2. 调制与编码
编码就是用数字信号承载数字或模拟数据;调制就是用模拟信号承载数字或模拟数据。
调制可以分为基带调制和带通调制。
基带调制。基带调制只对基带信号波形进行变换,并不改变其频率,变换后仍然是基带信号。
带通调制(频带调制),带通调制使用载波将基带信号的频率迁移到较高频段进行传输,解决了很多传输介质不能传输低频信息的问题,并且使用带通调制信号可以传输得远。
(1)模拟信号调制为模拟信号。
由于基降信号包含许多低频信息或直流信息,而很多传输介质并不能传输这些信息,因此需要使用调制器对基带信号进行调制。
模拟信号调制为模拟信号的方法有:
调幅(AM):依据传输的原始模拟数据信号变化来调整载波的振幅。
调频(FM):依据传输的原始模拟数据信号变化来调整载波的频率。
调相(PM):依据传输的原始模拟数据信号变化来调整载波的初始相位。
(2)模拟信号编码为数字信号。
模拟信号编码为数字信号最常见的就是跳冲编码调制(Pulse Code Modulation,PCM)。脉冲编码的过程为采样、量化和编码。
采样,即对模拟信号进行周期性扫描,把时间上连续的信号变成时间上离散的信号。采样必须遵循奈奎斯特采样定理才能保证无失真地恢复原模拟信号。
举例:模拟电话信号通过PCM编码成为数字信号。语音最大频率小于4kHz(约为3.4kHz).根据采样定理,采样频率要大于2倍语音最大频率,即8kHz(采样周期=125μs),就可以无失真地 FSK恢复语音信号。
量化,即利用抽样值将其幅度离散,用先规定的一组电平值把抽样值用最接近的电平值来代替。规定的电平值通常用二进制表示。
举例:语音系统采用128级(7位)量化,采用8kHz的采样频率,那么有效数据速率为56kb/s,又由于在传输时,每7bit需要添加1bit的信令位,因此语音信道数据速率为64kb/s。
编码,即用一组二进制码组来表示每一个有固定电平的量化值。然而实际上量化是在编码过程中同时完成的,故编码过程也称为模/数变换,记作A/D。
(3)数字信号调制为模拟信号。
模拟信号传输的都是在数字载波信号上完成的,与模拟信号调制为模拟信号的方法类似,可以利用调制频率、振幅和相位三种载波特性之一或组合。基本调制方法有:
幅移键控(Amplitude Shift Keying,ASK):载波幅度随着基带信号的变化而变化,方式还可称作通-断键控或开关键控。
如图2-3所示显示了ASK调制器的输入和对应的输出波形,对于输入二进制数据流的每个变化,ASK波形都有一个变化。对于二进制输入为1的整个时间,输出为一个振幅恒定、频率恒定的信号;对于二进制输入为0的整个时间,载波处于关闭状态。
注意:1和0时的ASK波形表示方式可以相反。
频移键控(Frequency Shift Keying,PSK):较波频率随着基带信号的变化再变化。如图2-4所示显示了FSK调制器的输入和对应的输出波形,从中可以发现二进制0和1的输入对应不同频率的波形输出。
相移键控 PSK
4PSK又称QPSK
DPSK称相对键控调制,又称2DPSK
正交幅度调制,QAM
(4)数字信号调制为数字信号
极性编码(归零码,不归零码)
双相码,差分码