好的，我们来解释一下什么是数字通信系统以及它产生杂散信号的主要原因。

1. 何为数字通信系统？

数字通信系统 是一种利用离散的、数字化的信号（通常是二进制比特 0 和 1）来传输信息的通信系统。它与模拟通信系统（使用连续的信号波形）有根本区别。

核心特征和工作原理

1. 信源编码： 将原始的模拟信息（如语音、图像、视频）转换为数字比特流。这个过程可能涉及采样、量化和编码（如PCM编码），目的是在保证一定质量的前提下压缩数据量。
2. 信道编码： 为了提高传输的可靠性，抵抗信道中的噪声和干扰，在发送端加入有规律的冗余比特（纠错编码，如卷积码、Turbo码、LDPC码）。
3. 数字调制： 将数字比特流（或编码后的比特流）映射到高频载波信号的某些离散参数上，使其适合在特定信道（无线、有线）中传播。常见的调制方式有：
   • 幅移键控： 用不同振幅表示 0 和 1。
   • 频移键控： 用不同频率表示 0 和 1。
   • 相移键控： 用不同相位表示 0 和 1（如 BPSK, QPSK）。
   • 正交幅度调制： 同时调制载波的幅度和相位，在一个符号周期内传输多个比特（如 16-QAM, 64-QAM，256-QAM）。
4. 传输： 经过调制的信号通过物理信道（天线、光纤、电缆）发送出去。
5. 接收与解调： 接收端收到被噪声和干扰污染的信号后，通过解调过程尝试恢复出发送的符号序列。
6. 信道解码： 利用信道编码加入的冗余信息，检测和纠正传输过程中可能发生的比特错误。
7. 信源解码： 将恢复出来的数字比特流转换回原始的模拟信息（或需要的数字格式）。

优势（相比模拟系统）

• 抗干扰能力强： 数字信号更容易检测和再生，受噪声影响相对较小。
• 易于集成加密： 数字信息更容易进行加密处理，保障通信安全。
• 易于处理和存储： 数字信号可以直接由计算机处理和存储。
• 易于复用： 时分复用、码分复用等技术能更高效地共享信道资源。
• 可靠性高： 纠错编码能显著降低误码率。
• 标准化和集成度高： 便于大规模生产和降低成本。

2. 它产生杂散信号的主要原因是什么？

在数字通信系统（尤其是射频部分）中，杂散信号是指在期望传输信号频率之外产生的一些无用的、有害的射频辐射或输出能量。它们也被称为“杂散发射”、“杂散辐射”或简称“杂散”。主要原因包括：

1. 射频功率放大器的非线性： 这是最根本和最主要的来源之一。

   • 互调失真： 当放大器处理多个频率或宽带信号时，其非线性特性（包括幅度的非线性和相位的非线性）会产生新的频率分量（f = m*f1 ± n*f2 ± ...），这些分量往往落在带外甚至落入其他信道，成为杂散。
   • 谐波失真： 放大器非线性会产生输入信号频率整数倍的新分量（2f, 3f, 4f...）。这些谐波落在倍频频率附近，构成杂散。
   • 频谱再生： 对于复杂的调制信号（如QAM），其瞬时峰均功率比很高。当功率放大器为了效率工作在接近饱和区时，容易削波或产生交调分量，导致信号能量扩散到邻近频带，产生杂散。

2. 本地振荡器的相位噪声和杂散：

   • 相位噪声： 频率合成器产生的本振信号并非理想纯净的单频点，其相位会随机抖动（噪声），导致下变频或上变频后的信号频谱在理想频率附近存在边带噪声。虽然通常不被视为离散杂散点，但会影响邻道信号或接收灵敏度。
   • 参考杂散/时钟杂散： 频率合成器内部使用的基准参考信号（如晶体振荡器时钟）及其谐波会通过环路泄漏或串扰，表现为叠加在有用信号或本振上的离散单频点。锁相环内鉴相器的比较频率信号及其谐波也容易泄露出来，形成离散杂散。

3. 混频器的非线性与互调：

   • 混频器本身就是非线性器件，理想情况下产生期望的f_RF ± f_LO产物。但实际上，它还会产生其他不需要的频率分量，包括2f_LO、2f_RF、2f_LO±f_RF、f_RF±2f_LO、2f_RF±f_LO、2f_RF±2f_LO等组合频率（互调产物）。如果这些分量没有在输出端被充分滤除，就成为杂散。

4. 时钟信号及其谐波的泄露：

   • 高速数字电路（如基带处理器、数字变频器、高速ADC/DAC、FPGA）内部会产生丰富的时钟信号及其高频谐波。如果电路板设计或屏蔽不良，这些能量会通过空间辐射或电源/地线传导耦合到射频电路中，作为离散的杂散点（如几十MHz到GHz的时钟频率及其倍频）出现在发射频谱或影响接收灵敏度。

5. 开关电源噪声：

   • 高效率的开关电源本身就是一个强干扰源，工作在其开关频率（几十kHz到MHz）及其高次谐波上。如果电源滤波或隔离设计不当，这种噪声会通过电源线耦合到敏感的射频模拟电路（如PLL、VCO、接收前端、功放偏置）中，引入离散杂散分量或宽带噪声基底抬升。

6. 数字信号处理的非理想性：

   • 虽然基带处理本身通常是数字化的，但如果DAC（数模转换器）或ADC（模数转换器）存在失真、带内杂散（如DNL、INL引起）、时钟抖动等问题，也会引入杂散分量或影响信号质量。在数字上/下变频过程中，截断效应等也可能产生伪信号。

总结

数字通信系统通过传输离散的数字信号实现高效可靠的信息传递。然而，其射频部分中广泛存在的非线性（尤其在功放、混频器）、振荡器非理想特性（相位噪声、杂散）、高速数字电路噪声耦合（时钟、电源开关噪声）是产生有害杂散信号的主要原因。抑制这些杂散是设计高性能射频前端和确保系统电磁兼容性的关键挑战。

数字通信系统及其杂散信号产生原因

1. 什么是数字通信系统？

数字通信系统是利用离散的数字信号（0和1）传输信息的通信系统。其核心特征包括：

• 数字化处理：语音/图像等模拟信息通过采样、量化转换为比特流
• 信道编码：添加冗余比特提高抗干扰能力（如Turbo码、LDPC码）
• 数字调制：用比特控制载波特性（QPSK调相位、16-QAM调幅度和相位）
• 高效传输：通过光纤/无线等信道传输，接收端解调解码还原信息

关键优势：抗干扰性强（误码率比模拟系统低1000倍）、支持加密、便于集成处理（5G系统每秒可处理百万级数据包）

2. 杂散信号产生的主因

数字通信系统产生无用杂散信号的主要原因是射频电路的非理想特性，具体包括：

深度解析：

功放非线性是最关键的杂散源，尤其在5G/毫米波系统中：当使用256-QAM调制时，峰均比达10dB的功率回退，功放效率仅15%，强行提高效率就会产生强烈杂散。需采用数字预失真(DPD)技术补偿（现代基站DPC模块可抑制杂散30dB以上）。

案例：某5G基站测试中，时钟泄漏导致3.5GHz主频旁出现2.4GHz Wi-Fi频段的杂散干扰，通过优化PCB屏蔽层厚度（从0.1mm增至0.3mm）使干扰降低18dB。

这些杂散会降低系统容量（小区吞吐量下降20%）、引起邻道干扰（ACLR超标）、甚至触发频谱监管处罚。现代通信设备通过自适应消噪算法和三维电磁仿真，在设计阶段就预测并抑制90%以上的杂散风险。