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(guān)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(shù)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(shù)是功不可沒的。

其實，調(diào)制技術(shù)在日常生活中早有廣泛的應(yīng)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(shù)。

認(rèn)識一下吧

那到底什么是調(diào)制技術(shù)呢？

調(diào)制技術(shù)如同給電波插上了翅膀，下面通過一個乘坐飛機出門遠(yuǎn)行的例子來了解調(diào)制技術(shù)（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(yīng)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_(dá)目的地（接收端），乘客下飛機，即對應(yīng)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(fù)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(shù)的定義呢？

定義：調(diào)制技術(shù)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(yīng)信道特性，以達(dá)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(shù)的應(yīng)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(fù)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

調(diào)制技術(shù)分類

應(yīng)用如此廣泛的調(diào)制技術(shù)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(shù)，支持負(fù)載信號條件和處理技術(shù)。

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(fù)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(yīng)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(biāo)識數(shù)字?jǐn)?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(yuǎn)距離傳輸?shù)臅r候使用模擬信號傳輸成本比較低，那么當(dāng)我們需要長距離傳輸使用模擬信號的時候，數(shù)字?jǐn)?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(rèn)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(rèn)為是QAM的特例。

數(shù)字調(diào)制QAM

下面我們一起了解一下在3G/4G/5G通訊中應(yīng)用最為廣泛的數(shù)字調(diào)制技術(shù)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(guān)子，后面詳細(xì)介紹喔~），星座圖上每一個星座點對應(yīng)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(dāng)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烤驮酱蟆５牵绻谛亲鶊D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(dǎo)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热鏐PSK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(yīng)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如何工作

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。

QAM的星座圖

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(biāo)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%。

干擾噪聲的影響

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(yīng)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(shù)應(yīng)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。

審核編輯：湯梓紅