一、ASK,FSK和PSK
数字数据调制技术在发送端将数字信号转换为模拟信号,而在接收端将模拟信号还原为数字信号,分别对应于调制解调器的调制过程和解调过程。
数字信号只有有限个离散值,使用数字信号对载波进行调制的方式称为键控(Keying),分为幅度键控(ASK)、频移键控(FSK)和相移键控(PSK)。
幅度键控可以通过乘法器和开关电路来实现,在数字信号为“1”时电路接通,此时信道上有载波出现;数字信号为“0”时电路被关断,此时信道上无载波出现。在接收端可以根据载波的有无还原出数字信号的“1”和“0“。调幅技术实现简单,但抗干扰性能较差,在数据通信中已经很少使用了。
频移键控是利用两个不同频率(f1和f2)的载波信号分别代表数字信号“1”和“0”,即用数字信号“1”和“0”来控制两个不同频率的振荡源交替输出。这种调制技术抗干扰性能好,但占用带宽较大,频带利用率低,主要用于低速Modem中。
用数字数据的值调制载波的相位,这就是相移键控(psk)。例如用180°相移表示“1”;用0°相移表示“0”。这种调制方式抗干扰性能较好,而且相位的变化还可以作为定时信息来同步发送机和接收机的时钟。码元只取两个相位值的叫2相调制,码元取4个相位值的叫4相调制。
移相键控分为绝对移相和相对移相两种。
绝对移相
以未调载波的相位作为基准的相位调制叫作绝对移相。以二进制调相为例,取码元为“1”时,调制后载波与未调载波同相;取码元为“0”时,调制后载波与未调载波反相,“1”和“0”时调制后载波相位差180°,上面所讲的都是绝对移相。
相对移相(dpsk)
利用调制信号前后码元之间载波相对相位的变化来传递信息。
举例:
2dpsk
是用前后码元的相对载波相位值传送数字信息。所谓相对载波相位是指本码与前一码元初相之差。具体的,码元为“1”时,2DPSK信号的相位变化180°。而码元为“0”时,2DPSK信号的相位不变,可将它简称为“1变0不变”。
4dpsk
所谓4相相对相移键控(4DPSK)是利用前后两个码元之间的相对相位变化来表示二进制数据,其变化规律如下图所示,实线和虚线分别代表两种不同的调制方案,码元信号分布在复平面的同心圆上。这样可以用一个码元代表两位二进制数,能提供较高的数据速率,但实现技术更复杂。
考察方式如图:
可以用数字信号对模拟载波的不同参量进行调制,下图所示的调制方式称为(14)。
(14)A.ASK B.FSK C.PSK D.DPSK
答案:C
三者对比
二,码元速率和载波速率的关系
(对于二进制符号而言,一个码元可以包括只有一位的二进制数“1”、“0”,也可以包括两位的二进制数“00”、“01”、“10”、“11”,当然也可以包括三位甚至以上的二进制数。这个码元的持续时间长度就叫做码元周期T,而1秒中传输多少个码元也就是(1/T)个码元的个数就叫做码元速率也叫做波特率。 而对于在传输系统中,要表示一个码元需要多少个周期的载波信号,则其由(载波频率除于码元速率)决定。如下图,一个码元需要2个周期的载波信号表示
例题1
下图所示的调制方式是(17),若载波频率为2400Hz,则码元速率为(18)。
(17)A.FSK B.2DPSK C.ASK D.QAM
(18)A.100 Baud B.200 Baud C.1200 Baud D.2400 Baud
【答案】B C
【解析】
根据波形可以看出,这是一种差分编码,所以应选2DPSK。另外,每一位包含两个周期,如果载波频率为2400Hz,则码元速率就是1200波特。
三、码元速率和信息速率的关系
对于比特率,也叫信息速率,也就是平常所说的数据速率(b/s),其是码元速率(波特率
Baud)乘上log2(M)的结果,这是信息理论的知识,你看一个码元中装的二进制位数越多就可以表示的东西越多,所以携带的信息量越大。
例:
在异步通信中,每个字符包含1位起始位、7位数据位、1位奇偶位和1位终止位,每秒钟传送200
个字符,采用DPSK调制,则码元速率为()
A.200 B.500 C.1000 D.2000
R=200*(1+7+1+1)=2000bps,根据DPSK默认是2DPSK,也就是2相N=2,代入R=Blog(N),
数值为:2000=Blog(2),得出波特率B=2000
例题2:
下图所示的调制方式是(11),若数据速率为1kb/s ,则载波速率为(12)Hz。
(11)A.DPSK B.BPSK C.QPSK D.MPSK
(12)A.1000 B.2000 C.4000 D.8000
【答案】A B
【解析】
根据图形可知是以载波的相对初始相位变化来实现数据的传送,并且初始相位与前一码元的发生180度变化为二进制0,无变化为1.因此可知采用的调制技术为DPSK(差分相移键控)。对应的码元速率和二进制数据速率(比特率)相同,而载波速率为其两倍。
例题3:
在异步通信中,每个字符包含1位起始位、8位数据位、1位奇偶位和2位终止位,若有效数据速率为800b/s ,采用QPSK调制,则码元速率为(16)波特。
(16)A.600 B.800 C.1200 D.1600
【答案】A
【解析】
有效数据速率为800bps,因此可知传输速率为:1200bit/s。QPSK调制技术,4种码元,对应需要用二位二进制表示。因此每2位二进制表示一种码元,码元速率为二进制数据速率(比特率)的一半。
另一类例题:码元速率(波特率)与数据速率的关系
1.曼彻斯特编码,差分曼彻斯特编码需要两个码元才能表示一位信息,所以波特率是数据速率的两倍。
2.正交幅度调制16-QAM的数据速率是码元速率的(15)倍。
(15)A.2 B.4 C.8 D.16
【答案】B
【解析】
正交幅度调制(Quadrature Amplitude Modulation, QAM)是把两个幅度相同但相位相差90°的模拟信号合成为一个载波信号,经过信道编码后把数据组合映射到星座图上,如下图所示。
QAM调制实际上是幅度调制和相位调制的组合,同时利用了载波的幅度和相位来传递数据信息。与单纯的PSK调制相比,在最小距离相同的条件下,QAM星座图中可以容纳更多的载波码点,可以实现更高的频带利用率。16-QAM是用一个码元表示4比特二进制数据,它的数据速率是码元速率的4倍。目前最高可以达到1024-QAM,即用一个码元表示10比特数据。