 在相反的方向上，接收机前 端或解调器对每个带通波形 r(t)进行下变频转换，解调器把 r(t)恢复成最佳基带脉冲波形 z(t)，为后面的检测做准备。通常还会有几个与接收机、解调器相连的滤波器，滤除不需要的高频部分（带通波形的下变频），并改善脉冲波形。均衡可以认为是一种滤波过程，用以对抗由信道引起的任何不良影响，它可以包含在解调器之中，也可以在解调器之后；当信道冲激响应 hc(t)使接收信号严重失真时，均衡器就显得十分重要了，它用于补偿（即消除或削弱）由非理想的 hc(t)所导致的任何形式的信号失真。最后，采样过程把成形的脉冲信号 z(t)变换成 采样信号 z(t)，而检测则把 z(t)变成信道码元或信息码元（若没有采用信道编码）的估值 调是波形（基带脉冲）的恢复，而检测则是指与波形的数字意义有关的判决。 调制解调器中其他的信号处理步骤可根据系统的具体要求进行设计选择。信源编码对模拟信号进行模 /数（ A/D）转换，去除冗余信息。值得注意的是，典型的 者采用信源编码（数字化和压缩信源信息），或者采用较简单格式化变换（只有数字信号时），系统不会同时采用信源编码和格式化，因为前者已经包含数字化信源信息这个必要步骤。加密用于提供通信的保密 性，防止没有被授权的用户获得信息或将差错信息加入系统中。对于给定的数据数率，在增加传输带宽或解码器复杂性的条件下，信道编码能降低差错概率 者保持期望的差错概率 路复用和多址接入 把不同特性或不同信源的信号进行合成，以便共享通信资源（如频谱、时间）。扩频能产生抵御干扰（自然或认为干扰）的信号，提高通信装备的保密性，同时它在多址接入方面也是一项有用的技术。