數字調制

數字調制（Digital Modulation）是指將數字信號（二進制信號）轉換成模擬信號，然后進行傳輸的過程。它主要用于無線電通信中，可以提高通信系統(tǒng)的可靠性，提高傳輸效率，并減少傳輸時的信號失真。 數字調制的應用主要有以下幾種： 1、調制解調器（Modem）：調制解調器是將數字信號轉換成模擬信號的設備，它主要用于寬帶數據傳輸，如寬帶上網、數據傳輸等。 2、數字電視：數字電視是將數字信號轉換成模擬信號的設備，它可以提高電視畫質，提供更清晰的圖像，提供更多的頻道選擇。 3、無線電通信：無線電通信是指將數字信號轉換成模擬信號，然后通過無線電波傳輸的過程。它可以提高通信系統(tǒng)的可靠性，提高傳輸效率，并減少傳輸時的信號失真。 4、數字傳感器：數字傳感器是指將模擬信號轉換成數字信號的設備，它可以用于檢測物理參數，如溫度、壓力、濕度等，可以提高傳感器的精度和靈敏度。 總之，數字調制在通信中具有重要的作用，它可以提高通信系統(tǒng)的可靠性，提高傳輸效率，減少傳輸時的信號失真，提高電視畫質，提供更多的頻道選擇，提高傳感器的精度和靈敏度等。

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　　以數字信號作為調制信號的調制技術。一般采用正弦波作為載波，這種數字調制又稱為載波鍵控。
　　鍵控 　用電鍵進行控制，這是借用了電報傳輸中的術語。載波鍵控是以數字信號作為電碼，用它對正弦載波進行控制，使載波的某個參數隨電碼變化。
　　根據正弦波受控參數的不同，載波鍵控可以分為三大類:移幅鍵控(ASK)、移頻鍵控(FSK)、移相鍵控(PSK)。它們分別是正弦波的幅度、頻率、相位隨著數字信號而變化，圖為三種鍵控相應的波形和功率譜密度。從圖中可以看出，移幅鍵控和移相鍵控的帶寬比移頻鍵控窄。

　　單位時間內的鍵控次數稱為鍵控速率（又稱符號速率，傳輸碼元速率），其單位為波特(baud)。單位時間內所傳輸的信息量，稱為信息速率(又稱比特速率)，其單位為比特／秒 (bit/s)。信息速率等于鍵控速率乘以鍵控信號所攜帶的平均信息量。
　　解調 　最常用的解調方式是相干解調，它按以下幾個步驟進行：①用參考載波與鍵控信號相乘，得到基帶信號；②用低通濾波器（或積分器）對此基帶信號過濾，以便最大限度地集中信號能量并濾除噪聲；③對過濾后的基帶信號進行采樣和判決，并還原出形狀規(guī)則的數字信號脈沖，這個過程也稱為再生，適當選擇低通濾波器的傳輸特性，使收信端的綜合頻域響應和發(fā)送信號的頻譜滿足共軛匹配關系，就可以在加性高斯白噪聲信道上獲得最小誤碼性能，這種解調稱為最佳相干檢測。在選擇濾波器的響應時，應使收發(fā)綜合響應滿足奈奎斯特準則，或采取必要的均衡措施，以消除或克服碼間干擾的影響（見基帶傳輸）。
　　數字信號在傳輸過程中由于干擾、噪聲和波形畸變的影響，可能產生誤碼。二進制數字信號在加性高斯白噪聲信道上通過載波鍵控方式傳輸時，如果收信端采用最佳相干檢測并消除碼間干擾，則平均誤碼率P_e和歸一化信噪比E_s/N₀的關系可以表示為

式中E_s為單位碼元的平均信號能量，N₀為噪聲譜密度，erfc（x）為互補誤差函數，ρ為鍵控波形的互相關系數。對于移相鍵控，ρ=-1；對于移幅鍵控和移頻鍵控，ρ=0。可以看出，為達到同樣的誤碼率，移幅鍵控和移頻鍵控所需的歸一化信噪比等于移相鍵控的兩倍。
　　實用數字調制 　通信系統(tǒng)中采用的數字調制技術有以下四種。①四相移相鍵控(QPSK)：采用四個對稱的相位來傳送兩個二進制碼元。它的頻譜效率較高、抗干擾性較強，是數字衛(wèi)星、數字微波和有線數傳中的一種主要調制方式。②參差四相移相鍵控 (OQPSK)和最小移頻鍵控(MFSK)：前者是將四相鍵控的兩個調制碼元偏移半個碼長,后者是將連續(xù)相位移頻鍵控的移頻指數定為0.5，它們是四相鍵控的派生形式。它們具有包絡較恒定、非線性信道引起的頻譜展寬較小等優(yōu)點，比較適用于衛(wèi)星信道。③八相移相鍵控(8PSK)、正交部分響應調制(QPRS)、16狀態(tài)和64狀態(tài)正交調幅（16QAM和64QAM）：這是一些頻譜效率很高、誤碼性能也較好的數字調制技術，它們主要用于中、大容量的數字微波接力通信系統(tǒng)。④連續(xù)相位調制(CPM)、受控調頻(TFM)和高斯預濾波最小移頻鍵控 (GMFSK)：這是一些具有較好頻譜效率和誤碼性能的數字調制技術,其主要特點是包絡恒定,旁瓣很低，非線性信道引起的頻譜展寬很小，可用于移動通信和衛(wèi)星通信。
　　參考書目
　樊昌信等：《通信原理》，國防工業(yè)出版社，北京，1980。
　P.Z.Peebles,Communication System Principles,Addison Wesley Co., Reading, Mass., 1976.

 

 

利用基帶數字信號的變化控制載波的振幅、相位或頻率的變化，從而 使信息通過載波進行傳輸的一種方法。

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