數(shù)字信號的傳送

我們知道，數(shù)字信號在時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（100米以下）可采用基帶傳輸，當(dāng)要進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸時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)字信號的輸出端增加一個調(diào)制器，在數(shù)字輸入口前增加一個解調(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1和0；所謂不歸零是代表第一個碼元的脈沖過后緊接著是代表第二個碼元的脈沖，兩者之間沒有時間間隔，即所謂歸零。曼徹撕特碼是以半個符號寬的先正后負(fù)（1、0）的脈沖代表數(shù)字信號1，而以半個符號的先負(fù)后正的脈沖（0、1）代表數(shù)字信號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)電壓正好抵消無直流分量，因而對傳輸有利且有較強的抗干擾能力。

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)用是將來自不同信息源的各路信息按某種方式合并為一路，通過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送給不同的用戶。多路復(fù)用的方式有：1、頻分復(fù)用；2、時分復(fù)用；3、碼分復(fù)用；4、波分復(fù)用；5、時間壓縮復(fù)用等。在數(shù)字通信中則更多地使用時分復(fù)用技術(shù)，所謂時分復(fù)用是將各路信號利用同一信道的不同時隙來進(jìn)行通信，因為時分復(fù)用傳輸時各路信號不在同一時間上傳送，不容易產(chǎn)生交調(diào)和互調(diào)失真，所以時分復(fù)用系統(tǒng)的非線性失真指標(biāo)要求不高。

在時分復(fù)用系統(tǒng)中要使用兩個主要器件：一是復(fù)接器，它的功能是把幾路信號按時分復(fù)用的原理合成為一個合路數(shù)字信號。另一個是分接器，它與復(fù)接器功能相反，是把合路信號還原為幾個支路的數(shù)字信號。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)接必須解決兩個問題：一個是同步，一個是復(fù)接。同步由定時系統(tǒng)和碼速調(diào)節(jié)單元組成，定時系統(tǒng)的內(nèi)部時鐘給復(fù)接器提供時間基準(zhǔn)信號，碼速調(diào)整單元是把碼速不同的各支路調(diào)整成與復(fù)接器定時信號完成同步的數(shù)字信號，復(fù)接則是完成復(fù)接任務(wù)，把各支路信號匯接成一路信號。

數(shù)字基帶信號都是矩形波，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，傳輸時必會產(chǎn)生失真，為此會引起較大的誤碼率。又由于每個碼元所產(chǎn)生的諧波在時域上是相互交疊的，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，只要在特定時刻的波形幅值沒有失真，即使其他部分失真很大對碼元的再生判決也無影響。

二、數(shù)字信號的載波傳送

當(dāng)數(shù)字信號要進(jìn)行較長距離的傳送時，就要采用載波傳送的方式了。數(shù)字信號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)接器后增加了一個調(diào)制器，在分接器前增加一個解調(diào)器而已。

數(shù)字信號只有幾個離散值，這就象用數(shù)字信號去控制開關(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）

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

2、頻移鍵控（FSK）

頻移鍵控是利用兩個不同頻率F1和F2的振蕩源來代表信號1和0，用數(shù)字信號的1和0去控制兩個獨立的振蕩源交替輸出。對二進(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)制基帶信號的帶寬也是FSK信號的最大頻偏，由于數(shù)字信號的帶寬即Fb值大，所以二進(jìn)制頻移鍵控的信號帶寬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)字基帶信號的控制，如在二進(jìn)制基帶信號中為0時，載波相位為0，為1時載波相位為π,載波相位和基帶信號有一一對應(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)字基帶信號的情況，在實際應(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。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)制有兩個突出的優(yōu)點：一是有于多進(jìn)制數(shù)字信號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)時間長，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，因為基帶信號有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移相和相對移相兩種，實際中大多采用四相絕對移相鍵控（4PSK，有稱QPSK），四相制的相位有0、π/2、π、3π/2四種，分別對應(yīng)四種狀態(tài)11、01、00、10。QPSK信號可表示為I(t)COS2πft-Q(t)SIN2πfct，其中第一項是同相分量，第二項稱為正交分量，所以QPSK又稱為正交相移鍵控調(diào)制。