图解调制技术原理

一路上

前言

调制是通信技术中最常用的技术词汇之一，FM收音机就是利用调制的方式来传输无线电信号的。人类能听到20HZ到20KHZ的声音，但如果无线电发射塔传输这段频率的电磁波，所需的天线尺寸就会非常大。

如果我们发射20HZ到20KHZ的电磁波，所需的天线尺寸将在千米范围内，这就是我们需要调制的原因。波的频率和波长成反比（f=C/）。

电磁波传播之前将其调制成高频信号，下面用一个简单的类比来理解调制。我们可以试着扔一张纸，这张纸不会走太远，但如果把它绑在石头上再扔一次，他会走的更远。这和我们调制的方式是一样的。纸相当于信息信号，石头相当于载波信号，纸包着石头相当于调制后的信号。

调制原理

我们知道，任何信号都有三个基本特性：振幅、频率和相位。在调制过程中，载波信号的一种特性会随着信息信号的变化而变化。例如，载波信号的频率是根据信息信号的振幅而变化的，这种技术称为调频。

注意：载波信号的频率总是很高，这意味着调制后的信号也具有很高的频率和能量，从调制信号的频率可以很容易地得到原始信号的值。

同样，我们也可以实现调幅，调幅后载波信号的振幅是根据信息信号的值而变化的。

到目前为止我们讨论的调制技术都是模拟类型，但是它们已经过时了。模拟调制很容易受到噪声的影响，噪声会降低信号的质量，而且在如今的电子仪器中，所有的操作都是以数字的形式进行的，数字信号不是1就是0，所以我们来讨论一下目前使用的数字调制技术。更具体地说，让我们看看如何将数字位转换为电磁波。

第一个数字技术是幅度偏移键控（ASK，Amplitude Shift Keying），根据数字脉冲调整载波信号的幅度，高振幅为1，低振幅为0。

下一种技术称为频移键控（FSK，Frequency Shift Keying），根据数字脉冲的值来调整载波信号的频率，在这种情况下，高频与1有关，低频与0有关。

第三种技术是相移键控（PSK，Phase Shift Keying），当数字脉冲从1移到0或从0移到1时，载波信号的相位变化180度。

电信技术的目的是提高数据传输速度和效率，但如果使用前面介绍的任何一种数字调制技术，都无法获得高的数据传输速度。在物理学中有一种技术，它可以发送多达6位的信息作为一个单一的电磁波，这种技术被称为正交振幅调制（QAM，Quadrature Amplitude Modulation）。

用简单的方法理解QAM，让我们看两个模拟信号，QAM的美妙之处在于,你可以调节这两个不同的信号作为一个信号，然后发送它，然后在接收端能够分离出原始信号，从而节省带宽，让我们看看这个调制是如何在QAM中完成的。

如图所示，使用载波对第一个信号进行调幅，第二个信号也用相同频率和振幅的载波调制。但给出载波信号后，会有90度的相移，现在这两个调制信号混合在一起，形成一个信号，我们称之为多路复用信号。有趣的是，在接收端，我们可以很容易地从复用信号中分离出原始信号。

在数字QAM的情况下，使用了类似的方法，这里不是模拟信号，而是将不同的比特组合相加来产生一个多路复用信号。

让我们看看16QAM是如何工作的；如果你熟悉数字技术，你就会知道任何形式的数据都是0和1的集合。

在16QAM中，我们可以将四位的值打包成一个电磁波发送出去，基于四位的值，这个输出将有不同的相角和振幅，这意味着复用信号的相位角和振幅可以完全表示四位数据。

在16QAM中，这种16位的值可以通过调整多路复用信号的相位和幅度来表示，然后使用这个单一的多路复用信号进行传输。

你可以看到不同的振幅和相位电磁信号如何表示不同的四位数据，使用与模拟调制类似的技术，这里的振幅调制信号也混合在一起，最后产生一个单独的输出。

在这种调制载波信号，是异相90度被使用，因此，用“正交”这个词来表示这种技术。如果我们用正常的调制技术来发送数据，而不是QAM，我们会用电磁信号。

因此，16QAM将数据传输速度提高了4倍，科学家们甚至实现了64 QAM，这被用于4G通信。64QAM同时使用6位数据，因此数据传输速度比普通调制技术快6倍。

结语

调制技术是一种将信息信号嵌入到载波信号中的通信方法。通过振幅、频率或相位的变化，可以实现信息的传输和处理。调制技术具有高效的传输能力、抗干扰性、高频谱利用率和兼容性等特点，在无线通信、广播和电视等领域发挥着重要作用。