到底什么是調制技術？調制技術的分類有哪些？

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在的手機在外觀上已經看不到天線了呢？

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在使用未經過調制的低發射頻率（3 kHz）時需要10000米，通過調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。

通過調制技術可以提高發射信號的頻率，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，這件事調制技術是功不可沒的。

其實，調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、發微信等通訊場合都需要調制技術。

認識一下吧

那到底什么是調制技術呢？

調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制技術（調制和解調制）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），這個過程就是調制。載有消息信號的載波稱為已調信號。

經過傳輸到達目的地（接收端），乘客下飛機，即對應接收端把消息信號從已調信號中卸載下來，即解調過程。解調是調制的逆過程，從已調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制技術的定義呢？

定義：調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，提高通信系統性能。

調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，實現信道的多路復用，提高信道利用率

擴展信號帶寬，提高系統抗干擾能力

實現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

調制技術分類

應用如此廣泛的調制技術按調制信號的類型分：模擬調制（例如電話網、有線電視網）、數字調制。數字調制相比模擬調制有更好的抗干擾性能、更強的抗信道損耗、更好的安全性、數字傳輸系統中可以使用差錯控制技術，支持負載信號條件和處理技術。

模擬調制是用模擬信號調制載波；數字調制是用數字信號調制載波。

模擬信號和數字信號的不同之處在于它們所傳輸的信息的形式。

模擬信號是一個連續的信號，可以在無限小的時間內進行測量。

數字信號則是以離散的形式進行傳輸，它的數值只能是離散的、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，因此模擬調制一般用于通訊質量要求不高的場合。

數字信號可以通過各種算法進行處理和糾正，以確保傳輸的精確性和可靠性。因此數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。

數字調制相比模擬調制有很多優點，應用更為廣泛，下面我們主要看看數字調制吧。

數字調制：把數字調制為模擬信號。通過調制模擬載波信號的3個參數（幅度、頻移、相移）來標識數字數據。

數字調制為什么要數字調制為模擬信號呢？

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的時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，數字數據在傳輸的時候就要調制為模擬信號。

模擬信號的相位調制和數字信號的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制。由此，模擬信號相位調制和數字信號的PSK也可以被認為是QAM的特例。

數字調制QAM

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字調制技術QAM。

QAM（Quadrature Amplitude Modulation，正交幅度調制）是一種在兩個正交載波上進行幅度相位調制的調制方式。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的變化傳輸信息。

QAM發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射信號集中的一個信號。星座點經常采用水平和垂直方向等間距的正方網格配置，當然也有其他的配置方式。

數字通信中數據常采用二進制數表示，這種情況下星座點的個數是2的冪。常見的QAM形式有16QAM、64QAM、256QAM以及1024QAM等。一個調制符號分別可以傳送4、6、8、10比特的信息。

星座點數越多，每個符號能傳輸的信息量就越大。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。

各種調制單個波形可以傳輸的信息量不同，比如BPSK單次調制可以傳輸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叫做調制的階數。4階以上調制，稱為高階調制。高階調制是相對于低階調制而言的。

QAM在用于數字信號調制時，與普通幅度調制和相位調制相比能得到更高的速率。因為幅度調制和相位調制僅有2種符號（symbol）來區分0或1。

幅度調制：通過改變載波的振幅來區分0和1。

相位調制：通過改變載波的相位來區分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整并疊加，最終得到相位和幅度都調制過的信號。這兩個載波通常被稱為I信號，另一個被稱為Q信號，所以這種調制方式也被稱為IQ調制。

QAM的星座圖

在數字信號調制中，星座圖通常用于表示QAM調制二維圖形。星座圖相對于IQ調制而言，將數據調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整。該點到原點的距離A就是調制后的幅度，夾角φ就是調制后的相位。

而星座圖上點的數量，決定了每個符號傳輸的比特數。例如：

256QAM，256是2的8次方，每個符號能傳輸8bit的數據。

1024QAM，1024是2的10次方，每個符號能傳輸10bit的數據。

因此，作為比256QAM更高階的1024QAM，數據傳輸的峰值速率進一步提高25%。

干擾噪聲的影響

噪聲與干擾對QAM的影響

盡管較高階的調制方式速率能夠為無線電通信系統提供更快的數據速率和更高水平的頻譜效率，但這是有代價的。較高階的調制方案對噪聲和干擾的適應性要差得多。

因為發送一個符號所用的載波頻寬是固定的，發送時長也是一定的，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，而且對環境的要求也很高。也就是說，如果環境過于惡劣，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制模式。

通過今天的講解，大家對調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，記得在評論區告訴文檔君哦。

審核編輯：湯梓紅