一、調制技術的概念
在通信系統中,信源信號或經過編碼的信源信號(基帶信號),由于抗干擾能力差,是不宜直接在傳輸信道上(有線或無線)傳輸的。為此,基帶信號要傳輸通常是需要通過調制技術,把基帶信號載入到一個載波信號進行傳輸。
所謂調制就是利用模擬或數字信號(稱為基帶信號)去改變載波信號的某些特性的過程,對于模擬載波信號可改變其幅度、頻率和相位;對于脈沖載波信號可改變其寬度、幅度和位置等。載波就是“裝載”基帶信號(即待傳信號)的載體。在我國國家標準GB/T 14733.1《電信術語 電信、信道和網》中給出了“調制”和“載波”的定義,具體詳見下表1-1。相對于調制過程的逆過程稱之為解調,在通信傳輸系統中,調制與解調往往是成對出現的。
表1-1:調制和載波的定義
調制是一種裝載,也是一種控制。裝載是指采用調制信號去控制被搭載的高頻載波,使載波的某一個或某幾個參數按照調制信號的規律而變化,從而攜帶原始信息。控制是指調制從頻域上看是一種變化,即它把原始調制信號變換成適合在信道中傳輸的形式。調制的主要作用還表現在下表1-2中所述。
表1-2:調制的主要作用
二、調制技術的通常分類
1、通常的分類
我們常依據基帶信號是模擬信號還是數字信號把調制技術分為模擬調制和數字調制兩大類。這是我們最習慣性的分類方法,然而就調制技術而言,種類眾多,因此對他們分類的方法也很多。就模擬調制和數字調制而言,再結合載波信號是模擬信號或脈沖信號,我們將可細分為模擬載波調制(或稱模調模載)、數字載波調制(或稱數調模載)和脈沖載波調制(或稱模調數載)三類;而數字載波調制(或稱數調模載)又分為線性調制(也稱不恒定包絡調制)和非線性調制(也稱恒定包絡調制)。下表2-1-1匯總了模擬調制和數字調制技術及詳細分類;對于表2-1-1中的各種調制技術的中英文對照詳見下表2-1-2。
表2-1-1:關于模擬調制和數字調制技術及分類
表2-1-2:各種調制方式的中英文對照(40種)
欲更多了解關于調制技術性能比較的請進入。
2、關于數字調制技術的分類
對于數字調制是現代通信中應用較普遍的調制技術。下表2-2列出了各種數字調制技術的名稱縮寫及描述;并把它們繪制在如下圖2-2所示的數字調制關系樹中(注意一些調制技術能從不止一個“父”方案中派生出來),可為通信人提供一個數字調制技術的概況。數字調制技術可以進一步的分為兩大類:恒包絡調制和非恒包絡調制。這些數字調制技術的相關釋義詳見下表附錄。
表2-2:數字調制技術方案
圖2-2:數字調制技術關系樹
附錄:圖2-2中相關調制技術的簡單釋義
三、從調制技術的發展看分類
1、數字調制的鍵控分類:
隨著通信技術的發展,系統對調制技術提出了更高的要求。比如在美國FCC對視距無線中繼通信系統提出的指標要求有如下表3-1所示。因此,相對于二進制數字調制方式(包括2ASK、2FSK、2PSK和2DPSK等),出現了不少數字調制的改進方案。如表2-1-1中的多進制鍵控(MASK、MFSK、MPSK),還有最小頻移鍵控(MSK)、正交部分相位鍵控(QPSK)和幅相鍵控(APK)、網格編碼(TFM)等等。
表3-1:美國FCC對視距無線中繼通信系統提出的指標要求
2、調制技術與信道編碼技術的結合看數字調制的分類:
隨著數字調制技術的發展,近些年來出現了調制技術與信道編碼技術相結合,此時,信道編碼器是調制器的一部分;信道解碼器是解調器的一部分。這類數字調制技術有:2B1Q、DMT(離散多音調制)、CAP(無載波幅度相位調制)等。
欲具體了解這些調制技術介紹的請進入:DMT;CAP;2B1Q
3、寬帶調制的分類:
另外,上述的調制技術都是對單一的載波進行調制的,其已調信號帶寬與基帶信號帶寬之比一般只有幾到十幾,稱為窄帶調制。那么相應的就有寬帶調制,即擴頻調制技術,擴頻調制方式有DSSS、FHSS、THSS以及它們的混合方式,如FH/DS、TH/FH、TH/DS等,表2-2中列出了它們的中英文對照。而擴頻調制技術,其已調信號帶寬與基帶信號帶寬之比一般可達100到1000。
欲詳細了解相關寬帶調制技術原理介紹的請進入。
4、邊帶調制分類:
在幅度調制技術中,調制信號包含有兩個邊帶,其帶寬為基帶信號的兩倍,由于這兩個邊帶相同的信息,如果通過濾波器抑制掉一個邊帶可以節省頻帶,提高信道利用率。這類技術有稱之為單邊帶調制(SSB)、殘留邊帶調制(VSB)和抑制雙邊帶調制(DSB/SC)。
欲具體了解各種幅度調制技術特點比較的請進入。
5、移動無線通信中常用的調制技術分類:
在超短波通信發展的初期,使用的是幅度調制,隨著對頻率和相位調制的認識,在超短波以上的頻段的通信中多使用后者,特別是移動無線通信中,表3-5列舉了近些年來研制的移動通信中所使用的調制方式。
表3-5:各種移動通信中所使用的調制方式
由表看出,在所使用的調制方式中,PSK、FSK和GMSK方式使用的最多,這是為什么呢?這是因為,無線與有線通信使用的信道不同。有線通信中,電磁波是引導式傳輸,也就是說電磁波是被約束在導線中傳播的。而無線信道則不同,電磁波在自由空間傳播時,會產生慢衰落、快衰落、時延擴展和頻移等效應。無線信道的特征決定了調制方式應該適應該信道的特性。因此,實際的無線通信采用調制方式多為FSK或者PSK,而不適于采用幅度調制。因為ASK調制是通過載波的幅度攜帶基帶的信息,但是對于FSK或者PSK來說,它們不用幅度攜帶基帶信息,則可以有效地抵抗振幅衰落帶來的影響。當然,現代幅度調制系統中,針對衰落對系統的影響,引入帶內導音技術(in-band pilot tone)也大大提高了接收信號的質量,接收機能夠快速檢測和跟蹤輸入信號幅度的變化,并且迅速調整接收增益來彌補幅度的波動。另一方面,由于無線頻道安排十分密集及其傳輸的開放性,鄰道干擾也是比較突出的問題。選擇先進的數字調制技術,壓縮信號主瓣寬度,降低帶外輻射,提高頻帶利用率,也都成為數字調制技術的研究方向。
另外由表中看出,使用PSK類型調制方式的移動無線通信又尤為最多,這是因為,在抗高斯噪聲方面,PSK性能最好。