数字通信中的 Companding

Companding，是压缩和扩展（compressing and expanding）的缩写，是一种在数字通信系统中用于提高传输信号信噪比（SNR）的技术。该技术涉及在传输前压缩信号的动态范围，然后在接收后将其扩展回原始范围。

Companding 的基本目标是在传输前降低信号的动态范围。这是通过压缩信号来实现的，它将信号的大幅度值映射到较小的幅度值。这会降低信号中的噪声量，从而提高传输信号的信噪比。

对数压缩是数字通信系统中应用最广泛的压缩形式。在对数压缩中，信号在传输前被转换为对数域。这是通过给信号应用对数函数来实现的。对数函数将信号的大幅度值映射到较小的幅度值。这会降低信号中的噪声量，从而提高传输信号的信噪比。

信号传输后，通过应用指数函数将其扩展回原始范围。这是通过将指数函数应用于对数压缩的信号来完成的。指数函数将信号的较小幅度值映射回较大的幅度值。这会将信号的动态范围恢复到其原始状态。

另一种压缩类型是 A-law 压缩，广泛用于欧洲和日本，以及 μ-law 压缩，广泛用于北美。

Companding 技术在数字通信系统中具有许多优点。它提高了传输信号的信噪比，这是关键的优势之一。这是因为 companding 过程降低了信号的噪声幅度，从而提高了传输信号的信噪比。

Companding 还减少了需要传输的数据量，这是一个优势。这是因为 companding 过程减小了信号的动态范围，从而减少了表示信号所需的比特数。当通信信道的带宽受限时，这可能会有所帮助。

Companding 还减轻了量化噪声的负面影响。当连续信号转换为离散信号时添加的噪声称为量化噪声。Companding 过程减小了量化噪声的幅度，从而提高了传输信号的信噪比。

Companding 的优点

1. 提高信噪比：Companding 的主要优点之一是它提高了传输信号的信噪比。这是因为 companding 过程降低了信号的噪声幅度，从而提高了传输信号的信噪比。
2. 减少数据传输：Companding 还减少了需要传输的数据量，这是一个优势。这是因为 companding 过程减小了信号的动态范围，从而减少了表示信号所需的比特数。当通信信道的带宽受限时，这可能会有所帮助。
3. 减少量化噪声：Companding 还有助于减少量化噪声的影响。当连续信号转换为离散信号时添加的噪声称为量化噪声。Companding 过程降低了量化噪声的幅度，从而提高了传输信号的信噪比。
4. 易于实现：Companding 是一种相对容易实现的易于技术，可以通过多种方式实现，例如对数压缩、A-law 压缩和 μ-law 压缩。

Companding 的缺点

1. 复杂性：Companding 是一种复杂的技术，需要大量的处理能力来实现。对于处理能力有限的系统来说，这可能是一个缺点。
2. 失真：如果 Companding 实现不当，可能会在信号中引入失真。这可能导致传输信号质量的损失。
3. 不兼容性：Companding 与并非所有数字通信系统都兼容。未设计用于处理压缩信号的系统可能无法正确处理它们。
4. 动态范围有限：Companding 会减小信号的动态范围，如果信号需要长距离传输，这可能是一个缺点。这是因为动态范围有限的信号更容易受到噪声和干扰的影响。
5. 总而言之，Companding 是一种用于提高数字通信系统性能的强大技术。

在选择是否在特定系统中使用 Companding 时，权衡其优点和缺点至关重要。