淺談通信系統(tǒng)中的三種變量調(diào)制

一個射頻載波，有三個變量，分別為幅度，頻率和相位。用公式表示，就是：

所以，所謂的調(diào)制，就是對這三個變量進行調(diào)制。

在模擬調(diào)制中，分別有AM，F(xiàn)M和PM。

在數(shù)字調(diào)制中，分別有ASK，F(xiàn)SK和PSK。

鑒于現(xiàn)在通信系統(tǒng)中，用到的基本都是數(shù)字調(diào)制，所以今天就來論論數(shù)字調(diào)制。

用數(shù)字化的基帶信號，對載波的幅度進行調(diào)制，稱為幅移鍵控(ASK,amplitude shift keying)。

比如有兩個離散載波幅度，一個是滿幅，即100%的振幅；一個是較低的幅度。如下圖所示。

每個幅度，則表示一個符號。有兩個離散幅度，所以可以表示兩種狀態(tài)，每個符號匹配一個比特。

使用兩個以上的載波幅度，稱為"M-ary" ASK。但在實際系統(tǒng)中，很少使用。

因為當(dāng)載波幅度的個數(shù)增加時，幅度電平之間的距離減小，冗余性減小，容易產(chǎn)生誤判。

用數(shù)字化的基帶信號，對載波的頻率進行調(diào)制，稱為頻移鍵控(FSK,frequency shift keying).

比如說，有兩個頻率，當(dāng)要傳輸0時，使用頻率f0，當(dāng)要傳輸1時，使用頻率f1。這就是FSK的最基本形式，稱為BFSK。

使用多個頻率的FSK，稱為“M-ary”FSK。

比如8FSK，使用8個頻率，可以表示8種狀態(tài)，所以每種狀態(tài)可以唯一的表示3個比特。

什么叫做唯一？

就是說，這三個比特的排列組合不會重復(fù)，分別為000,001,010,011,100,101,110,111。

8種狀態(tài)，正好能把這2^3=8種二進制數(shù)的排列給窮盡了。

用數(shù)字化的基帶信號，對載波的相位進行調(diào)制的方式，稱為"PSK"。

比如說，有兩個相位，分別是0度和180度，當(dāng)要傳輸0時，使用相位0度，當(dāng)要傳輸1時，使用相位180度。這就是PSK的最基本形式，稱為BPSK。

使用多個相位的PSK，稱為“M-ary”PSK。

比如通常所說的QPSK，就是4PSK，在這里，有4個相位狀態(tài)。每個相位代表一個符號，每個符號傳遞2個比特。

因為4個相位狀態(tài)，正好可以把2^2=4種二進制數(shù)的排列給窮盡了。

描述PSK調(diào)制信號時，通常使用星座圖的形式。

星座圖是極坐標(biāo)圖，即當(dāng)一個點畫到星座圖上后，其角度即代表信號的相位，點到原點的距離，即是信號的幅度。

純粹的PSK，具有恒定的幅度，在星座圖上，就是都在同一個圓上。

ASK，F(xiàn)SK和PSK都可以通過增加調(diào)制的階數(shù)，來提高吞吐率。

什么意思呢？

假設(shè)現(xiàn)在有50人，需要從一個地方到另一個地方。

那么顯然，假設(shè)交通工具的時速是差不多的情況下，位置多的大巴，肯定比5個位置的小汽車，運力要大。大巴的階數(shù)，就是要比小汽車的階數(shù)大。

但是實際使用中，調(diào)制階數(shù)也不能搞得太高。

對于ASK而言，調(diào)制階數(shù)增加，幅度之間的距離減少，容易受噪聲影響；

對于FSK而言，調(diào)制階數(shù)增加，所要求的帶寬也增加，而實際生活中，頻率帶寬是很貴的；

PSK也一樣，雖然可能比ASK和FSK要好點，但是調(diào)制階數(shù)增加的太多，符號間的距離減小，同樣也會受噪聲影響。

那怎么辦呢？

于是，就有了同時調(diào)節(jié)兩種變量的方法。如APSK，即amplitude -and -phase -shift keying，同時對幅度和相位進行調(diào)制。

比如16APSK，增加了一個幅度電平，反映到星座圖上，就是增加了一個圓，與原有的圓同心。

因為不同的符號，分布在不同的圓上，增加了符號之間的距離，如下圖所示。

另外一種，同時對幅度和相位進行調(diào)制的調(diào)制方式，為QAM，即quadrature amplitude modulation.

QAM星座圖上的符號，是以矩形形式排列的。

和APSK一樣，星座圖上的每一點，也代表了唯一的幅度和相位。

如下圖所示的兩種QAM星座圖。

16QAM包括16種唯一的幅度和相位的結(jié)合，每種組合，代表4個比特。

64QAM包括64種唯一的幅度和相位的結(jié)合，每種組合，代表6個比特。

最后，來比較一下16PSK，16APSK，16QAM的星座圖。

很明顯，QAM符號間隔與16PSK，16APSK相比，分布更均勻，間隔也更遠。

編輯：黃飛

?