调制的目的

调制目的：在无线传输中，信号是以电磁波的形式通过天线辐射到空间的。为了获得较高的辐射效率，天线的尺寸一般应大于发射信号波长的四分之一。而基带信号包含的较低频率分量的波长较长，致使天线过长而难以实现。通过调制，把基带信号的频谱搬至较高的载波频率上，可以大大减少辐射天线的尺寸。另外，调制可以把多个基带信号分别搬移到不同的载频处，以实现信道的多路复用，提高信道利用率。最后，调制可以扩展信号带宽，提高系统抗干扰、抗衰落能力，提高传输的信噪比。信噪比的提高是以牺牲传输的带宽为代价的。因此，在通信系统中，选择合适的调制方式是关键。基带信号（信息源，也称发终端）指发出的没有经过调制（进行频谱搬移和变换）的原始电信号，其特点是频率较低，信号频谱从零频附近开始，具有低通形式。调制信号是由原始信息变换而来的低频信号。调制本身是一个电信号变换的过程，是按A信号的特征然后去改变B信号的某些特征值（如振幅、频率、相位等），导致B信号的这个特征值发生有规律的变化，当然这个规律是由A信号本身的规律所决定的。由此，B信号就携带了A信号的相关信息，在某种场合下，可以把B信号上携带的A信号的信息释放出来，从而实现A信号的再生，这就是调制的作用。通过将多个音频(或基带)信号乘以不同的高频信号(载波)，我们可以通过同一个信道成功传输多个数据流而不会相互干扰。再次用载波相乘，将调制的信号转换回基带，再用低通滤波器和放大器清理并放大信号，即可让我们听到各种美妙动听的声音频率是描述每隔多长时间振荡一次或重复一次的术语，单位为赫兹(Hz)或秒的倒数。如果每秒振荡60次，则其频率为60Hz。信号调制的目的，是把需要传输的原始信息在时域、频域，或者码域上进行处理，以达到用尽量小的带宽传输尽量多的信息。在信号被调制之前，典型会经过如下变换：原始的语音或者packetdata-数字化&信源编码(只对语音而言，IPdata则可以省却)-信道编码(比如L2/L3加保护，封包，交织等等)Note:GMSK/QPSK/8PSK/16QAM/64QAM分别表示了不同的调制方法，就是想方设法把原始的信息“简化编码”，以达到用最少的symbol来代表原来的2^N个bit的目的，接下来被传输的是Symbol而不是bit。GMSK:1symbol=1bit=QPSK:1symbol=2bit…=64QAM:1symbol=6bit对于CDMA，还会多一道“扩频”，得到的多个Chip（chip的个数=扩频码的长度）来代表1个Symbol。“射频调制”。也有称为IQ调制的（这名字源于调制的方法）从射频角度来说，这个也可以叫做频谱搬移，其目的是把基带调制的信号搬移到射频频率上，这样信号才能够以无线的方式发射出去。射频调制可以用纯粹的三角函数来演示：cosa*cosb-sina*sinb=cos(a+b)如果a=ωct(载波频率，carrier信号，或者称为为LO，本振信号)，b=ωbt代表前述的“基带信号频率”。则我们得到：Qb*cos(ωct)-Ib*sin(ωct)=Ab(t)cos(ωbt)cos(ωct)+Ab(t)sin(ωbt)sin(-ωct)=Ab(t)cos(ωc+ωb)t1）.直观的结果：提供cos(ωct)给Qb（相乘，即混频）,提供sin(-ωct)给Ib(相乘，即混频)，再把产物相加，最后得到的就是射频调制信号；2）.狡猾的实现:sin(-ωct)在硬件实现上很简单因为sin(-ωct)=-cos(ωct+90)，就是说对原始的LO信号提供90度（1/4周期）的相移，再取反就可以得到—这是硬件上很容易实现的。3）.相位同步：基带信号ωbt和本振信号ωct要零相位差。或者说，基带调制信号送至射频发射机调制之间的硬件delay需要被补偿至2π。4）.幅度变化：注意最后产物上叠加的A(t),为基带信号的幅度信息。从这里可以看出恒包络信号（如GMSK,A(t)基本为常数）和非恒包络信号（如QPSK-nQAM，A(t)可能在最大和0之间变化）对于最终射频信号的影响—这个影响（用PAR来衡量）对于射频放大器的限制是众所周知的。1800MHz这个指的是载波频率QAM是用两路独立的基带信号对两个相互正交的同频载波进行抑制载波双边带调幅，利用这种已调信号的频谱在同一带宽内的正交性，实现两路并行的数字信息的传输。该调制方式通常有二进制QAM（4QAM）、四进制QAM（l6QAM）、八进制QAM（64QAM）…，对应的空间信号矢量端点分布图称为星座图，分别有4、16、64…个矢量端点。电平数m和信号状态M之间的关系是对于4QAM，当两路信号幅度相等时，其产生、解调、性能及相位矢量均与4PSK相同。在QAM（正交幅度调制）中，数据信号由相互正交的两个载波的幅度变化表示。模拟信号的相位调制和数字信号的PSK（相移键控）可以被认为是幅度不变、仅有相位变化的特殊的正交幅度调制。因此，模拟信号相位调制和数字信号的PSK（相移键控）也可以被认为是QAM的特例，因为其本质上就是相位调制。1、基带传输传输信息有两种方式：基带传输和调制传输。由信源直接生成的信号，无论是模拟信号还是数字信号，都是基带信号，其频率比较低。所谓基带传输就是把信源生成的数字信号直接送入线路进行传输，如音频市话、计算机间的数据传输等。载波传输则是用原信号去改变载波的某一参数实现频谱的搬移，如果载波是正弦波，则称为正弦波或连续波调制。把二进制信号调制在正弦波上进行传输，其目的除了进行频率匹配外，也可以通过频分、时分、波分复用的方法使信源和信道的容量进行匹配。数字信号只有几个离散值，这就象用数字信号去控制开关选择具有不同参量的振荡一样，为此把数字信号的调制方式称为键控。数字调制分为调幅、调相和调频三类，最简单的方法是开关键控，1出现时接通振幅为A的载波，0出现时关断载波，这相当于将原基带信号（脉冲列）频谱搬到了载波的两侧。如果用改变载波频率的方法来传送二进制符号，就是频移键控（FSK）的方法，当1出现时是低频，0出现时是高频。这时其频谱可以看成码列对低频载波的开关键控加上码列的反码对高频载波的开关键控。如果0和1来改变载波的相位，则称为相移键控（PSK）。这时在比特周期的边缘出现相位的跳变。但在间隔中部保留了相位信息。收端解调通常在其中心点附近进行。一般来说，PSK系统的性能要比开关键控FSK系统好，但必须使用同步检波。PSK相移键控(PhaseShiftKeying)QPSK调制效率高，要求传送途径的信噪比低，适合卫星广播。欧洲与日本的数字电视首先考虑的是卫星信道，采用QPSK调制。此项调制技术应用较为广泛，所以本文对PSK进行详细的介绍。数字调相：如果两个频率相同的载波同时开始振荡，这两个频率同时达到正最大值，同时达到零值，同时达到负最大值，它们应处于同相状态；如果其中一个开始得迟了一点，就可能不相同了。如果一个达到正最大值时，另一个达到负最大值，则称为反相。一般把信号振荡一次（一周）作为360度。如果一个波比另一个波相差半个周期，我们说两个波的相位差180度，也就是反相。当传输数字信号时，1码控制发0度相位，0码控制发180度相位。载波的初始相位就有了移动，也就带上了信息。在相位图上，余弦系数ai和正弦系数bi是分别由水平轴和垂直轴代表的，ai称为同相信号，用I(In-Phace)表示；bi成为正交信号，用Q（Quardrature）表示。QPSK四相相移键控(QuadraturePhaseShiftKeying)四相相移调制是利用载波的四种不同相位差来表征输入的数字信息，是四进制移相键控。QPSK是在M=4时的调相技术，它规定了四种载波相位，分别为45°，135°，225°，275°，其星座图见图3。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。每一个双比特码元是由两位二进制信息比特组成，它们分别代表四进制四个符号中的一个符号。QPSK是一种二维调制技术QAM正交振幅调制(QuadratureAmplitudeModulation)PSK只利用了载波的相位，它所有的星座点只能分布在半径相同的圆周上。当星座点较多时，星座点之间的最小距离就会很密，非常容易受到噪声干扰的影响。调制技术的可靠性可由相邻星座点之间的最小距离来衡量，最小距离越大，抵抗噪声等干扰的能力越强，当然前提是信号的平均功率相同。当噪声等干扰的幅度小于最小距离的1/2时，解调器不会错判，即不会发生传输误码；当噪声等干扰的幅度大于最小距离的1/2时，将发生传输误码。因此PSK一般只用在8PSK以下，常用的是BPSK和QPSKQAM是幅度、相位联合调制的技术，它同时利用了载波的幅度和相位来传递信息比特，因此在最小距离相同的条件下，QAM星座图中可以容纳更多的星座点，即可实现更高的频带利用率，目前QAM星座点最高已可达256QAM。我们以16QAM为例来说明QAM的特性。但是我们并不能无限制地通过增加电平级数来增加传输数码率。因为随着电平数的增加，电平间的间隔减小，噪声容限减小，同样噪声条件下误码增加。星座图，就是说一个坐标，如高中的单位圆，横坐标是I，纵坐标是Q，相应于投影到I轴的，叫同相分量，同理投影到Q轴的叫正交分量。由于信号幅度有差别，那么就有可能落在单位圆之内。具体地说，64QAM，符号有64个，等于2的6次方，因此每个符号需要6个二进制来代表才够用。这64个符号就落在单位圆内，根据幅度和相位的不同落的地方也不同。从其中一个点跳到另一个点，就意味着相位调制和幅度调制同时完成了。”