什么是数字调制?

[拼音]：shuzi tiaozhi

[外文]：digital modulation

以数字信号作为调制信号的调制技术。一般采用正弦波作为载波，这种数字调制又称为载波键控。

用电键进行控制，这是借用了电报传输中的术语。载波键控是以数字信号作为电码，用它对正弦载波进行控制，使载波的某个参数随电码变化。

根据正弦波受控参数的不同，载波键控可以分为三大类:移幅键控(ASK)、移频键控(FSK)、移相键控(PSK)。它们分别是正弦波的幅度、频率、相位随着数字信号而变化，图为三种键控相应的波形和功率谱密度。从图中可以看出，移幅键控和移相键控的带宽比移频键控窄。

单位时间内的键控次数称为键控速率（又称符号速率，传输码元速率），其单位为波特(baud)。单位时间内所传输的信息量，称为信息速率(又称比特速率)，其单位为比特／秒 (bit/s)。信息速率等于键控速率乘以键控信号所携带的平均信息量。

最常用的解调方式是相干解调，它按以下几个步骤进行：

（1）用参考载波与键控信号相乘，得到基带信号；

（2）用低通滤波器（或积分器）对此基带信号过滤，以便最大限度地集中信号能量并滤除噪声；

（3）对过滤后的基带信号进行采样和判决，并还原出形状规则的数字信号脉冲，这个过程也称为再生，适当选择低通滤波器的传输特性，使收信端的综合频域响应和发送信号的频谱满足共轭匹配关系，就可以在加性高斯白噪声信道上获得最小误码性能，这种解调称为最佳相干检测。在选择滤波器的响应时，应使收发综合响应满足奈奎斯特准则，或采取必要的均衡措施，以消除或克服码间干扰的影响（见基带传输）。

数字信号在传输过程中由于干扰、噪声和波形畸变的影响，可能产生误码。二进制数字信号在加性高斯白噪声信道上通过载波键控方式传输时，如果收信端采用最佳相干检测并消除码间干扰，则平均误码率Pe和归一化信噪比Es/N0的关系可以表示为

式中Es为单位码元的平均信号能量，N0为噪声谱密度，erfc（x）为互补误差函数，ρ为键控波形的互相关系数。对于移相键控，ρ=-1；对于移幅键控和移频键控，ρ=0。可以看出，为达到同样的误码率，移幅键控和移频键控所需的归一化信噪比等于移相键控的两倍。

通信系统中采用的数字调制技术有以下四种。

（1）四相移相键控(QPSK)：采用四个对称的相位来传送两个二进制码元。它的频谱效率较高、抗干扰性较强，是数字卫星、数字微波和有线数传中的一种主要调制方式。

（2）参差四相移相键控 (OQPSK)和最小移频键控(MFSK)：前者是将四相键控的两个调制码元偏移半个码长，后者是将连续相位移频键控的移频指数定为0.5，它们是四相键控的派生形式。它们具有包络较恒定、非线性信道引起的频谱展宽较小等优点，比较适用于卫星信道。

（3）八相移相键控(8PSK)、正交部分响应调制(QPRS)、16状态和64状态正交调幅（16QAM和64QAM）：这是一些频谱效率很高、误码性能也较好的数字调制技术，它们主要用于中、大容量的数字微波接力通信系统。

（4）连续相位调制(CPM)、受控调频(TFM)和高斯预滤波最小移频键控 (GMFSK)：这是一些具有较好频谱效率和误码性能的数字调制技术，其主要特点是包络恒定，旁瓣很低，非线性信道引起的频谱展宽很小，可用于移动通信和卫星通信。

参考书目

樊昌信等：《通信原理》，国防工业出版社，北京，1980。P.Z.Peebles，Communication System Principles，Addison Wesley Co.， Reading， Mass.， 1976.