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MC3-0496-相比 RTTY 和 APRS 等二值串行方式,同时传输多位二进制信息的方式属于并行通信方式。在下列业余无线电数字方式中,属于并行通信的有

MC3-0496 用 log₂M 讲清多音调制为何算并行:MFSK16 十六音每符号 4 bit,FT8 八音每符号 3 bit,Olivia 音调数可在 2 到 64 之间调整,CW 只有通断两态属二值串行。文中给出音调间隔、符号率与占用带宽的估算算式,并把串行并行与同步异步两组分类分开辨析。

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【题目编号】MC3-0496

【题目】相比 RTTY 和 APRS 等二值串行方式,同时传输多位二进制信息的方式属于并行通信方式。在下列业余无线电数字方式中,属于并行通信的有:

【答案】ABC(多选题)

[A]MFSK16

[B]FT8

[C]Olivia

[D]CW

考点速览

这道题考数字通信的第一组基本分类——串行与并行。题库给并行下的定义是「同时传输多位二进制信息」,串行则是「一位一位按顺序传」。业余无线电里没有排线式的并行信道,所谓并行只能落在频率轴上:用 M 个离散音调构成多进制(M-ary)调制,一个符号落地时,接收机只要判断「收到的是哪个音」,就一次读出 log₂M 位二进制信息。RTTY 与 APRS 被题干点名为二值串行,是因为它们每个符号只承载 1 bit。这类题在数字通信板块里属于地基,串行与并行、同步与异步两组分类几乎年年都考,先把判据记牢,后面所有模式题都能往上挂。

多音调制为什么算并行

二进制串行通信的判据是「一个符号时间内信道里只有两种可能状态」:有与无,mark 与 space。RTTY 用两个音(mark 与 space)表示 0 和 1,一个符号周期只送 1 bit;APRS 的 1200 波特 AFSK 同样是二值串行;CW 更极端,只有「键按下」与「键抬起」两种状态,属通断键控(on-off keying)。

多进制 FSK 换了个思路:把信道在频域切出 M 个互不重叠的频点,发端一次只发其中一个音,收端用滤波器组或快速傅里叶变换判断是哪一个。判定结果有 M 种,于是每符号携带 log₂M 位二进制信息。这就是「同时传输多位二进制信息」的字面来源——不是真有 M 根线并行跑,而是一次判决同时确定多位。

正交 MFSK 有个干净的工程约束:音调间隔 Δf 约等于符号率 R(单位波特),占用带宽近似 B ≈ M × Δf。拿一组真实参数验算:某模式用 16 个音调、音调间隔 15.625 Hz,那么符号率就是 15.625 波特,一个符号占 1 ÷ 15.625 ≈ 0.064 秒,也就是 64 毫秒;频域跨度是 16 × 15.625 = 250 Hz,考虑成形滤波后实际占用约 316 Hz。每符号 4 bit,于是未经编码的符号速率上限为 15.625 × 4 = 62.5 bit/s;扣掉纠错码与同步开销,真正送给用户的信息速率还要低一截。

接收机怎么把多位一次读出来

多音信号的解调与二值 FSK 完全不同。二值 FSK 只要一个鉴频器或两个窄带滤波器,比出哪个能量大即可;多音信号则要在每个符号时间内对整个音频带做一次频谱分析,量化出 M 个频点的能量,再取最大者。M 越大,判决门限越密,对信噪比与频率误差就越敏感——这也是多音模式宁可用强纠错码也不用更大 M 的原因。频率漂移在多音系统里是硬伤:音调间隔只有几赫兹时,几十赫兹的收发频差就足以让判决落到隔壁音上。

四种模式的关键参数对照

把参数摆在一起,判据会变得非常直观。某个十六音模式用十六个音调、音调间隔十五点六二五赫兹,符号率等于音调间隔,约十五点六二五波特,每符号四比特,频率跨度约二百五十赫兹。八音弱信号模式用八个音调、间隔六点二五赫兹,符号率六点二五波特,每符号三比特,一帧七十九个符号,其中五十八个承载数据,占用频谱宽度约五十赫兹。奥利维亚的音调数可在二到六十四之间选择,常见配置是十六音占五百赫兹、三十二音占一千赫兹,每符号分别是四比特与五比特。等幅电报只有通与断两种状态,每符号一比特,占用带宽只取决于发报速度,几十赫兹而已。

参数放在一起还能看出规律:要传同样多的比特,音调越多符号周期越短,音调越少则要靠更长的符号时间积累能量。八音模式的符号率不到十六音模式的一半,单符号能量更集中,这是它在弱信号场合更受青睐的原因。

逐项辨析

选项 A(MFSK16)正确。它把十六个音调排成一组,每符号 4 bit,配合前向纠错编码与交织,是典型的多进制并行方式。

选项 B(FT8)正确。FT8 用八个音调,音调间隔 6.25 Hz,每符号 3 bit;一帧 79 个符号里有 58 个承载数据,3 × 58 = 174 bit,交给 LDPC 纠错编码。八种频率状态、每符号 3 bit,正合并行的判据。

选项 C(Olivia)正确。Olivia 是 MFSK 家族里参数可调的一员,习惯写成「音调数/带宽」的形式,常见配置如十六音占 500 Hz、三十二音占 1000 Hz,每符号分别 4 bit 与 5 bit。音调数可选 2 到 64,只要音调数大于 2,就属于一次传多位的多进制方式;它靠长时间积分换取低信噪比下的可读性,速度极慢但抄收顽强。

选项 D(CW)不成立。CW 只有单一射频频率的通与断,状态数为 2,每符号 1 bit,与 RTTY、APRS 同属二值串行一类。状态数只有两个,不满足同时传多位的判据,这一项错误。

容易混淆的几组概念

「并行」说的是符号承载的比特数,不等于速率高。FT8 的 6.25 波特看起来慢,但每符号 3 bit,而且它靠长时间积累与纠错换灵敏度,速率从来不是目标;反过来,PSK31 只有 31.25 波特、每符号 1 bit,仍属串行,却因变长编码(varicode)在字符层面效率不低。

串行与并行,和同步与异步是彼此独立的两个维度,不要交叉套用。RTTY 是串行且异步,FT8 是并行且同步;多音并不自动等于同步。还有人把并行理解成几台发射机发同一份内容,那是分集,与调制层面的一次传多位无关。

并行的代价与收益

并行不是白来的好处。多音信号的解调要在每个符号周期内完成一次频谱分析,设备复杂度高于二值移频键控;音调间隔越窄,对收发两端频率稳定度的要求越高,几赫兹的频差就能让判决错位。占用带宽也随音调数增长,十六音模式比八音模式宽出好几倍。

收益同样明确。一个符号周期里判决多个比特,等效于把信息分散到多条频率通道上并行传送,遇到窄带干扰或选择性衰落,损失的只是部分音调,纠错编码能把它们补回来;符号周期拉长以后,单位时间内的能量更集中,弱信号下的可抄收性明显提升。这也是这类模式多用于短波弱信号通信的原因。

应试要点

拿到一个数字模式先数符号状态:状态数为 2 就是二值串行(CW、RTTY、APRS);状态数大于 2 就是多进制并行(MFSK16、FT8、FT4、JT65、Olivia)。记住 log₂M 这条换算式:8 音 3 bit,16 音 4 bit,64 音 6 bit;再记住「占用带宽约等于音调数乘音调间隔」,两个考点一次串起来。

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