數(shù)字信號(hào)的傳送

我們知道，數(shù)字信號(hào)在時(shí)域上是呈離散性的且都只有兩種狀態(tài)1和0，在短距離傳送時(shí)（100米以下）可采用基帶傳輸，當(dāng)要進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸時(shí)就要采取載波傳輸方式了。載波傳輸系統(tǒng)是把數(shù)字信號(hào)調(diào)制到載波上再送入傳輸信道中，它同基帶傳送心痛僅是在數(shù)字信號(hào)的輸出端增加一個(gè)調(diào)制器，在數(shù)字輸入口前增加一個(gè)解調(diào)器而其它部分則完全相同。

一、基帶傳輸系統(tǒng)

在數(shù)字通信系統(tǒng)中，信道編碼器輸出的代碼還需經(jīng)過(guò)碼型變換，變?yōu)檫m于傳輸?shù)拇a型。常用的基帶傳輸碼主要有以下幾種：1、雙極性不歸零碼；2、單極性不歸零碼；3、雙極性歸零碼；4、單極性歸零碼；5、曼徹撕特碼。這里的所謂雙極性是指用正脈沖和負(fù)脈沖分別代表數(shù)字信號(hào)1和0；所謂單極性是指用正脈沖和零分別代表數(shù)字信號(hào)1和0；所謂不歸零是代表第一個(gè)碼元的脈沖過(guò)后緊接著是代表第二個(gè)碼元的脈沖，兩者之間沒(méi)有時(shí)間間隔，即所謂歸零。曼徹撕特碼是以半個(gè)符號(hào)寬的先正后負(fù)（1、0）的脈沖代表數(shù)字信號(hào)1，而以半個(gè)符號(hào)的先負(fù)后正的脈沖（0、1）代表數(shù)字信號(hào)0，如圖D-1所示。雙極性不歸零碼中，如果0和1出現(xiàn)的概率相同，正負(fù)電壓正好抵消無(wú)直流分量，因而對(duì)傳輸有利且有較強(qiáng)的抗干擾能力。

在基帶傳送系統(tǒng)中，通常采用多路復(fù)用技術(shù)，多路復(fù)用是將來(lái)自不同信息源的各路信息按某種方式合并為一路，通過(guò)同一信道傳送給接收端，接收端再按相應(yīng)方式分離出各路信號(hào)送給不同的用戶。多路復(fù)用的方式有：1、頻分復(fù)用；2、時(shí)分復(fù)用；3、碼分復(fù)用；4、波分復(fù)用；5、時(shí)間壓縮復(fù)用等。在數(shù)字通信中則更多地使用時(shí)分復(fù)用技術(shù)，所謂時(shí)分復(fù)用是將各路信號(hào)利用同一信道的不同時(shí)隙來(lái)進(jìn)行通信，因?yàn)闀r(shí)分復(fù)用傳輸時(shí)各路信號(hào)不在同一時(shí)間上傳送，不容易產(chǎn)生交調(diào)和互調(diào)失真，所以時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)的非線性失真指標(biāo)要求不高。

在時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)中要使用兩個(gè)主要器件：一是復(fù)接器，它的功能是把幾路信號(hào)按時(shí)分復(fù)用的原理合成為一個(gè)合路數(shù)字信號(hào)。另一個(gè)是分接器，它與復(fù)接器功能相反，是把合路信號(hào)還原為幾個(gè)支路的數(shù)字信號(hào)。把復(fù)接器和分接器裝在一起稱為數(shù)字復(fù)接設(shè)備。數(shù)字復(fù)接必須解決兩個(gè)問(wèn)題：一個(gè)是同步，一個(gè)是復(fù)接。同步由定時(shí)系統(tǒng)和碼速調(diào)節(jié)單元組成，定時(shí)系統(tǒng)的內(nèi)部時(shí)鐘給復(fù)接器提供時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)，碼速調(diào)整單元是把碼速不同的各支路調(diào)整成與復(fù)接器定時(shí)信號(hào)完成同步的數(shù)字信號(hào)，復(fù)接則是完成復(fù)接任務(wù)，把各支路信號(hào)匯接成一路信號(hào)。

數(shù)字基帶信號(hào)都是矩形波，由于矩形波脈沖包含有豐富的諧波分量，所以在有限的信道帶寬中，傳輸時(shí)必會(huì)產(chǎn)生失真，為此會(huì)引起較大的誤碼率。又由于每個(gè)碼元所產(chǎn)生的諧波在時(shí)域上是相互交疊的，所以就產(chǎn)生了碼間干擾，好在碼元波形是按一定間隔發(fā)出的，只要在特定時(shí)刻的波形幅值沒(méi)有失真，即使其他部分失真很大對(duì)碼元的再生判決也無(wú)影響。

二、數(shù)字信號(hào)的載波傳送

當(dāng)數(shù)字信號(hào)要進(jìn)行較長(zhǎng)距離的傳送時(shí)，就要采用載波傳送的方式了。數(shù)字信號(hào)的載波傳送與基帶傳送的主要區(qū)別就是增加了調(diào)制與解調(diào)的環(huán)節(jié)，是在復(fù)接器后增加了一個(gè)調(diào)制器，在分接器前增加一個(gè)解調(diào)器而已。

數(shù)字信號(hào)只有幾個(gè)離散值，這就象用數(shù)字信號(hào)去控制開關(guān)選擇具有不同參量的振蕩一樣，為此把數(shù)字信號(hào)的調(diào)制方式稱為鍵控。調(diào)制方式有幅度鍵控（ASK）；有頻移鍵控（FSK）；有相移鍵控（PSK）。

1、幅度鍵控（ASK）

幅度鍵控可以通過(guò)乘法器和開關(guān)電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。載波在數(shù)字信號(hào)1或0的控制下通或斷，在信號(hào)為1的狀態(tài)載波接通，此時(shí)傳輸信道上有載波出現(xiàn)；在信號(hào)為0的狀態(tài)下，載波被關(guān)斷，此時(shí)傳輸信道上無(wú)載波傳送。那么在接收端我們就可以根據(jù)載波的有無(wú)還原出數(shù)字信號(hào)的1和0。對(duì)于二進(jìn)制幅度鍵控信號(hào)的頻帶寬度為二進(jìn)制基帶信號(hào)寬度的兩倍。

2、頻移鍵控（FSK）

頻移鍵控是利用兩個(gè)不同頻率F1和F2的振蕩源來(lái)代表信號(hào)1和0，用數(shù)字信號(hào)的1和0去控制兩個(gè)獨(dú)立的振蕩源交替輸出。對(duì)二進(jìn)制的頻移鍵控調(diào)制方式，其有效帶寬為B=2xF+2Fb,xF是二進(jìn)制基帶信號(hào)的帶寬也是FSK信號(hào)的最大頻偏，由于數(shù)字信號(hào)的帶寬即Fb值大，所以二進(jìn)制頻移鍵控的信號(hào)帶寬B較大，頻帶利用率小。

3、相移鍵控（PSK）

在相移鍵控中，在波相位受數(shù)字基帶信號(hào)的控制，如在二進(jìn)制基帶信號(hào)中為0時(shí)，載波相位為0，為1時(shí)載波相位為π,載波相位和基帶信號(hào)有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。

三、多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制

上面所討論的都是在二進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)的情況，在實(shí)際應(yīng)用中，我們常常用一種稱為多進(jìn)制（如4進(jìn)制，8進(jìn)制，16進(jìn)制等）的基帶信號(hào)。多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制載波參數(shù)有M種不同的取值，多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制比二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制有兩個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)：一是有于多進(jìn)制數(shù)字信號(hào)含有更多的信息使頻帶利用率更高；二是在相同的信息速率下持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，可以提高碼元的能量，從而減小由于信道特性引起的碼間干擾。由于遍幅的關(guān)系，這里只討論用得最多的一種調(diào)制方式：多進(jìn)制相移鍵控（MPSK）。

多進(jìn)制相移鍵控又稱為多相制，因?yàn)榛鶐盘?hào)有M種不同的狀態(tài)，所以它的載波相位有M種不同的取值，這些取值一般為等間隔。在多相制移鍵控有絕對(duì)移相和相對(duì)移相兩種，實(shí)際中大多采用四相絕對(duì)移相鍵控（4PSK，有稱QPSK），四相制的相位有0、π/2、π、3π/2四種，分別對(duì)應(yīng)四種狀態(tài)11、01、00、10。QPSK信號(hào)可表示為I(t)COS2πft-Q(t)SIN2πfct，其中第一項(xiàng)是同相分量，第二項(xiàng)稱為正交分量，所以QPSK又稱為正交相移鍵控調(diào)制。