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数字调制与多路复用

• 比特与代表他们的信号之间的转换过程称为数字调制。

数字调制的解决方案：
基带传输：即信号的传输占有传输介质上从零到最大值之间的全部频率，这是有线介质普遍使用的调制方法。近距离通信的局域网都采用基带传输。
通带传输：信号占据了以载波信号频率为中心的一段频带，这是无线和光纤信道最常用的调制方法。
信道通常被多个信号共享，这种信号共享的形式称为多路复用技术。

基带传输

NRZ: 不归零编码，即正电平表示1，低电平表示0。一个周期可以全部用来传输数据，这样传输的带宽就可以完全利用。一般常见的带有时钟线的传输协议都是使用NRZ编码或者差分的NRZ编码。因此，使用NRZ编码若想传输高速同步数据，基本上都要带有时钟线，因为本身NRZ编码无法传递时钟信号。注意含有直流分量。

NRZI： 即既能传输时钟信号，又能尽量不损失系统带宽。对于USB2.0通信的编码方式就是NRZI编码。信号电平翻转表示0，信号电平不变表示1。例如想要表示00100010(B)，则信号波形如下图所示：

曼彻斯特编码：每一位的中间有一跳变，位中间的跳变既作时钟信号，又作数据信号；信号由高向低跳变表示数据0，信号由低向高跳变表示数据1。传输了时钟信号，但也损失了一部分的带宽。是平衡信号，且不含直流信号，自含同步时钟。
有一种方式获得曼彻斯特编码，即通过NRZ与时钟信号的异或运算，注意此处采用时钟上升沿和符号802.3以太网的规则实现：

即所谓的差分曼切斯特编码
若位开始（每一位码元开始的地方）有跳变为 0，无跳变为 1。

可以发现曼彻斯特编码的信号位(位中间)前的跳变表示数据。

AMI: 双极性码,1的个数和0的个数相等。在AMI信号中，数据流中遇到”1″时，使电平在正和负之间交替翻转，而遇到”0″时，则保持零电平。这种双极性码是三进制信号编码方法，它与二进制相比抗噪声特性更好。AMI有其内在的检错能力，当正负脉冲交替出现的规律被打乱时容易识别出来，这种情况叫做AMI违例。

以上编码称为线路编码。

带宽效率
采用NRZ编码，每两个比特信号可能在正电压和负电压之间循环。需要至少B/2的宽带才能获得B bps的比特率，这是奈奎斯特定律计算得到的。
提高有限带宽的有效策略有：使用两个以上的信号级别。

时钟恢复
一种策略是给接收器发一个单独的时钟信号。
另一种策略是把数据信号和时钟信号异或混在一起，即曼彻斯特编码方式。此方式也有缺点，它的效率是同参数的NRZ的1/2，因为每一个信号单元，会包括两个bit，而NRZ则是每一个信号单元只含一个bit。那么它以高于二倍比特率的速度运行。NRZ只有在面临一长串的0或1的时候，才会出现时钟恢复，因为当0和1变化频繁的时候，对接受起来说很容易与入境符号流保持同步。

平衡信号
在很短的事件正负电压一样多的信号称为平衡信号。
一种构造的方式是使用两个电压级别来表示逻辑1，比如用+1V和-1V俩表示1，而0V用0表示，那么发送一的时候，总能保证信号平衡。这种方案就是双极编码。
平衡信号送入差动放大器，原信号和反相位信号相减，得到加强的原始信号，由于在传送中，两条线路受到的干扰差不多，在相减的过程中，减掉了一样的干扰信号，因此更加抗干扰

通带传输
信道上允许不同的信号并存。
前面都是基于带宽或者频带宽度。绝对频率值对于容量并不重要。这意味着，我们可以将一个占用0~BHz的基带信号搬移到频谱位置在 S ~ S + B Hz的通带上,而不会改变该信号所携带的信息,即使搬移后的信号看上去完全不同。为了在接收器处理信号，我们可以把它搬回到基带，这样更便于符号的检测。
数字调制也可以借助通带完成，即针对通带内的载波信号进行调制或调节。我们可以调制载波的振幅，频率和相位。
载波信号： 普通信号（声音、图象）加载到一定频率的高频信号上，在没有加载普通信号的高频信号时，高频信号的波幅是固定的，加载之后波幅就随着普通信号的变化而变化（调幅），还可以调相，调频。

ASK:幅移键控，比如使用0和1分别控制不同的振幅幅度。
PSK:相移键控，比如使用0和1分别控制不同的相位移动幅度。
FSK:频移键控，比如使用0和1分别控制不同的频率。
QPSK：数据是通过载波信号的四种不同相位差来，分别为45°，135°，225°，315°表示的。

调制器输入的数据是二进制数字序列，为了能和四进制的载波相位配合起来，则需要把二进制数据变换为四进制数据，这就是说需要把二进制数字序列中每两个比特分成一组，共有四种组合，即00，01，10，11其中每一组称为双比特码元。如图

也是是最常用的一种卫星数字信号调制方式。解调器根据星座图及接收到的载波信号的相位来判断发送端发送的信息比特。 这些都是星座图，星座图中规定了星座点与传输比特间的对应关系，这种关系称为“映射”，一种调制技术的特性可由信号分布和映射完全定义，即可由星座图来完全定义。

点的相位是以它为起点到原点的线x正轴之间的夹角表示，一个点的振幅是该点到原点的距离表示。
那么一般的表示情况是如模拟信号QAM-X,其中QAM表示正交调幅,X表示组合数。而为了防止出错，一般采用格雷码的形式编码。

复用模式

频分复用
频分复用(FDM)就是将用于传输信道的总带宽划分成若干个子频带（或称子信道），每一个子信道传输1路信号。频分复用要求总频率宽度大于各个子信道频率之和，同时为了保证各子信道中所传输的信号互不干扰，应在各子信道之间设立隔离带，这样就保证了各路信号互不干扰（条件之一）。

时分复用(TDM)
使用这种技术，两个以上的信号或数据流可以同时在一条通信线路上传输，其表现为同一通信信道的子信道。但在物理上来看，信号还是轮流占用物理信道的。时间域被分成周期循环的一些小段，每段时间长度是固定的，每个时段用来传输一个子信道。
时分制通信也称时间分割通信，它是数字电话多路通信的主要方法，因而PCM通信常称为时分多路通信。
统计(或异步)复用(STDM)
所谓“异步”或者“统计”，是因为它利用公共信道“时隙”的方法，与传统的时分复用方法不同。传统的时分复用接入的每个终端都固定分配了一个公共信道的一个时隙，是对号入座的，不管这个终端是否正在工作都占用着这个时隙，这就使时隙常常被浪费。而又因为终端和时隙是“对号入座”的，所以它们是“同步”的。异步时分复用或统计时分复用是把公共信道的时隙实行“按需分配”，即只对那些需要传送信息或正在工作的终端才分配给时隙，这样就使所有的时隙都能饱和地得到使用，可以使服务的终端数大于时隙的个数，提高了媒介的利用率，从而起到了“复用”的作用，但是每一时间间隙都要携带地址，指明对象。

码分复用(CDM)
用一组包含互相正交的码字的码组携带多路信号，允许来自不同用户的多个信号公用相同的频带。笔记本电脑或个人数字助理(PersonalDataAssistant，PDA)以及掌上电脑(HandedPersonalCOmputer，HPC)等移动性计算机的联网通信就是使用了这种技术。
码分多址(CDMA)：不同的地址码来区分的地址，划分是根据码型结构不同来实现和识别的。

公共电话交换网络(PSTN)
电话系统：主要三个部分，本地回路，中继线，交换局等等。
其中本地回路多用三类双绞线。
交换局包括端局，汇接局，长途局。

ASDL: 非对称数字用户线路（Asymmetric Digital Subscriber Line）是数字用户线路（xDSL，Digital Subscriber Line）服务中最流行的一种。它允许高达8 Mbps的下行速度和 1 Mbps的上行速度。

• ADSL用户环路相关设备：ADSL Modem，DSLAM, Codec, Splitter

非对称： 主要体现在上行速率和下行速率的非对称性上。
信道带宽： 1.1MHz（物理介质的带宽，不存在滤波器）

原理： 它利用数字编码技术从现有铜质电话线上获取最大数据传输容量，同时又不干扰在同一条线上进行的常规话音服务。其原因是它用电话话音传输以外的频率传输数据。用户可以在上网的同时打电话或发送传真，而这将不会影响通话质量或降低下载Internet内容的速度。

连接： ADSL设备连接分为两端：用户端设备和服务提供端设备。其中用户端设备包括POTS(Plain Old Telephone Service)分流器和ADSL调制解调器(MODEM)。POTS分流器用于将话音和数据传输分开，使得将话音传向电话机，将数据送到ADSL MODEM，以便同时传输话音和数据。ADSL MODEM用于将需接收和发送的数据转换成相应的传输码，以获得高速率和远距离传输，它必须与网络服务接入端的MEDEM兼容。从此可看出用户端接入是很简单的。

服务提供端设备主要有DSL访问多路复用器DSLAM等设备。DSLAM设备由中心网点ADSLMODEM和服务访问多路复用器SAM组成。其主要功能是将许多用户的ADSL线路集聚在一起，向PSTN重定向话音和向高速线路传输数据。

特点：
（1）高速传输
（2）上网、打电话互不干扰
（3）独享带宽，安全可靠

调制解调器： 执行数字比特流和模拟幸好之间的转换的设备。调制解调器具有调制器和解调器的功能。从逻辑上讲，调制解调器通常按装在数字和模拟设备之间。

需要记住的是大多数的调制解调器发送速率是2400波特。

Codec编码解码器：过程包括采样(至少最大频率的二倍)，量化，编码。
xDSL是各种类型DSL数字用户线路)的总称，包括ADSL、RADSL、VDSL、SDSL、IDSL和HDSL等。
而DSL随着举例的增加，带宽急剧下降；在较短距离内客人提供较高的带宽。
演示图

所用的xDSL的服务目的：

ADSL应用:离散多音调制(DMT)

DMT调制技术把数据传送通道以每信道为4kHz的宽度划分为25个上行子信道和249个下行子信道，因此，从ADSL的理论上说，上行速率为25×15×4kHz=1.5Mb/s，而理论下行速率为249×15×4kHz=14.9Mb/s（注：以上两公式中的15为每信道采样值位数,采样率是4000波特；数据通过QAM，高达15bits/baud）。

调制解调器和编译码器异同

• 调制就是用基带脉冲对载波波形某个参数进行控制，形成适合于线路传送的信号。
• 采用调制解调器也可以把音频信号转换成较高频率的信号和把较高频率的信号转换成音频信号。所以调制的另一目的是便于线路复用，以便提高线路利用率。
• Codec则没有调制频率的作用，只有数字与模拟之间的相互转换。

QPSK与QAM的异同
QAM的特点是各码元之间不仅幅度不同，相位也不同，属于幅度与相位相结合的调制方式，在QPSK中各码元的幅度相同只是相位不同，所以其平均功率较高，QAM由于各码元的幅度不同，所以平均功率较小。