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一文弄懂什么是“调制”

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。

在这篇文章中,我们将学习调制技术的基础知识,并了解它们在现代蜂窝和通信技术中的应用。

波的频率和波长成反比(f=C/)。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。

在《天线究竟是如何工作的》一文中,我们已经知道天线的尺寸与波长成正比。

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。

在电磁波传播之前,应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。

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。

请注意,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。

该调制技术不仅适用于蜂窝通信和调频广播,而且在电视广播、Wi-Fi光纤等领域也有广泛的应用。

希望这篇文章能让大家对调制的概念有更清晰的认识,有问题可以在文段后讨论哦~

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  • 原文链接https://kuaibao.qq.com/s/20200527A0C8KH00?refer=cp_1026
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