（一）ASK，FSK和PSK，（典型应用电路）




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。

图一
 
 
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。

图二
 
 
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。

图三
 
 
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”。

图四
 
 
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。

图五
 
 
下面是常见的调制技术汇总表：
 
图六
 
 
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)。

图七
 
 
(14)A.ASK B.FSK C.PSK D.DPSK
 
答案：C
 
三者对比

图八
 
 
这里再补充BPSK和DPSK的区别：
 
BPSK（二进制相位偏移键控）：
BPSK使用两个不同的相位来表示两个二进制数字（0和1）。通常，一个相位表示0，另一个相位表示1。
•在发送端，二进制数据直接与载波信号的相位进行调制。如果数据为0，则不改变相位；如果数据为1，则改变相位180度。
•在接收端，接收到的信号与本地参考载波进行比较，根据相位变化来判别接收到的是0还是1。
DPSK（差分相位偏移键控）：
DPSK中，每个二进制数值的相位变化与前一个二进制数字的相位变化有关，而不是与参考载波的相位变化有关。
•在发送端，初始相位被设定为一个已知值。如果数据为0，则将相位保持不变；如果数据为1，则改变相位180度。
•在接收端，接收到的信号与先前接收到的信号的相位差进行比较，根据相位差来判别接收到的是0还是1。
 
两者最大的区别：
 
BPSK在发送端和接收端都需要参考载波相位，而DPSK只需要比较连续的信号相位差。

图九
 
 
（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)。

图十
 
 
(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）码元速率和数据速率的关系
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。
 
所以可得：
 
DPSK,对应两种码元[log2(2)]，码元速率和数据速率相同
 
QPSK，对应4种码元[log2(4)]，数据速率是码元速率的两倍
 
一般这样考察：
 
一个8进制信号的码元速率为4800波特，对应的信息速率是多少？
 
8进制信号，每个码元包含log2(8)=3个比特。信息速率也就是比特速率。
则计算为：4800*3=14400bit/s
 
这里区分曼彻斯特编码，差分曼彻斯特编码
 
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
 
码元速率是数据速率的两倍，正好与QPSK相反 （对应例题4）
 
例题1：
 
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。

图十一
 
 
(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。也可以直接用公式：
 
数据速率=log2（4）*码元速率，即数据速率=2*码元速率
 
例题4：
 
4.在异步传输中，1位起始位，7位数据位，2位停止位，1位校验位，每秒传输200字符，采用曼彻斯特编码，有效数据速率是（）kb/s,最大波特率为（）baud。
 
(13)A.1.2
B.1.4
C.2.2
D.2.4
(14)A.700
B.2200
C.1400
D.4400
 
【答案】B,B
 
【解析】
 
每秒传200字符，而每个字符有1+7+2+1=11位，那么每秒传200*11=2200bit，即2.2kb/s，有效数据位占7/11，故有效率为7/11*2.2kb/s=1.4kb/s;或者直接字符数量*每个字符的有效数据位:200*7=1400bit/s=1.4kb/s。
错解:最大码元速率(波特率)B=2W=2*2.2k=4.4k Baud=4400 Baud
正解:R=BlogzN=2Wlog2N 2.2kb/s=Blog22 B=2200 Baud（适用于无噪声信道）
 
 
设信道采用2DPSK调制，码元速率为300波特，则最大数据速率为b/s
(27)
 
A.300
B.600
C.900
D.1200
 
答案：A
 
解析：
 
无噪声情况下，应该依据奈奎斯特定理来计算最大数据速率。
 
奈奎斯特定理为:最大数据速度=2Wlog2(N）=Blog2(N)=300Xlog2(2)=300
 
例题5：
 
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。

图十二
 
 
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。
 
例题6：
 
设信号的波特率为1000Baud，信道支持的最大数据速率为2000b/s，则信道采用
的调制技术为()
A.BPSK B.QPSK D.BFSK   D.4B5B
 
【答案】B
 
【解析】
 
R=Blog₂N 2000=1000log₂N N=4，只有QPSK是4项调制
 
补充·：PCM
 
PCM 脉冲编码调制是Pulse Code Modulation的缩写。脉冲编码调制是数字通信的编码方式之一。主要过程是将话音、图像等模拟信号每隔一定时间进行取样，使其离散化，同时将抽样值按分层单位四舍五入取整量化，同时将抽样值按一组二进制码来表示抽样脉冲的幅值。（原始音频数据，数据量很大，一般要经过压缩（aac）后再使用）,分为采样，量化，编码三步。
 
详细可看：http://t.csdnimg.cn/90ofD
 
基带传输：
 
分为：极性码，单极性码，双极性码，归零码，不归零码，双相码（曼彻斯特编码）

图十三
 
 
•极性编码
使用正负电平和零电平来表示的编码。
 
极性码使用正电平表示0，负电平表示1;
 
单极性码使用正电平表示0，零电平表示 1;
 
双极性码使用正负电平和零电平共3 个电平表示信号。典型的信号交替反转编码(Alternate Mark Inversion，AMI)就是一种双极性码，数据流中遇到1时，电平在正负电平之间交替翻转:遇到0则保持零电平。
 
极性编码使用恒定的电平表示数字0或1，因此需要使用时钟信号定时
 
•归零码(Return to Zero，RZ)
码元中间信号回归到零电平，从正电平到零电平表示0，从负电平到零电平表示 1。这种中间信号都有电平变化的方式，使得编码可以自同步。
 
 
•不归零码(Not Return to Zero，NRZ)
码元中间信号不回归到0，遇到1时，电平翻转:遇到0时，电平不翻转。这种翻转的特性称为差分机制。在不归零反相编码(No Return Zero-Inverse，NRZ-I)中，编码后电平只有正负电平之分，没有零电平，属于不归零编码。NRZ-I遇到0时，电平翻转:遇到1时，电平不翻转。
 
•双相码
双相码的每一位中有电平转换，如果中间缺少电平翻转，则认为是违例代码，既可以同步也可以用于检错。负电平到正电平代表0，正电平到负电平代表1。
 
 
•曼彻斯特编码
曼彻斯特编码属于一种双相码，负电平到正电平代表 0，高电平到负电平代表 1;也可以是负电平到正电平代表1，正电平到负电平代表0，常用于 10M 以太网。传输一位信号需要有两次电平变化，因此编码效率为50%。
 
 
•差分曼彻斯特编码
差分曼彻斯特编码属于一种双相码，中间电平只起到定时的作用，不用于表示数据。信号开始时有电平变化则表示0，没有电平变化则表示1。
 
•4B/SB、8B/10B、8B/6T编码
由于曼彻斯特编码的效率不高，只有 50%，因此在高速网络中，这种编码方式显然就不适用了。在高速率的局域网和广域网中采用m位比特编码成n位比特编码方式，即mB/nB编码。

图十四