调制技术

调制是将包含传输数据的位转换为将与载波混合、放大并发送到天线的电压电平的过程。信号的变化是基于某些参数的变化，如时间或频率差，或幅度或位置的变化。调制是将原始数据与在信道中心频率上振荡的载波进行转换和混合。作为这种调制的结果，产生了边带(或子载波)，并用于跨信道频谱传输有用的数据。

调制不应与编码混淆。编码将单个比特转换为符号，而符号本质上是另一个比特的集合。这样做是为了促进传播，比如扩频;或使数据安全，如在CCMP(计数器模式与密码块链消息认证码协议);或者执行前向纠错，这是一种在正交频分复用(OFDM)中使用的技术。调制是将这些单独的比特转换成可以放在物理层上的形式的过程。这种形式是振幅、频率、相位或位置的周期性变化。

最基本的调制是载波的键控，称为CW(连续波)。这是第一次使用无线技术，利用莫尔斯电码远距离发送信息。

振幅调制(AM)将载波的振幅与输入数据的输入频率成比例地变化。AM具有非常低的带宽，通常不用于数据通信。

另一种常见的方法是调频(FM)。调频使载波的频率与输入数据的频率成比例地变化。调频具有更高的带宽，用于高质量的音频传输，如立体声广播。由于带宽要求较宽，它也用于视频信号。

这些技术很好地服务于娱乐行业，但频谱的使用效率非常低。在数据通信系统发展的早期，人们认识到数字通信的性质是这样的，它将使几个不同的数据流在一个共享媒体上进行多路复用。多路复用是一种将多个数据流合并成一个流的技术，该流经过调制并放置在共享媒体上;这大大提高了介质的频谱效率，使其能够携带比限制在单个流中更多的信息。

有效分割发射信道的方法有两种，一种是利用频率，另一种是利用时分。两种广泛使用的技术是频分复用(FDM)和时分复用(TDM)。在第一种方法中，单独的频率——通常是信道中心频率的子载波——被另一种技术单独调制，以允许多个比特流独立传输。时分复用(TDM)使用时隙来传输单个信道，类似于跳频，但不完全类似于跳频;在时分复用中，信息在载波周期的特定时间段内传输。时分复用需要发射机和接收机的良好同步才能正常工作。其他类型的多路复用技术是码分多址(CDM)，它被广泛应用于蜂窝通信作为码分多址(CDMA)。CDM是一种利用多个信息信道共享同一频谱的技术;你可能会认为这是扩频。

再深入一点，单个比特是如何调制载波的?无论采用何种多路复用方法，载波电压水平仍然需要在应用于天线之前以改变其特性的方式进行操作。Wi-Fi中常用的两种方法是频移键控(FSK)和相移键控(PSK)。在FSK中，频率被调制为表示0或1。在PSK中，相位被改变以表示两个数字值。注意，这些技术使用模拟值来表示两种数字状态。还要注意，这种转换发生在物理层。

FDM存在问题，在大多数情况下效率不高。PSK在编码和频谱利用方面效率更高。使用了两种形式的PSK:二进制相移键控(BPSK)和正交相移键控(QPSK)。把正弦波看作是一个旋转360度的交替量;每种方法都使用这种变体作为编码手段。在BPSK中，每个周期可以编码两个二进制值。在QPSK(也称为4-QAM)中，每个周期可以编码四个值。PSK的基本原理是正弦波相位的突变。波将移动N度来表示0，它将移动另一个值来表示1。

PSK在每个周期8个相位变化时达到峰值，之后错误率就变得太高，无法实际使用。为了提高频谱效率和速度，使用了一种称为正交调幅(QAM)的技术。正交是一种依赖于四个位置的测量技术。正弦波传播360度;0-180度是正半边，180-360度是负半边。每个正偏移和负偏移在90度处达到峰值，通过许多相位和振幅的中间值往返于零点;这是所有QAM形式的本质。为了更清晰地可视化这个过程，一个“星座图”表示了这些值。QAM是模拟和数字调制技术的混合。QAM传输两个相位差为90度的载波，称为正交载波，它们被求和，得到的波形是相位和幅度移位的值。

从星座图中可以看出，随着可能的数据点数量的增加，在一个周期内传输越来越多的数据的能力也在增加。吞吐量方面的改进应该是显而易见的。正如人们所预料的那样，随着更多的信息被塞进可用空间，符号相互碰撞并破坏数据的可能性确实存在。这就是为什么发射器和接收器协商一个有利的调制和编码方案(MCS)。信道条件、通信优先级、设备特性和功能都影响到哪种类型的调制可以最有效地以尽可能高的速度传输无差错数据。

使用QAM的优点是该技术允许每个符号更多的比特和更高的频谱效率:BPSK的理论带宽效率为1比特/秒/Hz;256QAM的理论效率为8比特/秒/赫兹。更高阶的QAM转换成更高的数据速率。下表快速总结了上述各种调制技术的比特率。

Daniel E. Capano，康涅狄格州斯坦福德多元化技术服务公司的所有者和总裁，是认证无线网络管理员(CWNA)。可以联系到他dcapano@sbcglobal.net。Chris Vavra编辑，CFE Media制作编辑，控制工程，cvavra@cfemedia.com。

在线额外

这个博客也出现在2015年1月的印刷版控制工程。

www.globalelove.com/blogs有其他来自Capano的关于以下主题的无线教程:

802.11n和802.11ac的特性

了解调制和编码方案

OFDM:正交频分复用

www.globalelove.com/webcasts有无线网络广播，其中一些是PDH信用。

控制工程有一个无线页面。

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