附件4数字通信技术

数字通信技术数字通信是一种用数字信号作为载体来传输信息的通信方式。数字通信可以传输电报、数据等数字信号，也可传输经过数字化处理的语音和图像等模拟信号。1.数字通信原理阿拉伯数字是我们最熟悉的记数形式，它虽然只有0到9这么10个数字，却变幻莫测，能够记忆和存储世界上几乎所有可以度量的物体变量。所谓数字通信，乍一听好像很玄乎，其实它的原理比阿拉伯数字还简单。它并不需要0到9那么多的数字，只要0和1两个数字就足够了。如果用0代表“开”，用1代表“关”，在通信时只发送一个“1”时，那就代表“关”的意思，发送这一个数字其实就是发送了一条信息。我们知道重量是用克来表示的，而信息的度量单位则是“比特”，每一个1或0都带有1比特的信息量。无论多么大的数据、多么长的电视画面、多么复杂的音乐节奏，其实都可以分割成几千或几万个最基本的单元，然后用1或0这种最基本的信息单位发送出去。数字通信可以用一条相同的通信线路发送、电报、、图像、数据等各种不同形式的信息，但必须具备一个基本的条件，那就是要把这些不同的文字、声像和数据信息都转换成同样的一种信号形式，就是由不同的0和1组成的各种数字信号。然后，这些数字信号便可在通信线路中进行数字传输和数字交换。在接收端，用户可通过调制解调器将那些由0和1组成的信息进行解码、解密等技术处理，最后还原成最初发送的那些不同的文字、声像和数据信息。这个过程就成为数字通信。2.数字通信技术的发展数字通信是从什么时候开始、究竟采用了哪些高技术？为什么把它单独作为当前军事通信技术革命的核心内容呢？追根溯源，数字通信可以前推到数千年以前的石器时代和冷兵器时代，那时的结绳记事和烽火传信都是数字通信的早期形式。结绳以报敌军兵力之数量，烽火狼烟之燃起以通敌军来袭之信息，这种通信方式深深地影响到现代数字通信，当然在技术上具有本质的的区别。过去，有线电和无线电通信的原理是运用模拟信号进行信息传输的。例如线路通信，一方说的话另一方可直接听到，中间只需要放大、中继或增音，并不需要把话音信号变换成数字。50年代以后，电子计算机的广泛应用，使数字通信逐步推广开来，因为计算机不认识模拟信号，它只知道二进制的数字信号。随着电子计算机由电子管、晶体管、集成电路逐步发展到大规模集成电路并开始实现微型化和智能化，它的应用范围也日益广泛，不仅用来计算，还用来进行自动化控制和管理，而且已经渗透到军队的指挥控制网络、所有武器系统和作战平台之中。因此，直接运用数字进行工作的计算机就成为数字化通信技术革命的一个核心要素。引发这场技术革命的第二个关键性因素是50年代以后军用卫星通信技术的迅猛发展。卫星通信技术把全球变成了一个小村庄，人们坐在北京在家中欣赏精彩的电视体育比赛节目，并不感到亚特兰大之遥远；那些耀眼的体育明星们看着自己慈祥的父母近在咫尺，谈笑风生，根本感觉不到他们相隔万里之遥。通信卫星已经成为全球数字化通信的最好载体。引发数字化通信革命的最后一个关键性要素是网络技术。在日常生活中我们感受最深的恐怕就是打难的问题了。过去，你在办公室里给朋友拨长途或市内，不是忙音就是线路故障，反正很少一拨就通。为什么会出现这种情况呢？主要原因是线路少，有人占线，你就休想再插进去，这样你就非得耐心等待，即便是别人讲完了也未必就轮到你，因为要用这条线的人还多着呢？通信不畅通在打仗时就容易出问题，所以如何解决打难一直是人们关心的问题。现在，你拿起任何一个程控或漫游型移动式大哥大，无论是拨打国际国内长途还是本市用户，几乎不存在占线或线路不同的问题。这是什么原因呢？主要是采用了卫星通信和多路通信技术。卫星通信就不必多讲了，这里最关键的是多路通信技术，它能够通过频分和时分等方法来合理地优化和分配频率和时间，能够让用户对号入座和按照先后顺序利用信道，使通信线路的利用率达到最高。在多路通信的基础上，从60年代起，各国开始发展数字网络通信概念。3.数字通信的原理所谓数字网络通信就是运用数字通信设备和通信线路把许许多多的信息源、用户终端和计算机按照某种形式联结起来，使用相应的网络软件在实现相互之间的通信和资源共享。早期的数字通信网络受当时传统指挥控制观念的影响，曾一度采用树状星形网、环形网等结构形式的网络，它们的共同性缺点就是过分依赖于某一条线路、某一台主机或某一个节点，这样一旦一条线路或一台主机出现故障，就造成整个网络全面瘫痪。就好像是过去由上而下的树状型指挥网络，大将军战死或被擒获后，军中无首就会大乱一样。从六、七十年代开始，美国、英国和法国等在军事指挥方式上开始讲究委托式指挥，在通信网络的建设上也开始研究分布式网络的问题，最终产生了栅格状网络的概念。这种网络很像是蜘蛛网，没有明确的中心，到处是节点，线路密密麻麻，纵横交错。通信控制功能分散到各个节点上，每个节点既是通信终端又是转接中心，任意两点之间由许多条线路相通，一条线路故障或占线可选择另外的线路，一台主机故障了由其他主机代替，毁坏一个或多个节点网络照常运行，绝对不会出现树状星形网络那样的因为树冠被砍掉树干就枯死的惨状。4.数字通信技术的应用现在的是属于「数字通信」，也就是我们讲话的声音（连续的模拟信号），先由转换成不连续的0与1两种数字信号，再经由数字调变转换成电磁波（模拟信号载着数字信号），最后从天线传送出去，原理如图一所示。图一：数字通信示意图。（Source：theNounProject）数字通信系统的架构如图二（a）所示，使用者可能使用智能型打进行语音通信或上网进行数据通信，我们分别说明如下：语音上传（讲）：声音由麦克风接收以后为低频模拟信号，经由低频模拟数字转换器（ADC）转换为数字信号，经由「基频芯片（BB）」进行数据压缩（Encoding）、加循环式重复检查码（CRC）、频道编码（Channelcoding）、交错置（Inter-leaving）、加密（Ciphering）、格式化（Formatting），再进行多任务（Multiplexing）、调变（Modulation）等数字信号处理，如图二（b）所示。接下来经由高频数字模拟转换器（DAC）转换为高频模拟信号（电磁波）;最后再经由「射频芯片（RF）」形成不同时间、频率、波形的电磁波由天线传送出去。语音下载（听）：天线将不同时间、频率、波形的电磁波接收进来，经由「射频芯片（RF）」处理后得到高频模拟信号（电磁波），再经由高频模拟数字转换器（ADC）转换为数字信号。接下来经由「基频芯片（BB）」进行解调（De-modulation）、解多任务（De-multiplexing）、解格式化（De-formatting）、解密（De-ciphering）、解交错置（De-inter-leaving）、频道译码（Channeldecoding）、解循环式重复检查码（CRC）、数据解压缩（Decoding）等数字信号处理，最后再经由低频数字模拟转换器（DAC）转换为低频模拟信号（声音）由耳机播放出来。数据通信（上网）：基本上数据通信不论上传或下载都是数字信号，所以直接进入基频芯片（BB）处理即可，其他流程与语音通信类似，在此不再重复描述。注：通信的原理就是一大堆的数学，由于是我们天天都在用的东西，一般人对通信感多感少都有些好奇想要进一步了解，但是往往走进教室第一堂课看到的就是一大堆复杂的数字：傅立叶变换（FourierTransform）、拉普拉斯转换（LaplaceTransform）、离散（Discrete），立刻就打退堂鼓，为了简化复杂度让大家容易看懂，上面对于数字通信系统的介绍只是示意，与实际的情况会有落差，建议有兴趣进一步了解的人可以立足于上面的概念，来进一步了解技术细节。5.数字通信技术的未来最近，5g网络的消息可以说越来越多了，可能很多小伙伴们好奇，一直以来，我们所说的2G、3G、4G到底是什么意思呢？这里的G代表英语Generation，这个词在生物领域或者技术领域是“代”的意思，也就是第几代，所以2G3G4G网络的含义就是第二代移动通信技术，第三代移动通信技术，第四代移动通信技术。事实上，每一代移动通信技术都有复杂的技术标准和编码规则，最早的移动通信技术我们称它为1G，从严格意义上讲，1G与现在的移动网络有着本质的区别，1G是模拟信号，但后面的都是数字信号，所以1G只能用来打，而且抗干扰能力很差，上世纪的移动大哥大就是使用的第一代移动通信技术。第二代移动通讯技术首次以数字语音传输为核心，也就是变成了数字信号，这也为之后移动网络的发展奠定了基础，此外2G支持两址技术，也就是TDMA和CDMA，并且支持了上网功能，也就是wap。第三代移动通信技术相较于之前最大的改变就是能够支持高速数据传输，蜂窝移动网络下的上传和下载速度都更快了，如果说第二代传输的是文字和图片，那么第三代就可以传输语音和各种