DDN是利用数字信道来传输数据信号的数据传输网，既可用于计算机之间的通信，也可用于传送数字化传真、数字语音和数字图像等信号。......
2023-10-22
数字数据模拟信号调制-计算机网络技术基础
【摘要】：图2—32数字数据的模拟信号调制模拟信号发送的载波信号是一种连续的频率恒定的信号，可以表示为正弦波形式：载波S=Asin式中，A为幅度；w为频率；φ为初相位。从几个具有不同参量的独立振荡源中选择参量，为此把数字信号的调制方式称为“键控”。例如，将待发送的数字信号按照两比特一组的方式组织，2位二进制数有00、01、10和11这4种组合。
要在模拟信道上传输数字数据，首先，数字信号要对相应的模拟信号进行调制，即用模拟信号作为载波运载要传送的数字数据，例如，利用PSTN（公共交换电话网络）的方式进行数据传输就需要将数字数据调制成模拟信号。在发送端的数字数据要转换成模拟信号才能传输，这个过程称为调制（Modulate）；在接收端需要将模拟信号转换成数字数据，这个过程称为解调（Demodulate）。通常，每个工作站既要发送数据又要接收数据，所以总是把调制和解调的功能合成一体，称为调制解调器（Modem）。
图2—32所示的通信案例中，为了利用电话交换网实现远距离计算机之间的数字信号传输，必须将数字信号转换成模拟信号。所以需要在发送端选取音频范围的某一频率的正（余）弦模拟信号作为载波，用它运载所要传输的数字信号，通过电话信道将其送至另一端；在接收端再将数字信号从载波上分离出来，恢复为原来的数字信号波形。
图2—32 数字数据的模拟信号调制
模拟信号发送的载波信号是一种连续的频率恒定的信号，可以表示为正弦波形式：
载波S（t）=Asin（wt+φ）
式中，A为幅度；w为频率；φ为初相位。
调制的方法主要通过改变正弦波的幅度、频率或相位来传送信息，使A、w或φ随着数字基带信号的变化而变化。其基本原理是把数据信号寄生在载波的三个参数中的一个上，即用数字信号来进行幅度调制、频率调制或相位调制。从几个具有不同参量的独立振荡源中选择参量，为此把数字信号的调制方式称为“键控”。数字调制主要有移幅键控、移频键控和移相键控。
1.移幅键控（Amplitude Shift Keying，ASK）
移幅键控使用载波频率的两个不同振幅来表示两个二进制值，如图2—33所示。移幅就是把频率、相位作为常量，而把振幅作为变量，信息比特是通过载波的幅度来传递的。例如，用载波幅度Am表示数字1，用载波幅度0表示数字0，频率和相位都是常量。其数字表达式为：
图2—33 移幅键控
在一般情况下，用振幅恒定载波的存在与否来表示两个二进制字。ASK方式的编码效率较低，容易受噪声变化的影响，抗干扰性较差。在音频电话线路上，一般只能达到1 200b/s的传输速率。
2.移频键控（Frequency Shift Keying，FSK）
移频键控法是使用载波频率附近的两个不同频率来表示两个二进制值，即通过改变载波信号的角频率来表示数字信号1、0的方法，如图2—34所示。对于移频键控来说，幅度和相位是常量，频率是变量。例如，用角频率w1表示数字1，用角频率w2表示数字0。在音频电话线路上的传输速率可以大于1200b/s。其表达式为：
(www.chuimin.cn)
FSK比ASK的编码效率高，技术简单，不易受干扰的影响，抗干扰性较强，是目前常用调制方式之一。
图2—34 移频键控
3.移相键控（Phase Shift Keying，PSK）
移相键控是使用载波信号的相位移动来表示二进制数据，即通过改变载波信号的相位值来表示数字信号1、0的方法。对于移相键控来说，幅度和频率为常量，相位为变量。例如，如果用相位的绝对值表示数字信号1、0，则称为绝对调相；如果用相位的相对偏移来表示数字信号1、0，则称为相对调相，如图2—35所示。
图2—35 移相键控
绝对调相（Absolute PSK）：在载波信号S（t）中，φ为相位。最简单的情况是用相位的绝对值来表示它所对应的数字信号。当表示数字1时，取φ1=0；当表示数字0时，取φ2=π。其表达式为：
相对调相（Differential PSK）：用载波在两位数字信号的交接处产生的相位偏移来表示载波所表示的数字信号。最简单的相对调相方法是，两比特信号交接处遇0，载波信号相位不变；两比特信号交接处遇1，载波信号相位偏移π。
多相调制（Multiple Phrase Modulation，MPM）：前面讨论的是两相调制方法，即用两个不同的相位波形分别表示二进制数0、1。在模拟数据通信中，为了提高数据传输速率，人们常采用多相调制的方法。例如，将待发送的数字信号按照两比特一组的方式组织，2位二进制数有00、01、10和11这4种组合。每组是一个双比特码元，可以用4个不同的相位值（0、π/2、π、3π/2）去表示这4组双比特码元。那么在数据传输过程中，相位每改变一次，就传送2个二进制比特，这种调相方法称为四相调制，如图2—36所示。同理，如果发送的数据每3个比特组成一个3比特码元组，3位二进制有8种组合，那么相应地可以用8种不同的相位值去表示，这种调相方法称为八相调制。
图2—36 四相调制
PSK方式具有很强的抗干扰能力，其编码效率比FSK还要高。在音频线路上传输速率可达9600 b/s。
在实际的应用中，一般将这些基本的调制技术组合起来使用，以增强抗干扰能力和编码效率。常见的组合是PSK和FSK方式的组合，或者PSK和ASK方式的组合。由PSK和ASK结合的相位幅度调制（PAM）是解决相移数已达到上限但还能提高传输速率的有效方法。
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