数字-模拟编码
数字-模拟编码是用模拟信号来表示数字信息的编码技术。
它们可以归为三种机制:
(1)幅移键控(ASK)(2)频移键控(FSK)(3)相移键控(PSK)
在实际应用中,还有一种机制是将振幅和相位变化结合起来的正交调幅(QAM)机制。
载波信号
在模拟传输中,发送设备产生一个高频信号作为基波来承载信息信号,这个基波就称为载波信号或载波频率。数字信号通过改变载波信号的一个或多个特性(振幅、频率和相位)被调制到载波信号上。
数字模拟编码的三种方式
- 幅移键控(ASK)
在幅移键控(ASK)中,通过改变信号的强度来表示二进制的0和1,而振幅改变的同时频率和相位则保持不变。一种常用的ASK技术是开关键控(OOK),其中某一比特值用没有电压来表示,从而降低传输信息所需的能量。
采用ASK技术的传输速度受到传输媒体的物理特性所限制,而且受噪声(如脉冲噪声)影响较大。
幅移键控(ASK)所需带宽用以下公式计算:
- 在频移键控(FSK)中,通过改变信号的频率来表示二进制的0和1,在每个比特时延中信号的频率是一个常数而且其值依赖于所代表的比特值(0或1) ,而振幅和相位都不变。
FSK避免了ASK中的噪声问题,FSK技术的限制因素就是载波的物理容量。
频移键控(FSK)的频谱可以认为是两个ASK频谱的和,所以其所需带宽用以下公式计算:
- 在相移键控(PSK)中,通过改变信号的相位来表示二进制的0和1,最大振幅和频率都不改变。在每个比特延时中信号相位是依赖于所表示比特值的常数。
PSK编码质量不像ASK编码那样受噪声的影响,但是和FSK技术一样受带宽的限制。
在相移键控(PSK)中,除了二相位的2-PSK外,还可以采用4相位的Q-PSK或者8相位的8-PSK。它们分别以2倍或3倍于2-PSK的速度传输数据。
相移键控(PSK)编码传输技术所需的带宽和ASK编码所需的带宽相等。但是在PSK编码传输中的比特率是ASK编码的两倍或更多。
- 正交调幅(QAM)编码是将ASK和PSK以某种方式结合起来的编码技术。由于振幅变化比相位变化易受噪声影响,因而不同值之间需要更大的距离,同时在QAM中总是采用的相位变化数量比振幅的变化要多。
QAM编码的优势在于传输效率更高,对噪声的敏感性更低。
QAM编码既可能是4-QAM也可能是8-QAM或者16-QAM等。 其所需的最小传输带宽和ASK编码以及PSK编码是一样的,但是 传输相同的比特率,所需要的波特率却分别只有原来的1/2,1/3 和1/4等。
模拟-模拟编码
模拟-模拟编码是用模拟信号来表示模拟信息的一种技术,典型的例子就是无限电波。
模拟-模拟编码可以通过三种方法来实现:
- 调幅(AM)
在调幅(AM)传输技术汇总,载波信号的振幅根据调制信号的振幅的改变而被调整。载波信号的频率和相位保持不变,只有振幅随着信息改变。调制信号变成了载波信号的一个包络线。
调幅信号的带宽等于调制信号带宽的2倍并且覆盖以载波频率为中心的频率范围。
- 调频(FM)
在调频(FM)传输技术中,载波信号的频率根据调制信号电压(振幅)的改变而被调整。载波信号的频率相应会改变。
调频信号的带宽等于调制信号带宽的10倍并且覆盖以载波频率为中心的频率范围。 - 调相(PM)
在调相(PM)传输技术中,载波信号的相位随着调制信号的电压变化而调整。最大振幅和频率保持恒定,而当信息信号的振幅变化时,载波信号的相位随之发生相应的改变。为了使硬件更简单,可以使用PM技术来代替FM技术。