你還記得頭上頂著長長的天線的大哥大嗎？
有沒有想過為什么現(xiàn)在的手機在外觀上已經(jīng)看不到天線了呢？
下面我們一起看一下與天線長度有關的因素有哪些？
頻率與波長的換算公式：
波長（λ）=30 萬公里（c）/頻率（f）
天線長度 h 與頻率 f 成反比，與波長 λ 成正比，頻率越高，波長越短。
從上面的天線長度公式中可以計算出無線通信時，手機天線長度 h 在使用未經(jīng)過調(diào)制的低發(fā)射頻率（3 kHz）時需要 10000 米，通過調(diào)制把低頻信號搬到高頻上去（例如 900 MHz），手機天線可以縮小到幾厘米。
通過調(diào)制技術可以提高發(fā)射信號的頻率，從而減少手機終端中接收天線的長度，目前手機中的天線都可以內(nèi)置到手機中，外觀更美觀，攜帶更方便。所以我們的手機終端不用再背著長長的接收天線，這件事調(diào)制技術是功不可沒的。
其實，調(diào)制技術在日常生活中早有廣泛的應用，例如：聽廣播、看電視、打電話、發(fā)微信等通訊場合都需要調(diào)制技術。
那到底什么是調(diào)制技術呢？
調(diào)制技術如同給電波插上了翅膀，下面通過一個乘坐飛機出門遠行的例子來了解調(diào)制技術（調(diào)制和解調(diào)制）的過程。
這里我們把乘客比喻為消息信號，飛機比喻為載波。
乘客上飛機并選擇坐在某個座位上，即對應把消息信號承載在載波的某個參量上（例如幅度、相位），這個過程就是調(diào)制。載有消息信號的載波稱為已調(diào)信號。
經(jīng)過傳輸?shù)竭_目的地（接收端），乘客下飛機，即對應接收端把消息信號從已調(diào)信號中卸載下來，即解調(diào)過程。解調(diào)是調(diào)制的逆過程，從已調(diào)信號中恢復消息信號。
通過上面類比的例子，我們是不是能更輕松的了解調(diào)制技術的定義呢？
定義：調(diào)制技術就是對信號源的信息進行處理，使其適合傳輸形式的過程。其目的是使所傳送的信息能更好地適應信道特性，以達到最有效和最可靠地傳輸。即有效地利用頻帶資源，提高通信系統(tǒng)性能。
調(diào)制技術的應用有很多，例如：
匹配信道特性，減小天線尺寸，提高輻射效率
頻譜搬移，實現(xiàn)信道的多路復用，提高信道利用率
擴展信號帶寬，提高系統(tǒng)抗干擾能力
實現(xiàn)帶寬與信噪比的互換（有效性與可靠性）
...... 還有很多，不一一列舉
應用如此廣泛的調(diào)制技術按調(diào)制信號的類型分：模擬調(diào)制（例如電話網(wǎng)、有線電視網(wǎng)）、數(shù)字調(diào)制。數(shù)字調(diào)制相比模擬調(diào)制有更好的抗干擾性能、更強的抗信道損耗、更好的安全性、數(shù)字傳輸系統(tǒng)中可以使用差錯控制技術，支持負載信號條件和處理技術。
模擬調(diào)制是用模擬信號調(diào)制載波；數(shù)字調(diào)制是用數(shù)字信號調(diào)制載波。
模擬信號和數(shù)字信號的不同之處在于它們所傳輸?shù)男畔⒌男问健?/p>
模擬信號是一個連續(xù)的信號，可以在無限小的時間內(nèi)進行測量。
數(shù)字信號則是以離散的形式進行傳輸，它的數(shù)值只能是離散的、有限的值。
模擬信號會更容易受到噪聲和失真的影響，這些影響可能會改變信號的特性，因此模擬調(diào)制一般用于通訊質(zhì)量要求不高的場合。
數(shù)字信號可以通過各種算法進行處理和糾正，以確保傳輸?shù)木_性和可靠性。因此數(shù)字信號更容易被保護和復制，可以在有限的信道條件下，盡量提高頻譜資源利用率。
數(shù)字調(diào)制相比模擬調(diào)制有很多優(yōu)點，應用更為廣泛，下面我們主要看看數(shù)字調(diào)制吧。
數(shù)字調(diào)制：把數(shù)字調(diào)制為模擬信號。通過調(diào)制模擬載波信號的 3 個參數(shù)（幅度、頻移、相移）來標識數(shù)字數(shù)據(jù)。
數(shù)字調(diào)制為什么要數(shù)字調(diào)制為模擬信號呢？
因為有的時候我們需要長距離傳輸，在進行長距離遠距離傳輸?shù)臅r候使用模擬信號傳輸成本比較低，那么當我們需要長距離傳輸使用模擬信號的時候，數(shù)字數(shù)據(jù)在傳輸?shù)臅r候就要調(diào)制為模擬信號。
模擬信號的相位調(diào)制和數(shù)字信號的 PSK 可以被認為是幅度不變、僅有相位變化的特殊的正交幅度調(diào)制。由此，模擬信號相位調(diào)制和數(shù)字信號的 PSK 也可以被認為是 QAM 的特例。
下面我們一起了解一下在 3G / 4G / 5G 通訊中應用最為廣泛的數(shù)字調(diào)制技術 QAM。
QAM（Quadrature Amplitude Modulation，正交幅度調(diào)制）是一種在兩個正交載波上進行幅度相位調(diào)制的調(diào)制方式。這兩個載波通常是相位差為 90 度（π/2）的正弦波，因此被稱作正交載波。QAM 是通過載波某些參數(shù)的變化傳輸信息。
QAM 發(fā)射的信號集可以用星座圖方便地表示（這里的星座圖可不是天上十二星座的星座圖喔，文檔君先賣個關子，后面詳細介紹喔~），星座圖上每一個星座點對應發(fā)射信號集中的一個信號。星座點經(jīng)常采用水平和垂直方向等間距的正方網(wǎng)格配置，當然也有其他的配置方式。
數(shù)字通信中數(shù)據(jù)常采用二進制數(shù)表示，這種情況下星座點的個數(shù)是 2 的冪。常見的 QAM 形式有 16QAM、64QAM、256QAM 以及 1024QAM 等。一個調(diào)制符號分別可以傳送 4、6、8、10 比特的信息。
星座點數(shù)越多，每個符號能傳輸?shù)男畔⒘烤驮酱?。但是，如果在星座圖的平均能量保持不變的情況下增加星座點，會使星座點之間的距離變小，進而導致誤碼率上升。因此高階星座圖的可靠性比低階要差。
2QAM 和 4QAM 實際上是二進制相移鍵控（BPSK）和正交相移鍵控（QPSK），而 8QAM 則有將單數(shù)位的位分到兩個載波上的問題，8PSK 要容易得多，因此 8QAM 很少被使用。
各種調(diào)制單個波形可以傳輸?shù)男畔⒘坎煌?，比?BPSK 單次調(diào)制可以傳輸 21=2 個二進制符號，8PSK 可以傳輸 23=8 個二進制符號，這里的 8 叫做調(diào)制的階數(shù)。4 階以上調(diào)制，稱為高階調(diào)制。高階調(diào)制是相對于低階調(diào)制而言的。
QAM 在用于數(shù)字信號調(diào)制時，與普通幅度調(diào)制和相位調(diào)制相比能得到更高的速率。因為幅度調(diào)制和相位調(diào)制僅有 2 種符號（symbol）來區(qū)分 0 或 1。
幅度調(diào)制：通過改變載波的振幅來區(qū)分 0 和 1。
相位調(diào)制：通過改變載波的相位來區(qū)分 0 和 1。例如我們常見的 BPSK，就是使用 0° 和 180° 共 2 個相位表示 0 和 1，即 2 種符號；QPSK 則是使用 0°、90°、180° 和 270° 共 4 個相位，能夠表示 00、01、10 和 11 共 4 種符號，傳遞 2 bit 的信息。其實 QPSK 就是一種特殊的 QAM，即 4QAM。
而 QAM 則有更多的符號，每個符號都有相應的相位和幅度值。
以 16QAM 為例，通過 QAM 調(diào)制可得到 16 個不同的波形，分別代表 0000，0001..... 這也意味著一共有 16 種符號，一個符號可以傳遞 4 bit 信息。
16QAM 示意圖如下圖所示。
QAM 是如何工作的呢？
QAM 是將信號加載到 2 個正交的載波上（通常是正弦和余弦），通過對這兩個載波幅度調(diào)整并疊加，最終得到相位和幅度都調(diào)制過的信號。這兩個載波通常被稱為 I 信號，另一個被稱為 Q 信號，所以這種調(diào)制方式也被稱為 IQ 調(diào)制。
在數(shù)字信號調(diào)制中，星座圖通常用于表示 QAM 調(diào)制二維圖形。星座圖相對于 IQ 調(diào)制而言，將數(shù)據(jù)調(diào)制信息映射到極坐標中，這些信息包含了信號的幅度信息和相位信息。
星座圖上的每一個點，都表示一個符號。該點 I 軸和 Q 軸的分量分別代表著正交的載波上的幅度調(diào)整。該點到原點的距離 A 就是調(diào)制后的幅度，夾角 φ 就是調(diào)制后的相位。
而星座圖上點的數(shù)量，決定了每個符號傳輸?shù)谋忍財?shù)。例如：
256QAM，256 是 2 的 8 次方，每個符號能傳輸 8bit 的數(shù)據(jù)。
1024QAM，1024 是 2 的 10 次方，每個符號能傳輸 10bit 的數(shù)據(jù)。
因此，作為比 256QAM 更高階的 1024QAM，數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆逯邓俾蔬M一步提高 25%。
噪聲與干擾對 QAM 的影響
盡管較高階的調(diào)制方式速率能夠為無線電通信系統(tǒng)提供更快的數(shù)據(jù)速率和更高水平的頻譜效率，但這是有代價的。較高階的調(diào)制方案對噪聲和干擾的適應性要差得多。
因為發(fā)送一個符號所用的載波頻寬是固定的，發(fā)送時長也是一定的，較高階意味著兩個符號之間差異就越小。這不僅對接收雙方的器件要求很高，而且對環(huán)境的要求也很高。也就是說，如果環(huán)境過于惡劣，終端將無法使用高階的 QAM 模式通信，只能使用較低階次的調(diào)制模式。
通過今天的講解，大家對調(diào)制技術應該有了大致的了解了吧。如果對 QAM 還希望能有進一步的深入，記得在評論區(qū)告訴文檔君哦。
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