深入研究数字-模拟编码技术

本文主要介绍数字-模拟编码技术。之前的文章《硬件接口协议之“通信线路物理层编码技术介绍”》介绍了数字-模拟编码技术主要有以下几种：

• 幅移键控编码(ASK，Amplitude shift keying)
• 频移键控编码(FSK，Frequency shift keying)
• 相移键控编码(PSK，Phase shift keying)
• 正交调幅编码(QAM，Quadrature Amplitude Modulation)

ASK

二进制的两个数分别由载波信号两种不同的振幅值表示。通常，其中一个振幅值为零，以降低传输信息所需的能量。

所生成的调制信号为：

式中，载波信号是Acos(2πfc t)。

噪声通常只影响振幅，所以ASK是受噪声影响最大的调制技术，因此在语音线路上ASK通常仅用于数据率不高于1200bps的情况，更多地用于通过光纤传输数字数据（有无光脉冲）。

FSK

二进制的两个数分别由邻近载波频率的两个频率表示。

式中，f1和f2通常是载波频率fc的两个偏移值，其绝对值相等，偏移方向相反。

FSK的抗干扰性能优于ASK（噪声对其影响小）。典型数据率为1200bps左右（语音线路）。也常用于高频(3~30MHz)无线传输。使用同轴电缆的局域网中，甚至可用于更高的频率。

PSK

通过载波相位的变换表示数据。抗干扰性能优于ASK（噪声对其影响小）。

PSK又包括：BPSK（二进制相移键控）、QPSK（四相移键控）、OQPSK（正交相移键控）、MSK（最小位移键控）等。

BPSK是用两个相位代表两个二进制数：

双值相移键控(BPSK)及其“星座图”(Constellation)如下图所示：

四相位PSK(4-PSK、QPSK)是采用四种信号相位变化方式，让每一种变化代表两个比特(4-PSK)。此时我们可以用两倍于2-PSK的速率传输数据。

八相位PSK(8-PSK)是在8-PSK的基础上，每次对相位只变化45°，而不是90°。通过使用八个不同相位，每相移一次可以代表三个比特。所以8-PSK的传输速率比2-PSK快三倍。

QAM

正交调幅编码QuadratureAmplitude Modulation (QAM)是调幅(ASK)和调相(PSK)技术的综合(同时改变正弦波三个特性中的振幅和相位)。理论上可以有无数的状态组合。通常有 4QAM，16QAM，64QAM，256QAM，……等。