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E2 · 发布于 2026年10月6日 · 由 The Ham Desk 编辑部撰写
数字调制、编码与扩频
这是频段上每一种弱信号模式背后的理论。它解释比特如何变成符号、为什么点数更多的星座图能携带更多数据却也要求更好的信号，以及编码与扩频如何让信号从噪声之下被恢复出来。
- 频段 none
- 建议用时 19
- 难度 拔高
- 题 10
信号处理与数字通信 — 波形叠加与辐射方向图
上机前速览
把比特变成符号
数字调制方式把若干比特映射为载波的若干离散状态。二进制相移键控（BPSK）有两个相隔 180° 的状态，每个符号携带一个比特。正交相移键控（QPSK）用四个状态、每符号两个比特；16-QAM 用十六种幅度与相位组合携带四个比特；64-QAM 携带六个。在相同带宽下，点数加倍使数据率加倍，但同时也把相邻点之间的距离减半，因此同样的噪声更容易把接收到的符号推过判决边界、判错。
这一取舍在星座图上清晰可见：它把每个接收符号的幅度与相位画成二维网格上的一个点。噪声表现为理想点周围的一团模糊云；点间距离与云团大小之比决定误码率。这就是条件较差的 HF 路径要用点数少、更稳健的方式，而条件好的路径可以用点数多的方式的原因。
任何方式的效率都有上限，即香农极限，它把信道的无差错容量与其带宽和信噪比联系起来。它表明容量只随带宽线性增长，却随信噪比对数增长——因此超过某一点之后，增加功率的收益远不如增加频谱。这正是带宽更宽的较高频段对数据通信具有吸引力的理论原因。
编码：付出冗余，换取可靠
前向纠错（FEC）在数据中加入冗余比特，使接收端无需请求重发即可检出并修复错误。卷积码配维特比译码适合被随机噪声破坏的比特流；里德-所罗门码则处理突发错误，是卫星与存储应用的标准做法。在相同误码率下相对未编码系统的改善量称为编码增益，通常有若干 dB。
交织是编码的补充。深度衰落或脉冲会连续抹掉一串比特，而大多数编码处理分散错误的效率远高于处理成簇错误，因此发射端打乱比特顺序、接收端再还原——把一次长突发变成许多短而可纠正的错误。代价是延迟，因为交织器必须先装满才能输出。
自动重传请求（ARQ）采取相反的思路：检测到错误就请求重发该帧。ARQ 需要回传通路，且吞吐量随信道变差而下降，因此 HF 上的弱信号模式普遍采用前向纠错而非 ARQ。
扩频
扩频刻意占用远超数据所需的带宽，以换取抗干扰能力与共享频段的可能。在直接序列扩频（DSSS）中，数据被一个高速伪随机码相乘，发射能量因此被稀薄地铺展在宽频带上；接收端用同一个码相乘，把目标信号重新压缩回原来的窄带，而任何窄带干扰则被展宽、稀释。扩频带宽与数据带宽之比称为处理增益，也就是系统能容忍比信号更强的干扰多少分贝。
跳频扩频（FHSS）走另一条路：载波按伪随机序列在许多频率之间跳跃，因此占据任一单频的干扰只在跳频恰好落到该频率的那一小部分时间内产生影响。两种技术常被结合使用。由于两者都依赖接收端知道码或跳频序列，它们同时构成一种选择性接入，而非加密。
正交频分复用（OFDM）是另一个同样使用宽频段的想法：不用一个高速载波，而是同时发射许多低速子载波，每个都窄到使频率选择性衰落只影响其中一部分。保护间隔吸收多径回声，使各子载波保持正交——这就是 OFDM 成为地面数字广播以及恶劣路径上高速数据标准的原因。
必须能说出定义的术语
| 术语 | 考官想听到的表述 |
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| 星座图 | 数字信号幅度与相位状态的图示，噪声表现为每个点周围的云团。 |
| 前向纠错 | 加入冗余比特，使接收端无需重发即可纠正错误。 |
| 交织 | 打乱比特顺序，把突发错误分散为可纠正的单个错误。 |
| 处理增益 | 扩频带宽与数据带宽之比，以可容忍干扰的 dB 数表示。 |
| OFDM | 正交频分复用：同时发射许多窄而紧密相邻的子载波。 |
题目区 10 题
星座图显示的是什么？
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16-QAM 信号每个符号携带多少比特？
QPSK 相对 BPSK 的主要优势是什么？
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前向纠错起什么作用？
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为什么把交织与纠错编码一起使用？
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直接序列扩频如何使信号抗干扰？
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扩频系统中的处理增益是什么？
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正交频分复用的核心思想是什么？
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按香农关系，信道容量随带宽的增长与随信噪比的增长相比如何？
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为什么现代数字模式常在每次发射的开头包含同步序列？
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