第一章 類比與數位
若以信號的振幅作為代表信息的參量，則如圖1-1所示的連續信號和離散(不連續 )信號都是類比信號。其特點是振幅連續，即在某一範圍內可以取無限個值。
連續信號的例子有：連續變化的語音信號，電視影像信號及許多物理的遙測遙控信號。
離散信號的例子有：脈衝振幅調變(PAM)脈衝相位調變(PPM)，脈衝寬度調變(PWM)，它們代表信息的參數完全隨信息的變化而變化。
若以信號的振幅作為代表信息的參量，則如圖1-3所示的都是數位信號，其特點是在振幅上是離散的，其值只能取有限個數值。
圖(a)是二進碼(Binary Code)，每個碼元(由一個脈衝(Pulse)構成)只取兩個幅值(0,A)；圖(b)是四電位碼，其每個碼元只取(3,1,-1,-3)四個幅值中的一個。
電報機信號，電腦輸入輸出信號，數位電話信號，數位電視信號，數位遙測遙控信號都是數位信號。一般所說的數位信號都是指用0,1數位表示的二進制信號。
應當指出，我們可以先把類比信號轉換為數位信號(類比-數位轉換)，經數位通信方式傳輸後，在接收端再進行反轉換(數位-類比轉換)，以還原出類比信號。
如圖1-4所示是一個點對點類比通信系統的架構。信號源(Source)發出的原始類比信號經過轉換器，變成適合於通道(Channel)傳輸的形式再透過通道傳輸。在接收端從通道來的信號經反轉換還原成原始類比信號，由信號目的地(Destination)接收。
類比通信系統中的信號轉換，反轉換往往是調變(Modulation)、解調(Demodulation)。按其調變方式的不同類比通信系統可分為連續調變系統和脈衝調變系統，連續調變系統包括振幅調制(AM)系統，單邊帶(SSB)調變系統，頻率調變(FM)系統，相位調變(PM)系統;脈衝調變系統包括脈衝振幅調變(PAM)系統，脈衝相位調變(PPM)系統，脈衝寬度調變(PWM)系統等。這些通信系統已經得到了比較廣泛的採用。
為了擴大通信容量使得在一個通道中可以同時傳輸多路信號，目前廣泛採用了多工方法。最常用的多工方式是分頻多工(FDM)和分時多工(TDM)。有線長途載波電話和類比微波通信的多工設備採用的都是分頻多工方式。
如圖1-5所示是單向點對點數位通信系統模式：
信號源和信號目的地：信號源是發出資訊的源頭，信號源有各種各樣，但就其性質來講，可以分為兩類：一類是離散的數位信號源;另一類是連續的類比信號源。信號目的地是信息的最終接收端，可以是受信者(人)或機器。
信號源編碼(Encode)與信號源解碼(Decode)----如果信號源發出是連續的或離散的類比信號，就要經過信號源編碼對它取樣(Sampling)、量化及編碼，使之變為數位信號。例如脈碼調變和增量調變編碼器都起信號源編碼器的作用。有時為了某種目的 (如節省頻寬，增強抗干擾性等)也需要對信號源發出的信號進行處理。整體而言，信號源編碼有兩個主要作用：一個是達成類比、數位轉換；另一個是降低信號的誤碼率。信號源解碼是信號源編碼的逆向處理。
加密與解碼--有時為了對通信保密，採用一複雜的密碼串列對信號源編碼器輸出的數碼串列進行人為的“攪亂”，這一過程稱為加密。解碼是加密的逆向處理。
通道編碼與通道解碼--通道通常會遭受到各種雜訊干擾(Noise)(自然的和人為的 )，終端設備本身也存在雜訊，通信系統的各個環節還會引起信號失真，這些雜訊對信號的干擾與信號的失真，均可能導致接收數位信號的錯誤，即發生誤碼。為了能夠自動檢出錯誤或修正錯誤，可採用偵錯編碼或除錯編碼，統稱之為除錯編碼，又叫通道編碼。通道解碼與通道編碼是相對應的。
調變與解調--從通道編碼器的輸出的數碼串列還是屬於基頻(Base Band)信號。除某些近距離的數位通信可以採用基頻傳輸外，通常為了與採用的通道相適應(匹配 )，都要把基頻信號經過調變轉換成頻帶信號傳輸。解調是調變的逆向轉換。
時脈(Clock)與同步(Synchronization)－時脈與同步也是數位通信系統的一個重要的不可缺少的部分。由於數位通信系統傳遞的是數位信號，所以發送端和接收端都必須有各自的時脈系統。為了能正確地接收信號，接收端時脈與發送端時脈應達到同步。最主要的同步是位同步和群同步，如果接收端採用相干解調還有載波同步問題。
對於實際的數位通信系統，其方塊圖並非均與圖1-5一樣，例如：
2.
數位通信的主要特點：
目前，無論是類比通信，還是數位通信，都是已經獲得廣泛應用的通信方式，從通信的發展史可知，儘管低階的電報通信(可視為數位通信的一種方式)出現最早，但在一個很長的時期內，它卻比類比通信發展緩慢得多，實際使用的通信設備也比類比通信的少。但是在二十世紀中葉以後，數位通信日益興盛起來，目前已經出現用數位通信代替類比通信的趨勢。這是由於和類比通信相比，數位通信更能適應對通信技術越來越高的要求。
(1) 優點
A. 抗干擾能力強，採用再生中繼消除雜訊累積
在類比通信中，雜訊干擾疊加在類比信號上，為了提高訊噪比，需要對傳輸信號進行放大，但由於難以把信號與雜訊分開，雜訊也被放大，隨著傳輸距離的增加，雜訊累積越來越大，將使傳輸品質惡化。如圖1-6所示：
數位通信系統傳輸的是二進位數位信號，在接收端對每個信號碼元進行取樣判別，只要取樣時刻的雜訊絕對值與判別電位相比不超過某個臨界值，就不會錯判。在長距離傳輸中，可以採用再生中繼的方式，將傳輸過程中的信號進行判別再生，將干擾消除，再生出純淨的原始信號波形，就消除了雜訊累積。
此外，數位通信還可以使用具有偵錯和除錯功能的通道編碼，從而進一步提高系統的抗干擾性。
B. 便於加密處理
資訊傳輸的安全性和保密性越來越重要，數位通信中易於採用複雜的，非線性的，長週期的密碼串列對信號碼進行串列加密，從而使通信具有高度的保密性。
C. 設備便於整合化及小型化
數位通信設備的電路大都由數位電路構成。數位電路易於整合，信號處理技術和超大型積體電路的發展為數位通信設備的整合化，微型化提供良好的條件。
在分時多工的數位通信中，不需要昂貴的，體積較大的濾波器可以充分利用大型，超大型的積體電路，其功率耗損也較低。
D. 便於和電腦連接
由於數位通信所傳輸的信號與數位電腦所採用的數位信號完全一致，所以數位通信線路可以很方便地與電腦介面連接，兩者的緊密結合，可以構成長距離的，大量的，靈活且多樣化的數位通信系統和自動控制系統以及強有力的資料處理系統。
E. 適應各種通信業務，便於構成整合服務數位網路(ISDN)
在數位通信中，各種信息(電報、電話、影像、數據等)都可以用統一的數位信號進行傳輸，所以數位通信能靈活地適應各種通信業務。把數位信號傳輸技術與數位交換技術結合起來還可以組成統一的整合服務數位網路(ISDN)。
(2) 缺點
事物總是一體兩面的，數位通信的許多優點都是用比類比通信佔據更寬的系統頻寬而換得的。以電話為例，一路類比電話只佔據4KHz頻寬(Band Width)，而一路數位電話所佔據的頻寬為64KHz，後者是前者的16倍，可見數位通信對通道頻寬的利用率是不高的。
隨著微波、衛星、光纜等寬頻帶通道的採用和數據壓縮技術的提高，以及半導體技術的發展，數位通信的缺點顯得較不重要了，所以數位通信是現代通信的一個發展方向。
3. 數位通信系統的主要功能指標
(1) 資訊傳輸速率
通道的傳輸速率通常是以每秒所傳輸的資訊量多少來衡量。資訊論中定義信號源發出資訊量的度量單位是"位元"(Bit)。一個二進制碼元所含的資訊量是一個"位元"，所以資訊傳輸速率的單位是位元/秒(Bit/s)。例如一個數位通信系統，它每秒傳輸600個二進制碼元，它的資訊傳輸速率是600位元/秒。
(2) 符號傳輸速率
它是指單位時間(秒)內傳輸的碼元數目，其單位為鮑(Baud)。這裏的碼元可以是二進制的，也可以是多進制的。符號傳輸速率N和資訊傳輸速率R的關係為：
R=Nlog．M
當碼元為二進制時M為2;碼元為四進制時為4;如果符號速率為600鮑(Baud)，在二進制時，資訊傳輸速率為600位元/秒，在四進制時為1200位元/秒。
(3) 誤碼率
信號碼元在傳輸過程中，由於通道不理想以及雜訊的干擾，以致在接收端判別再生後的碼元可能出現錯誤，這叫誤碼(Error Code)。誤碼的多少用誤碼率來衡量，誤碼率是數位通信系統中單位時間內錯誤碼元數與發送總碼元數之比。誤碼越多，誤碼率越高。