通信原理篇---数字通信系统与模拟通信系统-育师

模拟通信系统（Analog Communication Systems）是最早发展起来的通信方式，直接传输连续的模拟信号（如语音的声波、图像的亮度变化）。数字通信系统（Digital Communication Systems）则先将信息转换为离散的数字序列（比特流），再进行传输和处理。

发展趋势的本质：从“保真波形”到“保真信息”的演进
数字化的核心趋势是将通信的重心从“如何精确复制原始波形”转变为“如何可靠、高效地传输信息本身”。这带来了一系列根本性的转变：

信号形式的转变：连续模拟信号 → 离散数字比特流。
处理方式的转变：线性放大、滤波 → 数字信号处理（编码、调制、检测、解码）。
设计目标的转变：追求最小波形失真 → 追求在一定约束（带宽、功率）下最大化信息传输的有效性和可靠性。
系统架构的融合：数字系统天然与计算机、微处理器兼容，使得通信系统从单一功能设备演变为可编程、智能、可与其他数字系统（如互联网）无缝融合的信息网络节点。

特点	对系统性能和有效性的影响机制
1. 抗干扰与抗噪声能力强	这是最核心的优势。在数字系统中，接收端只需判断离散的符号（如0或1），而非精确恢复连续的波形。通过再生中继，可以消除噪声累积，实现远距离无损传输。模拟信号则会在传输中不断叠加噪声，无法分离。
2. 便于差错控制	通过引入信道编码（如奇偶校验、卷积码、LDPC码），在信息比特中加入冗余，可以在接收端检测并纠正传输错误，将误比特率（BER）降低到极低水平。这是模拟通信无法实现的，一次干扰就会导致永久的失真。
3. 高保密性	数字信号易于进行强加密（如AES算法）。未解密的比特流只是一串无意义的0/1，而模拟信号加密复杂且效果有限。
4. 灵活性与多功能集成	所有信息（语音、文本、图像、视频）都统一为比特流，便于复用、交换和存储。可以通过软件定义无线电（SDR）灵活改变系统参数。模拟系统则是“一个功能，一套硬件”。
5. 高集成度与低成本	超大规模集成电路（VLSI）技术特别适合处理数字信号，使得设备体积小、功耗低、成本持续下降（遵循摩尔定律）。模拟器件则对元件精度、温度稳定性要求高，集成和降本难度大。

代价与挑战：
数字化的主要代价是对带宽的需求增加（数字调制后通常占用更宽频带），以及系统复杂度提高（需要模数/数模转换、同步、编解码等）。但随着压缩技术（如语音/图像编码）和高效调制技术（如高阶QAM）的发展，带宽效率问题已得到极大改善。

这是一个极具代表性的对比，直接体现了从模拟到数字的演进。

工作原理：摄像机产生的连续亮度（Y）和色度（C）信号，与同步信号合并后，采用残留边带调幅（VSB-AM）调制到射频载波上。接收机解调后，信号直接驱动显像管的电子枪。
性能痛点：
- 雪花噪声：信号弱时，信道噪声直接表现为屏幕上的随机雪花点。
- 重影：多径传播导致延迟信号形成重影，无法消除。
- 失真累积：每经过一次中继或录制，信噪比都会下降。
- 功能单一：仅能传输固定格式的视频/音频流。
有效性：频谱利用率相对较低，一套节目占用一个固定宽频带（如6MHz/8MHz），且容量固定。

工作原理：
1. 信源编码：原始视频/音频流通过MPEG-2/4等标准进行高效压缩，去除冗余。
2. 信道编码：加入纠错码（如里德-所罗门码 + 卷积码），形成抗干扰能力极强的传输流。
3. 数字调制：采用OFDM（正交频分复用）等多载波调制，将高速数据流分配到大量子载波上。
4. 传输与接收：接收机进行同步、解调、解码（纠错）、解压缩，恢复出原始视频/音频数据。
性能优势：
- 清晰的临界点效应：在信号强度高于解码门限时，画面完美无瑕（无雪花噪声）；低于门限时，画面会突然“卡顿”或消失，而非质量渐变。
- 抗多径干扰：OFDM技术的循环前缀能有效克服多径效应，消除重影。
- 高频谱效率：在同一段模拟电视的频带内，可传输一套高清（HD）或多套标清（SD）节目，并支持电子节目指南、数据广播等增值服务。
- 移动接收：通过优化编码和调制参数，可支持在车辆等移动状态下稳定接收。