海军武器工程导论
数字通信的方法
图1
一种通信系统，可通过的被传递的信息（也称为数据）的性质或在其中传送的信号的性质是数字的。如果这些是数字那么我们的目的就被认为是数字通信系统。有数据和信号类型的四种可能的组合：
- 模拟数据，模拟信号;
- 数字数据、模拟信号;
- 模拟数据、数字信号;
- 数字数据，数字信号。
在模拟调制一章中讨论了第一种情况。在本章中，我们将讨论剩下的三种组合。带有模拟信号的数字数据
这种方法用于通过光纤网络、计算机调制解调器、移动电话网络和卫星系统等需要模拟信号的传输通道发送计算机信息。在每个系统中，电磁载波用于远距离传输信息，并将远程数字信息用户连接起来。数字数据用来调制载波的一个或多个参数。这个基本过程被称为“shift-key”，以区别于AM和FM等纯粹的模拟系统。与模拟调制一样，载波有三个参数要改变，因此移位键控有三种基本类型:
- 振幅移位键控(ASK)
- 频移键控(FSK)
- 相移键控（PSK）。
问
在振幅移位键控中，根据数字数据在离散电平(通常是两个)之间改变载波振幅。一个典型的ASK信号可能是这样的:
图2. BASK信号。
要传输的数字数据是二进制数1011。用两个振幅直接表示数据，0或1。在这种情况下，调制被称为二进制幅度移位键控或晒太阳。信号被分成四个相同持续时间的脉冲，代表数字数据中的位。每个字符使用的比特数是系统的一个函数，但通常是8位，其中7位代表128个可能的字符，最后一位用于检查错误，并在本章的末尾解释。
移频键控
在频移键控中，载波频率在离散值之间改变。如果只使用两个频率，那么这将被称为BFSK，用于二进制频移键控。在这个图中，同样的数据是1011。
图3。BFSK信号。
PSK
在脉冲的开头的载波的相位被离散值之间变化。该特定情况下是上面而是在BPSK中所示的相同的代码。
图4. BPSK信号。
多状态频率/相位键控
在二进制移位键控中，载波参数只有两种选择，随数字数据的变化而变化。在BASK中，振幅有两种可能，分别对应于0和1。对于BFSK和BPSK也是如此。这与二进制数字系统很好地匹配，二进制数字系统也对每个比特使用两种可能性，0和1。通过在每个比特中加入更多的选择，可以提高数据传输速率。例如，4-ary(或四元PSK)使用四种不同的相位:0,90,180和270度。这给出了四个可能的值在每个脉冲处，对应于数据的两个独立的流（信道）。同样地，16进制FSK可以在同一时间发送的数据的四个通道。幅度相位键控
该方法使用的振幅和相位键控的组合。例如，如果我们使用幅度的两个层次和阶段一起的两个层面，将有一个总的四种可能性。这是用来同时发送的数字数据的两个独立的通道。这种特殊的情况下，被称为交我或第四纪PSK．它们是相同的，尽管在这个层次上可能不明显。由于等效性，基本过程称为幅相键控。这个过程可以扩展到更多的可能性。完全通用的术语是M进制APK，它并没有具体说明哪个参数有多少种可能性。16-APK可能有2个振幅和8个相位，或每个4个，这无关紧要。其结果是，可以同时发送的独立信道的数量增加了。如果M指定了来自M-ary APK系统的可能组合的数量，那么可以同时传输的数字数据的信道数量由
N =日志2m
能力
所有的这些方法，其利用等间隔的脉冲序列来调制载波具有类似的带宽。由每个脉冲的持续时间确定的带宽，指定为T.
D.．一般的结果是，产生这个脉冲所需的最小带宽W是由
w ^ 1 /（2T.
D.）
给定一个特定的带宽限制，在其可以被传输的数据可以被确定的速率。如果带宽是W（以Hz），和调制类型是M进制，在该数据可被转移，以每秒（也称为波特率）比特给出的速率R，由下式给出：
R = W2米
现在看来，免费午餐原则(即没有免费午餐)已被违反。给定相同的带宽(由脉冲持续时间决定)，数据速率可以通过使用更高的M-ary调制类型来扩展。你可能会怀疑，这不会永远成功。最后，增加每个脉冲的比特含量，可以降低信噪比。说明这一点的一种方法是考虑M-ary FSK。从BFSK开始，带宽限制了两个频率之间的差异。如果将相同的间隔进一步细分为16元FSK，任何两个相邻频率之间的差值就会减少1/16，这使得区分它们变得更加困难(尤其是在有噪声的情况下)。这可以量化为信噪比的降低。这也适用于所有其他M-ary系统。系统的持续运行会导致较低的信噪比，从而导致错误率的增加
误差概率为信噪比
显然，在不影响性能的情况下，不可能无限期地提高数据速率。这个结果在容量的哈特利-香农定律中表示为:
C = r记录（1 + S / N）
地点:
C =在比特每秒容量（BPS）
信噪比(取决于调制类型和噪声)。
例子：
高清晰度电视(HDTV)仍将使用广播电视使用的6mhz频道。使用16-QAM和6.0的S/N，他们可以将6 x 4 x Log (7) = 20.3 Mbps的数字数据发送到相同的6 MHz频段。
最小Shift键控(MSK)
这是用于查找一个特定的方法（通常是FSK）的最小信号带宽的技术。在BFSK，是在两个频率不选择为足够远，那么它会变得无法区分两个层次。在频率差的条件下，DFMSK.，使得能够确定两个层次是准确
DFMSK.= 1 /（4T.
D.）
在哪里T.D.为前面讨论过的脉冲持续时间。MSK被认为是使用给定带宽的最有效的方法。它最大限度地提高了给定带宽内的可靠性(这与信噪比有关)。
与数字信号的模拟数据
数字信号可以通过专用连接在两个或多个用户之间传输。为了传输模拟数据，必须先把它转换成数字形式。这个过程被称为抽样，或编码。抽样包括两个步骤:
- 进行测量以固定的采样间隔，和
- 转换测量的值转换成二进制代码。
采样
信号的振幅是按一定的间隔测量的。间隔被指定为T.
S.，称为样本区间。采样间隔必须选择得足够短，使信号在两次测量之间不会发生很大变化。采样率，即采样间隔的倒数，应该大于被采样信号的最高频率分量的两倍。这个抽样率被称为奈奎斯特频率．如果你在一个较低的采样率，您运行丢失了一些信息，被称为风险混叠．
图5.数字采样。
编码
一旦获得样本，就必须将其编码为二进制。对于给定的比特数，每个样本只能取有限数量的值。这限制了样品的分辨率。如果每个样本使用更多的位，那么就会获得更高的分辨率。例如，如果采样是8位的，那么每个采样可能只取256个不同的值。16位采样将在每个采样间隔中为信号提供65,536个唯一的值。更高的位采样要求更多的数据存储和更多的带宽传输。
例如：紧致盘。
音频光盘存储模拟信息（音乐）作为数字信号。音乐的振幅以高速率进行采样，约41000个样本/秒。在任何音频信号的最高频率分量是20千赫。因此，奈奎斯特速率为40kHz，它解释为41000样本/秒的采样率的原因。每个样品给出使用16个-Bits，其在任何一个时间给出了样品振幅超过65,000可能值的二进制表示。该信号可以取的值从1到任意单位65000（通常电压）。功率，这是这样的平方电压的范围可以从1到4.3×109单位。在动力这种变化称为动态范围和分贝表示。如果我们把4.3×109入分贝，动态范围为96分贝。
数字,数字
我们已经讨论了计算机如何使用二进制数字系统来执行操作。在最简单的形式，数字数据是零和一，其中在任一时刻的值称为位的集合。为了让两个数字用户（如计算机）进行通信，必须有使用的格式的协议。有些情况下，用二进制数格式化几种不同的方式。这就是所谓的脉冲编码调制或PCM。最直接的PCM格式被指定为NRZ-L，非归零水平。在这种格式中，电平直接表示的二进制值：低电平= 0，高电平= 1。
图6。PCM的NRZ-L格式。
还有许多其他的品种，下文将对此进行说明:
图7. PCM格式。
奇偶校验
在传输过程中的某个地方可能发生错误。提高传输PCM信号可靠性的一种方法是在每条数据中添加校验和位。例如，在一个8位字节中，7位可以用于数据，最后一个保留给校验和位。在一种方法中，校验和位由奇偶校验(即偶数或奇数)确定。在偶数奇偶校验和中，加一个0或1使总数为1(包括校验和)为偶数。在奇偶校验中，加一个0或1使1的总数为奇数。示例:7位数据字段是0100111，它已经有偶数个1了。在偶数奇偶校验中，将添加一个0作为校验和，使其为01001110。
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