基带整形和调制关系
数字调制
数字信号的载波调制是信道编码的一部分。之所以在信源编码和传输信道之间插入信道编码,是因为信道和相应的设备对要传输的数字信号有一定的限制,未经处理的数字信号源无法适应这些限制。由于传输信道的频带资源总是有限的,因此提高传输效率是通信系统追求的最重要指标之一。很难控制模拟通信的传输效率。最常见的单边带幅度调制(SSB)或残留边带幅度调制(VSB)可以节省近一半的传输带宽。由于数字信号只有“0”和“1”两种状态,所以数字调制完全可以理解为操作人员用开关键控制载波的过程,所以数字信号的调制方式比较简单。当传输信道的元素被充分利用时,它们可以被组合成各种调制方式,并且它们的数学模型可以被清楚地描述和表达。因此,常用的数字调制技术有2ASK、4ASK、8ASK、BPSK、QPSK、8PSK、2FSK、4FSK等。,频带利用率从1比特/秒/赫兹到3比特/秒/赫兹。还有QAM技术,它结合了幅度和相位调制。目前数字微波广泛使用的256QAM的频带利用率可达8bit/s/Hz,是2ASK或BPSK的8倍。此外,还有MSK等特殊调制技术,可以减少相位跳变,为一些特殊的应用环境提供了有力的工具。近年来,四维调制等高维调制技术的研究也发展迅速,并已应用于高速调制解调器,为进一步提高传输效率奠定了基础。总之,数字通信的传输效率远高于模拟通信,调制技术的种类也远多于模拟通信,大大提高了用户根据实际应用需求选择系统配置的灵活性。
1,基带传输
信息传输有两种方式:基带传输和调制传输。信号源直接产生的信号,无论是模拟的还是数字的,都是频率相对较低的基带信号。所谓基带传输,就是将信源产生的数字信号直接送到线路上进行传输,如音频本地通话、计算机之间的数据传输等。载波传输是利用原始信号改变载波的某个参数来实现频谱搬移。如果载波是正弦波,则称为正弦波或连续波调制。二进制信号调制在正弦波上进行传输,其目的不仅仅是频率匹配,还包括通过频分、时分、波分复用来匹配信源和信道的容量。
2.为什么要调制?
首先,由于频率资源有限,我们无法使用开放信道传输信息。此外,通信的最终目的是远距离传输信息。由于传输失真、传输损耗和保证带内特性,基带信号无法在无线信道或光纤信道中长距离传输。对于远距离传输,数字信号必须经过载波调制,信号的频谱必须向高频偏移,才能在信道中传输。最后,更小的倍频程也确保了良好的带内特性。所以调制就是把基带信号移到指定的高频上,以较小的信道损耗进行传输(即载波传输)。调制后的基带信号称为通带信号,其频率相对较高。数字信号的载波传输和基带传输的主要区别在于增加了调制和解调,即在多路复用器之后增加了调制器,在解复用器之前增加了解调器。
3.绘图
信息与代表和承载信息的信号之间存在对应关系,这种对应关系称为“映射”。接收机根据预先约定的映射关系,从接收信号中提取发射机发送的信息。信息和信号的映射方式有很多种,不同的通信技术取决于它们不同的映射方式。事实上,数字调制的主要目的是控制传输效率。不同的数字调制技术通过它们的映射方法来区分,并且它们的性能也由映射方法决定。
一个数字调制过程实际上是通过两个独立的步骤实现的:映射和调制,与模拟调制不同。映射将多个二进制位转换为多个符号,该符号可以是实信号(在ASK调制中)或二维复信号(在PSK和QAM调制中)。例如,在QPSK调制的映射中,每两个比特被转换成四进制符号,对应于调制信号的四个载波。多元符号的元素数量等于调制星座的容量。在这个多对一的转换过程中,实现了频带压缩。需要注意的是,映射后生成的多元符号仍然是基带数字信号。基带整形滤波后,产生模拟基带信号,但它已经是最终所需调制信号的等效基带形式。如果直接乘以中频载波,就可以产生中频调制信号。
4.调制法
调制方式主要是通过改变正弦波的幅度、相位和频率来传递信息。它的基本原理是数据信号寄生在载波的某个参数上:幅度、频率、相位,即对数据信号进行调幅、调频、调相。数字信号只有几个离散值,这就好比用数字信号控制开关选择不同参数的振荡。因此,数字信号的调制方式称为键控。数字调制可分为调幅、调相和调频。最简单的方法就是打开按键控制。当出现“1”时,开启幅度为A的载波,当出现“0”时,关闭载波,相当于将原来基带信号(脉冲序列)的频谱向载波两侧移动。如果通过改变载波频率来传输二进制符号,这就是频移键控(FSK)的方法。出现“1”时为低频,出现“0”时为高频。此时其频谱可视为码列对低频载波的开关键控和码列反码对高频载波的开关键控。如果使用“0”和“1”来改变载波相位,则称为相移键控(PSK)。此时,相位跳变出现在比特周期的边缘。但是相位信息保持在间隔的中间。接收端的解调通常在其中心点附近进行。一般来说,PSK系统的性能优于开关FSK系统,但必须采用同步检测。除了上面提到的两相、双频、双幅系统外,还可以采用各种多相、多幅、多频方案。在DVB系统中,卫星传输采用QPSK,有线传输采用QAM,地面传输采用COFDM(编码正交频分复用)。下面详细介绍ASK、FSK、PSK和QAM。