數字信號的傳送

我們知道，數字信號在時(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，當要進(jìn)行遠距離傳輸時(shí)就要采取載波傳輸方式了。載波傳輸系統是把數字信號調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字信號的輸出端增加一個(gè)調制器，在數字輸入口前增加一個(gè)解調器而其它部分則完全相同。

一、基帶傳輸系統

在數字通信系統中，信道編碼器輸出的代碼還需經(jīng)過(guò)碼型變換，變?yōu)檫m于傳輸的碼型。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脈沖分別代表數字信號1和0；所謂單極性是指用正脈沖和零分別代表數字信號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(zhù)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)符號寬的先正后負（1、0）的脈沖代表數字信號1，而以半個(gè)符號的先負后正的脈沖（0、1）代表數字信號0，如圖D-1所示。雙極性不歸零碼中，如果0和1出現的概率相同，正負電壓正好抵消無(wú)直流分量，因而對傳輸有利且有較強的抗干擾能力。

在基帶傳送系統中，通常采用多路復用技術(shù)，多路復用是將來(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，接收端再按相應方式分離出各路信號送給不同的用戶(hù)。多路復用的方式有：1、頻分復用；2、時(shí)分復用；3、碼分復用；4、波分復用；5、時(shí)間壓縮復用等。在數字通信中則更多地使用時(shí)分復用技術(shù)，所謂時(shí)分復用是將各路信號利用同一信道的不同時(shí)隙來(lái)進(jìn)行通信，因為時(shí)分復用傳輸時(shí)各路信號不在同一時(shí)間上傳送，不容易產(chǎn)生交調和互調失真，所以時(shí)分復用系統的非線(xiàn)性失真指標要求不高。

在時(shí)分復用系統中要使用兩個(gè)主要器件：一是復接器，它的功能是把幾路信號按時(shí)分復用的原理合成為一個(gè)合路數字信號。另一個(gè)是分接器，它與復接器功能相反，是把合路信號還原為幾個(gè)支路的數字信號。把復接器和分接器裝在一起稱(chēng)為數字復接設備。數字復接必須解決兩個(gè)問(wèn)題：一個(gè)是同步，一個(gè)是復接。同步由定時(shí)系統和碼速調節單元組成，定時(shí)系統的內部時(shí)鐘給復接器提供時(shí)間基準信號，碼速調整單元是把碼速不同的各支路調整成與復接器定時(shí)信號完成同步的數字信號，復接則是完成復接任務(wù)，把各支路信號匯接成一路信號。

數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(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碼元的再生判決也無(wú)影響。

二、數字信號的載波傳送

當數字信號要進(jìn)行較長(cháng)距離的傳送時(shí)，就要采用載波傳送的方式了。數字信號的載波傳送與基帶傳送的主要區別就是增加了調制與解調的環(huán)節，是在復接器后增加了一個(gè)調制器，在分接器前增加一個(gè)解調器而已。

數字信號只有幾個(gè)離散值，這就象用數字信號去控制開(kāi)關(guān)選擇具有不同參量的振蕩一樣，為此把數字信號的調制方式稱(chēng)為鍵控。調制方式有幅度鍵控（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(kāi)關(guān)電路來(lái)實(shí)現。載波在數字信號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(shí)傳輸信道上有載波出現；在信號為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載波的有無(wú)還原出數字信號的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(gè)不同頻率F1和F2的振蕩源來(lái)代表信號1和0，用數字信號的1和0去控制兩個(gè)獨立的振蕩源交替輸出。對二進(jìn)制的頻移鍵控調制方式，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，在波相位受數字基帶信號的控制，如在二進(jìn)制基帶信號中為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有一一對應的關(guān)系。

三、多進(jìn)制數字調制

上面所討論的都是在二進(jìn)制數字基帶信號的情況，在實(shí)際應用中，我們常常用一種稱(chēng)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)制數字調制載波參數有M種不同的取值，多進(jìn)制數字調制比二進(jìn)制數字調制有兩個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)：一是有于多進(jìn)制數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時(shí)間長(cháng)，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制方式：多進(jìn)制相移鍵控（MPSK）。

多進(jìn)制相移鍵控又稱(chēng)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(shí)際中大多采用四相絕對移相鍵控（4PSK，有稱(chēng)QPSK），四相制的相位有0、π/2、π、3π/2四種，分別對應四種狀態(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(chēng)為正交分量，所以QPSK又稱(chēng)為正交相移鍵控調制。