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,所謂的調制,就是對這三個變量進行調制。
在模擬調制中,分別有AM,FM和PM。
在數字調制中,分別有ASK,FSK和PSK。
鑒于現在通信系統中,用到的基本都是數字調制,所以今天就來論論數字調制。
用數字化的基帶信號,對載波的幅度進行調制,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,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。但在實際系統中,很少使用。
因為當載波幅度的個數增加時,幅度電平之間的距離減小,冗余性減小,容易產生誤判。
用數字化的基帶信號,對載波的頻率進行調制,稱為頻移鍵控(FSK,frequency shift keying).
比如說,有兩個頻率,當要傳輸0時,使用頻率f0,當要傳輸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,所以每種狀態可以唯一的表示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,分別為000,001,010,011,100,101,110,111。
8種狀態,正好能把這2^3=8種二進制數的排列給窮盡了。
用數字化的基帶信號,對載波的相位進行調制的方式,稱為"PSK"。
比如說,有兩個相位,分別是0度和180度,當要傳輸0時,使用相位0度,當要傳輸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。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,正好可以把2^2=4種二進制數的排列給窮盡了。
描述PSK調制信號時,通常使用星座圖的形式。
星座圖是極坐標圖,即當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,FSK和PSK都可以通過增加調制的階數,來提高吞吐率。
什么意思呢?
假設現在有50人,需要從一個地方到另一個地方。
那么顯然,假設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,就是要比小汽車的階數大。
但是實際使用中,調制階數也不能搞得太高。
對于ASK而言,調制階數增加,幅度之間的距離減少,容易受噪聲影響;
對于FSK而言,調制階數增加,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,但是調制階數增加的太多,符號間的距離減小,同樣也會受噪聲影響。
那怎么辦呢?
于是,就有了同時調節兩種變量的方法。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制的調制方式,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
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