數(shù)字調(diào)制

數(shù)字調(diào)制（Digital Modulation）是指將數(shù)字信號（二進(jìn)制信號）轉(zhuǎn)換成模擬信號，然后進(jìn)行傳輸?shù)倪^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(shù)字調(diào)制的應(yīng)用主要有以下幾種： 1、調(diào)制解調(diào)器（Modem）：調(diào)制解調(diào)器是將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號的設(shè)備，它主要用于寬帶數(shù)據(jù)傳輸，如寬帶上網(wǎng)、數(shù)據(jù)傳輸?shù)取? 2、數(shù)字電視：數(shù)字電視是將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號的設(shè)備，它可以提高電視畫質(zhì)，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(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號，然后通過無線電波傳輸?shù)倪^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(shù)字傳感器：數(shù)字傳感器是指將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的設(shè)備，它可以用于檢測物理參數(shù)，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(shù)字調(diào)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(zhì)，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(shù)字信號作為調(diào)制信號的調(diào)制技術(shù)。一般采用正弦波作為載波，這種數(shù)字調(diào)制又稱為載波鍵控。
　　鍵控 　用電鍵進(jìn)行控制，這是借用了電報傳輸中的術(shù)語。載波鍵控是以數(shù)字信號作為電碼，用它對正弦載波進(jìn)行控制，使載波的某個參數(shù)隨電碼變化。
　　根據(jù)正弦波受控參數(shù)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(shù)字信號而變化，圖為三種鍵控相應(yīng)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(nèi)的鍵控次數(shù)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(nèi)所傳輸?shù)男畔⒘�，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(diào) 　最常用的解調(diào)方式是相干解調(diào)，它按以下幾個步驟進(jìn)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(jìn)行采樣和判決，并還原出形狀規(guī)則的數(shù)字信號脈沖，這個過程也稱為再生，適當(dāng)選擇低通濾波器的傳輸特性，使收信端的綜合頻域響應(yīng)和發(fā)送信號的頻譜滿足共軛匹配關(guān)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(diào)稱為最佳相干檢測。在選擇濾波器的響應(yīng)時，應(yīng)使收發(fā)綜合響應(yīng)滿足奈奎斯特準(zhǔn)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(shù)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(chǎn)生誤碼。二進(jìn)制數(shù)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(guān)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(shù)，ρ為鍵控波形的互相關(guān)系數(shù)。對于移相鍵控，ρ=-1；對于移幅鍵控和移頻鍵控，ρ=0�？梢钥闯�，為達(dá)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(shù)字調(diào)制 　通信系統(tǒng)中采用的數(shù)字調(diào)制技術(shù)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(jìn)制碼元。它的頻譜效率較高、抗干擾性較強，是數(shù)字衛(wèi)星、數(shù)字微波和有線數(shù)傳中的一種主要調(diào)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(diào)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(shù)定為0.5，它們是四相鍵控的派生形式。它們具有包絡(luò)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(yīng)調(diào)制(QPRS)、16狀態(tài)和64狀態(tài)正交調(diào)幅（16QAM和64QAM）：這是一些頻譜效率很高、誤碼性能也較好的數(shù)字調(diào)制技術(shù)，它們主要用于中、大容量的數(shù)字微波接力通信系統(tǒng)。④連續(xù)相位調(diào)制(CPM)、受控調(diào)頻(TFM)和高斯預(yù)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(shù)字調(diào)制技術(shù),其主要特點是包絡(luò)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(shù)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(jìn)行傳輸?shù)囊环N方法。

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