1.3 通信数字化

1.通信数字化的内涵

通信数字化包括三方面的含义。第一，传输信息的数字化：将待传输的信息尽可能表示为数字，并进行压缩编码；第二，信号处理数字化：在发送/接收过程中尽可能采用数字信号处理方法；第三，通信设备数字化：通信系统中的设备尽可能采用数字电路实现。

从20世纪70年代开始的通信数字化，到目前为止已经基本成熟和完善；当然模拟信号处理技术和设备在通信中仍然有许多应用，有时是不可替代的，例如频率较高的射频信号的处理仍然采用模拟技术和模拟器件。此外，声表面波器件(SAW)也是一种模拟信号处理器件，基于SAW的带通滤波器、傅里叶变换器、延迟线等器件，也有重要实用价值。

2.数字化的通信信号处理

通信信号处理是通信理论与数字信号处理技术联姻的产物，数字信号处理技术在通信中的应用，引起了通信技术和通信系统革命性的发展。

通信信号处理的理论基础包括：随机过程与随机信号处理、信息论、泛函分析、矩阵理论、数字信号处理、信号检测与估计、优化理论、通信原理等。

通信信号处理的基本技术包括：信源/信道编码技术；调制/解调技术，包括模拟信号调制/解调、数字调制/解调、多载波调制技术等；频谱扩展技术，包括直接序列扩频、软扩频、跳频等；通信同步技术，包括载波同步、信号时相同步(帧同步、码元同步)；此外还有信号检测技术，信道估计和信道均衡技术，多址接入和信道复用技术，阵列信号处理和多输入-多输出(MIMO)系统技术，频率合成技术等。

通信信号处理技术可分为模拟处理技术和数字信号处理技术两大类。其中模拟信号处理有三种实现方式，即电子电路实现、声表面波器件实现和光学处理实现。数字信号处理方法有基于可编程逻辑器件(CPLD FPGA)的硬件实现和基于数字信号处理器或其他CPU的软件实现两种方式。

采用数字信号处理方法实现通信信号的处理有三个重要特点：

(1) 准确性：实际性能与理论性能之间的差别很小，并且其精度可由参数和运算的字长来控制。

(2) 稳定性：性能指标不受环境温度差异、器件不一致性、供电电源波动等因素的影响；受时钟源频率稳准度的影响也常常可以忽略不计或者可以有效补偿。

(3) 可实现的数学模型的广泛性：除了能实现模拟处理方法所具有的各种功能之外，还能准确实现模拟电路难于实现，甚至无法实现的许多功能，例如：宽带恒定移相器、希尔伯特变换器、线性相移器甚至零群延迟滤波器等。

总之，通信的数字化已经达到了很高的程度，其基本理论和实现方法与模拟通信时代相比已经发生了质的改变；它为通信系统和设备的设计、开发和推广应用带来了很高的效益。本书是介绍数字化通信理论和系统最新发展理念的一本综合性的教科书，力求尽可能简明扼要地综述所有最重要的相关理论，尽可能贴近数字通信系统设计和实现中当前实际应用的方法和思路，使读者便于理解和直接运用。