一文弄懂什麼是 “調製”?

調製是通訊技術中最常用的技術詞彙之一。FM收音機就是利用調製的方式來傳輸無線電訊號的。

在這篇文章中,

我們將學習調製技術的基礎知識,並瞭解它們在現代蜂窩和通訊技術中的應用。

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波的頻率和波長成反比(f=C/)。

人類能聽到20HZ到20KHZ的聲音,但如果無線電發射塔傳輸這段頻率的電磁波,所需的天線尺寸就會非常大。

在《天線究竟是如何工作的》一文中,我們已經知道天線的尺寸與波長成正比。

如果我們發射20HZ到20KHZ的電磁波,所需的天線尺寸將在千米範圍內。這就是我們需要調製的原因。

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在電磁波傳播之前,應將其調製成高頻訊號。

下面用一個簡單的類比來理解調製。我們可以試著扔一張紙,這張紙不會走太遠,但如果把它綁在石頭上再扔一次,他會走的更遠。這和我們調製的方式是一樣的。紙相當於資訊訊號,石頭相當於載波訊號,紙包著石頭相當於調製後的訊號。

我們知道,任何訊號都有三個基本特性:振幅、頻率和相位。

在調製過程中,載波訊號的一種特性會隨著資訊訊號的變化而變化。例如,載波訊號的頻率是根據資訊訊號的振幅而變化的,這種技術稱為調頻。

請注意,載波訊號的頻率總是很高,

這意味著調製後的訊號也具有很高的頻率和能量。

從調製訊號的頻率可以很容易地得到原始訊號的值。

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同樣,我們也可以實現調幅,調幅後載波訊號的振幅是根據資訊訊號的值而變化的。

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到目前為止我們討論的調製技術都是模擬型別,但是它們已經過時了。模擬調製很容易受到噪聲的影響,噪聲會降低訊號的質量,而且在如今的電子儀器中,所有的操作都是以數字的形式進行的,數字訊號不是1就是0,

所以我們來討論一下目前使用的數字調製技術。更具體地說,讓我們看看如何將數字位轉換為電磁波。

第一個數字技術是幅度偏移鍵控(ASK,Amplitude Shift Keying),根據數字脈衝調整載波訊號的幅度,高振幅為1,低振幅為0。

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下一種技術稱為頻移鍵控(FSK,Frequency Shift Keying),根據數字脈衝的值來調整載波訊號的頻率,在這種情況下,高頻與1有關,低頻與0有關。

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第三種技術是相移鍵控(PSK,Phase Shift Keying),當數字脈衝從1移到0或從0移到1時,載波訊號的相位變化180度。

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電信技術的目的是提高資料傳輸速星嘔度和效率,但如果使繼序呼叫前面介紹的任何一種數字調製技術,都無法獲得高的資料傳輸速度。

在物理學中有一種技術,它可以傳送多達6位的資訊作為一個單線淨爬一的電磁波,這種技術被稱為正交振幅調製(QAM,Quadrature Amplitude Modulation)。

用簡單的方法理解QAM,讓我們看兩個模擬訊號,QAM的美妙之處在於,你可以調節這兩個不同的訊號作為一個訊號,然後傳送它,然後在接收端能夠分離出原始訊號,從而節省頻寬,讓我們看看這個調製是如何在QAM中完成的。

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如圖所示,使用載波對第一個訊號進行調幅,第二個訊號也用相同頻率和振幅的載波調製。但給出載波訊號後,會有90度的相移,現在這兩個調製訊號混合在一起,形成一個訊號,我們稱之為多路複用訊號。

有趣的是,在接收端,我們可以很容易地從複用訊號中分離出原始訊號。

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在數字QAM的情況下,使用了類似的方法,這裡不是模擬訊號,而是將不同的位元組合相加來產生一個多路複用訊號。

讓我們看看16QAM是如何工作的。

如果你熟悉數字技術,你就會知道任何形式的資料都是0和1的集合。

在16QAM中,我們可以將四位的值打包成一個電磁波傳送出去,基於四位的值,這個輸出將有不同的相角和振幅,這意味著複用訊號的相位角和振幅可以完全表示四位資料。

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在16QAM中,這種16位的值可以透過調整多路複用訊號的相位和幅度來表示,然後使用這個單一的多路複用訊號進行傳輸。

你可以看到不同的振幅和相位電磁訊號如何表示不同的四位資料,使用與模擬調製類似的技術,這裡的振幅調製訊號也混合在一起,最後產生一個單獨的輸出。

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在這種調製載波訊號,是異相90度被使用,因此,用“正交”這個詞來表示這種技術。

如果我們用正常的調製技術來發送資料,而不是QAM,我們會用電磁訊號。

因此,16QAM將資料傳輸速度提高了4倍,科學家們甚至實現了64 QAM,這被用於4G通訊。

64QAM同時使用6位資料,因此資料傳輸速度比普通調製技術快6倍。

該調製技術不僅適用於蜂窩通訊和調頻廣播,而且在電視廣播、Wi-Fi光纖等領域也有廣泛的應用。

希望這篇文章能讓大家對調製的概念有更清晰的認識,有問題可以在文段後討論哦~

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