數字通信技術

第1章　概述

數字通信的早期歷史是與電報的發展聯繫在一起的。1937年，英國人A．H．裏夫斯提出脈碼調製（PCM），從而推動了模擬信號數字化的進程。 1946年，法國人E．M．德洛雷因發明增量調製。1950年C．C．卡特勒提出差值編碼。1947年，美國貝爾實驗室研製出供實驗用的24路電子管脈碼調製裝置，證實了實現PCM的可行性。1953年發明了不用編碼管的反饋比較型編碼器，擴大了輸入信號的動態範圍。1962年，美國研製出晶體管24路1．544兆比/秒脈碼調製設備，並在市話網局間使用。 　數字通信與模擬通信相比具有明顯的優點。它抗干擾能力強，通信質量不受距離的影響，能適應各種通信業務的要求，便於採用大規模集成電路，便於實現保密通信和計算機管理。不足之處是佔用的信道頻帶較寬。 　20世紀90年代，數字通信向超高速大容量長距離方向發展，高效編碼技術日益成熟，語聲編碼已走向實用化，新的數字化智能終端將進一步發展。

第2章　語音編碼技術

主要通過3個步驟實現的，抽樣，量化，編碼。

第3章　圖像編碼技術

第4章　信道編碼技術

第5章　數字載波調製技術

第6章　同步技術

第7章　均衡技術

第8章　分集技術

第9章　擴頻通信技術

第10章　數字復接技術

第11章　光波調製複用技術

第12章　多址通信技術

……

比較全面地介紹數字通信的相關技術及其在現代通信系統中的應用。本書結合本課程職業教育課程改革實踐進行修編，注重新技術和工程實際應用。以通信中信號在不同通信系統中傳輸處理過程為主線，共分為4章。第1章介紹數字通信系統的組成及通信網的概念，第2章以分析與測試數字基帶通信系統為實例，介紹數字基帶傳輸系統組成及其工作原理，包括脈衝編碼調製、時分複用原理及數字基帶信號的常用碼型。第3章以分析與測試數字頻帶通信系統為實例，介紹數字頻帶傳輸系統組成及其工作原理，包括現代數字調製技術及調制解調器、差錯控制編碼的基本原理、同步技術等。第4章 現代數字通信系統，主要介紹數字通信技術在現代通信系統中的應用，包括數字移動通信系統、數字光纖通信系統、衞星通信系統及計算機網絡。 ^[1] 

前言

第1章數字通信系統概述 1

1.1通信系統及其特徵 1

1.1.1通信系統的一般模型 2

1.1.2模擬通信系統和數字通信系統 3

1.2信息與信號的概念 ”4

1.2.1基帶信號與頻帶信號 4

1.2.2模擬信號與數字信號 5

1.3數字通信 6

1.3.1數字通信系統 6

1.3.2數字通信的特點 6

1.3.3數據通信 7

1.4信道 7

1.4.1有線信道 7

1.4.2無線信道 8

1.5通信系統的主要性能指標 8

1.6通信網簡介 10

1.6.1通信網的組成 10

1.6.2通信網的分類 11

1.6.3通信網絡的拓撲結構 14

1.7現代通信技術的發展趨勢 15

1.7.1現代通信技術的發展總趨勢 15

1.7.2第四代移動通信技術 16

1.7.3下一代網絡 18

1.8實訓任務數字通信系統信道與設備的

認知 20

1.8.1雙絞線、同軸電纜、光纜的認識與

接頭製作 20

1.8.2數字程控交換設備認識 28

本章小結 36

練習與思考題 37

第2章數字基帶通信系統的分析與

測試 38

2.1數字終端技術 38

2.1.1脈衝編碼調製 38

2.1.2 PCM編解碼器 50

2.1.3 自適應差值脈衝編碼調製 53

2.2數字復接技術 57

2.2.1時分複用原理 57

2.2.2數字復接原理 62

2.2.3準同步數字系列 64

2.2.4同步數字系列 67

2.3數字信號的基帶傳輸 75

2.3.1數字基帶傳輸系統的基本理論 76

2.3.2數字基帶信號碼型 77

2.3.3眼圖 81

2.4實訓任務數字基帶通信系統的分析與

測試 82

2.4.1語音編解碼系統分析與測試 82

2.4.2幀復接與解復接系統分析與

測試 91

2.4.3線路編解碼系統分析與測試 94

本章小結 103

練習與思考題 ”104

第3章數字頻帶傳輸系統的分析與

測試 105

3.1數字頻帶傳輸系統 一105

3. 1.1數字調製 一106

3.1.2現代數字調製技術 117

3.1.3數字調製系統的性能比較 123

3.1.4調制解調器 127

3.2差錯控制編碼 130

3.2.1概述 ”130

3.2.2幾種常用的檢錯碼 135

3.2.3線性分組碼 137

3.2.4循環碼 141

3.2.5卷積碼 144

3.3通信系統的同步 146

3.3.1 同步的定義和分類 146

3.3.2載波同步 146

3.3.3位同步 148

3.3.4幀同步 15l

3.3.5網同步 153

3.4實訓任務數字頻帶傳輸系統的

分析與測試 -154

3.4.1差錯控制編解碼電路的分析與

測試 155

3.4.2數字調製與解調電路的分析與

測試 159

3.4.3鎖相環同步電路的分析與

測試 166

本章小結 168

練習與思考題 169

第4章現代數字通信系統 171

4.1數字移動通信系統 171

4.1.1移動通信的特點 172

4.1.2 GSM數字蜂窩移動通信系統 172

4.1.3 CDMA數字蜂窩移動通信系統 177

4.1.4 TD~SCDMA數字移動通信系統 l81

4.2數字光纖通信系統 183

4.2.1光纖通信概述 183

4.2.2數字光纖通信系統簡介 184

4.2.3光纖通信網絡 188

4.2.4波分複用技術 l90

4.3衞星通信系統 196

4.3.1衞星通信系統概述 196

4.3.2衞星通信系統的組成及實例 197

4.3.3衞星通信多址聯接方式 200

4.3.4 VSAT衞星通信系統 201

4.4數據通信與計算機網絡 202

4.4.1數據通信與計算機通信 202

4.4.2計算機網絡的組成 203

4.4.3數據傳輸與交換技術 204

4.4.4計算機網絡體系結構與協議 207

本章小結 214

練習與思考題 214

參考文獻 216

數字通信系統通常由用户設備、編碼和解碼、調製和解調、加密和解密、傳輸和交換設備等組成。發信端來自信源的模擬信號必須先經過信源編碼轉變成數字信號，並對這些信號進行加密處理，以提高其保密性；為提高抗干擾能力需再經過信道編碼，對數字信號進行調製，變成適合於信道傳輸的已調載波數字信號並送入信道。在收信端，對接收到的已調載波數字信號經解調得到基帶數字信號，然後經信道解碼、解密處理和信源解碼等恢復為原來的模擬信號，送到信宿。

為使數字信號的收發保持一一對應關係，建立數字通信系統時，必須採用相應的數字網同步技術。

數字通信是用數字信號作為載體來傳輸消息，或用數字信號對載波進行數字調製後再傳輸的通信方式。它可傳輸電報、數字數據等數字信號，也可傳輸經過數字化處理的語聲和圖像等模擬信號。

與模擬通信相比，數字通信具有許多突出優點：

一是抗干擾能力強。電信號在信道上傳送的過程中，不可避免地要受到各種各樣的電氣干擾。在模擬通信中，這種干擾是很難消除的，使得通信質量變壞。而數字通信在接收端是根據收到的“ 1 ”和“ 0 ”這兩個數碼來判別的，只要干擾信號不是大到使“有電脈衝”和“無電脈衝”都分不出來的程度，就不會影響通信質量。

二是通信距離遠，通信質量受距離的影響小。模擬信號在傳送過程中能量會逐漸發生衰減使信號變弱，為了延長通信距離，就要在線路上設立一些增音放大器。但增音放大器會把有用的信號和無用的雜音一起放大，雜音經過一道道放大以後，就會越來越大，甚至會淹沒正常的信號，限制了通信距離。數字通信可採取“整形再生”的辦法，把受到干擾的電脈衝再生成原來沒有受到干擾的那樣，使失真和噪音不易積累。這樣，通信距離可以達到很遠。

三是保密性好。模擬通信傳送的電信號，加密比較困難。而數字通信傳送的是離散的電信號，很難聽清。為了密上加密，還可以方便地進行加密處理。加密的方法是，採用隨機性強的密碼打亂數字信號的組合，敵人即使竊收到加密後的數字信息，在短時間內也難以破譯。

四是通信設備的製造和維護簡便。數字通信的電路主要由電子開關組成，很容易採用各種集成電路，體積小、耗電少。

五是能適應各種通信業務的要求。各種信息（電話、電報、圖像、數據以及其它通信業務）都可變為統一的數字信號進行傳輸，而且可與數字交換結合，實現統一的綜合業務數字網。

六是便於實現通信網的計算機管理。數字通信的缺點是數字信號佔用的頻帶比模擬通信要寬。一路模擬電話佔用的頻帶寬度通常只有 4 千赫，而一路高質量的數字電話所需的頻帶遠大於 4 千赫。但隨着光纖等傳輸媒質的採用，數字信號佔用較寬頻帶的問題將日益淡化。數字通信將向超高速、大容量、長距離方向發展，新的數字化智能終端將產生。

本書着重闡述一個點對點通信系統，在有線、無線等不同介質中完成多媒體業務傳輸所必需的關鍵技術，包括語音編碼技術、圖像編碼技術、信道編碼技術、數字載波調製技術、同步技術、均衡技術、分集技術、擴頻通信技術、數字復接技術、光波調製複用技術和多址通信技術，詳細介紹了這些技術的基本原理和性能指標，闡述時力求概念清晰。本書還簡單介紹了遠程用户接入通信網共享通信資源的多址通信技術，為讀者理解通信網的傳輸機理奠定基礎。書中各章都附有思考題和習題。

本書可以作為普通高等院校通信工程、電子信息等專業本科生和研究生相關課程的教科書和教輔書，也可作為通信工程技術人員的參考書。