浅谈通信系统中的三种变量调制

一个射频载波，有三个变量，分别为幅度，频率和相位。用公式表示，就是：

所以，所谓的调制，就是对这三个变量进行调制。

在模拟调制中，分别有AM，FM和PM。

在数字调制中，分别有ASK，FSK和PSK。

鉴于现在通信系统中，用到的基本都是数字调制，所以今天就来论论数字调制。

用数字化的基带信号，对载波的幅度进行调制，称为幅移键控(ASK,amplitude shift keying)。

比如有两个离散载波幅度，一个是满幅，即100%的振幅；一个是较低的幅度。如下图所示。

每个幅度，则表示一个符号。有两个离散幅度，所以可以表示两种状态，每个符号匹配一个比特。

使用两个以上的载波幅度，称为"M-ary" ASK。但在实际系统中，很少使用。

因为当载波幅度的个数增加时，幅度电平之间的距离减小，冗余性减小，容易产生误判。

用数字化的基带信号，对载波的频率进行调制，称为频移键控(FSK,frequency shift keying).

比如说，有两个频率，当要传输0时，使用频率f0，当要传输1时，使用频率f1。这就是FSK的最基本形式，称为BFSK。

使用多个频率的FSK，称为“M-ary”FSK。

比如8FSK，使用8个频率，可以表示8种状态，所以每种状态可以唯一的表示3个比特。

什么叫做唯一？

就是说，这三个比特的排列组合不会重复，分别为000,001,010,011,100,101,110,111。

8种状态，正好能把这2^3=8种二进制数的排列给穷尽了。

用数字化的基带信号，对载波的相位进行调制的方式，称为"PSK"。

比如说，有两个相位，分别是0度和180度，当要传输0时，使用相位0度，当要传输1时，使用相位180度。这就是PSK的最基本形式，称为BPSK。

使用多个相位的PSK，称为“M-ary”PSK。

比如通常所说的QPSK，就是4PSK，在这里，有4个相位状态。每个相位代表一个符号，每个符号传递2个比特。

因为4个相位状态，正好可以把2^2=4种二进制数的排列给穷尽了。

描述PSK调制信号时，通常使用星座图的形式。

星座图是极坐标图，即当一个点画到星座图上后，其角度即代表信号的相位，点到原点的距离，即是信号的幅度。

纯粹的PSK，具有恒定的幅度，在星座图上，就是都在同一个圆上。

ASK，FSK和PSK都可以通过增加调制的阶数，来提高吞吐率。

什么意思呢？

假设现在有50人，需要从一个地方到另一个地方。

那么显然，假设交通工具的时速是差不多的情况下，位置多的大巴，肯定比5个位置的小汽车，运力要大。大巴的阶数，就是要比小汽车的阶数大。

但是实际使用中，调制阶数也不能搞得太高。

对于ASK而言，调制阶数增加，幅度之间的距离减少，容易受噪声影响；

对于FSK而言，调制阶数增加，所要求的带宽也增加，而实际生活中，频率带宽是很贵的；

PSK也一样，虽然可能比ASK和FSK要好点，但是调制阶数增加的太多，符号间的距离减小，同样也会受噪声影响。

那怎么办呢？

于是，就有了同时调节两种变量的方法。如APSK，即amplitude ­and ­phase ­shift keying，同时对幅度和相位进行调制。

比如16APSK，增加了一个幅度电平，反映到星座图上，就是增加了一个圆，与原有的圆同心。

因为不同的符号，分布在不同的圆上，增加了符号之间的距离，如下图所示。

另外一种，同时对幅度和相位进行调制的调制方式，为QAM，即quadrature amplitude modulation.

QAM星座图上的符号，是以矩形形式排列的。

和APSK一样，星座图上的每一点，也代表了唯一的幅度和相位。

如下图所示的两种QAM星座图。

16QAM包括16种唯一的幅度和相位的结合，每种组合，代表4个比特。

64QAM包括64种唯一的幅度和相位的结合，每种组合，代表6个比特。

最后，来比较一下16PSK，16APSK，16QAM的星座图。

很明显，QAM符号间隔与16PSK，16APSK相比，分布更均匀，间隔也更远。

编辑：黄飞