调制解调技术

调制解调技术
调制就是用基带信号去控制载波信号的某个或几个参量的变化，将信息荷载在其上形成已调信号传输，而解调是调制的反过程，通过具体的方法从已调信号的参量变化中将恢复原始的基带信号。

调制的种类很多，分类方法也不一致。

按调制信号的形式可分为模拟调制和数字调制。

用模拟信号调制称为模拟调制；用数据或数字信号调制称为数字调制。

按被调信号的种类可分为脉冲调制、正弦波调制和强度调制(如对非相干光调制)等。

调制的载波分别是脉冲，正弦波和光波等。

正弦波调制有幅度调制、频率调制和相位调制三种基本方式，后两者合称为角度调制。

此外还有一些变异的调制，如单边带调幅、残留边带调幅等。

脉冲调制也可以按类似的方法分类。

此外还有复合调制和多重调制等。

不同的调制方式有不同的特点和性能。

解调是从携带消息的已调信号中恢复消息的过程。

在各种信息传输或处理系统中，发送端用所欲传送的消息对载波进行调制，产生携带这一消息的信号。

接收端必须恢复所传送的消息才能加以利用，这就是解调。

解调是调制的逆过程。

调制方式不同，解调方法也不一样。

与调制的分类相对应，解调可分为正弦波解调（有时也称为连续波解调）和脉冲波解调。

正弦波解调还可再分为幅度解调、频率解调和相位解调。

同样，脉冲波解调也可分为脉冲幅度解调、脉冲相位解调、脉冲宽度解调和脉冲编码解调等。

对于多重调制需要配以多重解调。

解调的方式有正弦波幅度解调、正弦波角度解调和共振解调技术。

正弦波幅度调制
正弦载波幅度随调制信号而变化的调制，简称调幅(AM)。

数字幅度调制也叫作幅度键控(ASK)。

调幅的技术和设备比较简单,频谱较窄，但抗干扰性能差，广泛应用于长中短波广播、小型无线电话、电报等电子设备中。

早期的无线电报机采用火花式放电器产生高频振荡。

传号时火花式发报机发射高频振荡波，空号时发报机没有输出。

这种电报信号的载波不是纯正弦波，它含有很多谐波分量，会对其他信号产生严重干扰。

正弦波频率调制
正弦载波的瞬时频率随调制信号的瞬时值而变化的调制，简称调频(FM)。

数字频率调制也称移频键控(FSK)。

正弦波相位调制
正弦载波的瞬时相位随调制信号而变化的调制，简称调相(PM)。

数字调相也称移相键控(PSK)。

脉冲调制
受调波为脉冲序列的调制。

脉冲调制可分为脉冲调幅(PAM)、脉冲调相(PPM)、脉冲调宽(PWM)等方式。

调制
把模拟-数字信号转换也看做是脉冲调制,这种调制有脉码调制(PCM)、差值脉码调制
(DPCM)、增量调制等。

脉冲调幅实质上就是信号采样。

常用于模-数转换电路、信号转换电路和各种电子仪器。

脉冲调制信号的频谱较宽,但除了脉冲调幅之外,都具有较好的抗干扰性能,特别是脉码调制的性能最好,是一种理想的调制方法。

数字电话、遥测、遥控以及迅速发展的综合通信网，大多采用这种调制。

调制方式
在通信中，我们常常采用的调制方式有以下几种：
（一）模拟调制：用连续变化的信号去调制一个高频正弦波
主要有：1.幅度调制（调幅AM，双边带调制DSBSC，单边带调幅SSBSC，残留边带调制VSB以及独立边带ISB）；
2.角度调制（调频FM，调相PM）两种。

因为相位的变化率就是频率，所以调相波和调频波是密切相关的；
（二）数字调制：用数字信号对正弦或余弦高频振荡进行调制
主要有：1.振幅键控ASK；
2.频率键控FSK；
3.相位键控PSK；
(三）脉冲调制：用脉冲序列作为载波
主要有：1.脉冲幅度调制（PAM：Pulse Amplitude Modulation）；
2.脉宽调制（PDM：Pulse Duration Modulation）；
3.脉位调制（PPM：Pulse Position Modulation）；
4.脉冲编码调制（PCM：Pulse Code Modulation) ；
随着通信业务量的增加，频谱资源日趋紧张，为了提高系统的容量，信道间隔已由最初的100kHz减少到25kHz，并将进一步减少到12.5kHz，甚至更小，由于数字通信具有建网灵活，容易采用数字差错控制技术和数字加密，便于集成化，并能够进入ISDN网，所以通信系统都在由模拟制式向数字制式过渡。

因此系统中必须采用数字调制技术，然而一般的数字调制技术，如ASK、PSK和FSK因传输效率低而无法满足移动通信的要求，为此，需要专门研究一些抗干扰性强、误码性能好、频谱利用率高的数字调制技术，尽可能地提高单位频谱内传输数据的比特，以适用于移动通信窄带数据传输的要求。

如
最小频移键控（MSK）;
高斯滤波最小频移键控（GMSK）;
四相相移键控（QPSK）;
偏移四相相移键控（OQPSK）;
四相相对相移键控（DQPSK）;
π/4正交相移键控（π/4－DQPSK）
正交幅度调制(QAM)
正交频分复用(OFDM)
扩频调制
按照某一时刻是否只使用单一的频率的正弦载波，调制分为单载波调制和多载波调制。

按照已调信号的包络是否保持不变，单载波又分为恒定包络调制分为和不恒定包络调制。

ASK、FSK、PSK都属于单载波调制，其中FSK和PSK信号的幅度是不变的，属于恒包络调制。

首先介绍几种恒包络调制，包括偏移四相相移键控（OQPSK）、π/4四相相移键控（π/4 -QPSK）、最小频移键控（MSK）和高斯型最小频移键控（GMSK）；然后介绍正交幅度调制（QAM），它是一种不恒定包络调制。

在介绍了这几种单载波调制后，再引入多载波调制，着重介绍其中的正交频分复用（OFDM）。

扩频调制，它的载波采用宽带的伪噪声(PN)序列，它是用扩频频谱的方法来换取信噪比的系统。

QPSK信号是利用正交调制方法产生的，其原理：先对输入数据作串/并变换，即将二进制数据每两比特分成一组，得到四种组合：（1，1）、（-1，1）、（-1，-1）和（1，-1），每组的前一比特为同相分量，后一比特为正交分量。

然后利用同相分量和正交分量分别对两个正交的载波进行2PSK调制，最后将调制结果叠加，得到QPSK信号。

对QPSK做正交调制时，将正交分量Q(t)的基带信号相对于同向分量I(t)的基带信号延迟半个码元间隔（T S/2 一个比特间隔）。

这种方法称为偏移四相相移键控。

如果采用相干解调方式，理论上OQPSK信号的误码性能与相干解调的QPSK相同。

但是，频带受限的OQPSK信号包络起伏比频带受限的QPSK信号小，经限幅放大后频谱展宽的少，所以OQPSK的性能优于QPSK。

π/4 -QPSK信号在QPSK和OPSK基础上发展起来的，与QPSK和OQPSK 相比，它有以下优点：
(1)在四进制码元转换时刻，当前码元的相位相对于前一码元的相位改变±
450或±1350；
（2)可以使用非相干解调，避免QPSK信号相干解调中的“倒π现象”。

如果能够使已调信号的相位在两组之间交替跳变，则相位跳变值就只能有p/4，从而避免了QPSK信号相位突变的现象。

而且相邻码元间至少有的相位变化，从而使接收机容易进行时钟恢复和同步。

由于最大相移比QPSK 最大相移小，所以称为移位QPSK，简称为p/4 -QPSK。

需要指出的是，p/4 -QPSK的优势还在于它可以采用差分检测，这是因为p/4 -QPSK信号内的信息完全包含在载波的两个相邻码元之间的相位差中。

差分检测是一种非相干解调，这大大简化了接收机的设计。

而且，通过研究还发现，在存在多径和衰落时, p/4 -QPSK的性能优于OQPSK.
MSK称为最小移频键控，
有时也称为快速移频键控(FFSK)
所谓“最小”是指这种调制方式能以最小的调制指数(0.5)获得正交信号；
所谓“快速”是指在给定同样的频带内，MSK能比2PSK的数据传输速率更高，且在带外的频谱分量要比2PSK衰减的快。

调制前先利用高斯滤波器将基带信号成形为高斯型脉冲，再进行MSK调制，这样的调制方式称为高斯最小频移键控(GMSK)。

正交振幅调制(QAM)是一种幅度和相位联合键控(APK)的调制方式。

它可以提高系统可靠性，且能获得较高的信息频带利用率，是目前应用较为广泛的一种数字调制方式。

正交振幅调制是用两路独立的基带数字信号对两个相互正交的同频载波进行抑制载波的双边带调制，利用已调信号在同一带宽内频谱正交的性质来实现两路并行的数字信息传输。

正交频分复用（OFDM）是一种多载波传输技术，它不是如今才发展起来的新技术，早期主要用于军用的无线高频通信系统，由于其实现的复杂限制了它的进一步应用。

直到20世纪80年代，人们提出了采用离散傅里叶变换来实现多个载波的调制，简化了系统结构，使得OFDM技术更趋于实用化。

一、调制原理图
正交频分复用(OFDM)作为一种多载波传输技术，要求各子载波保持互相正交。

在发送端调制原理图如下，
OFDM解调原理
扩展频谱技术的理论基础是：香农建立的关于通信系统效能的理论；即增加频带可以降低接收的信噪比门限值，这就是扩频通信的基本，即用频带来换取信噪比。

把用扩展频谱的方法换取信噪比的系统称为扩频(SS)通信系统。

扩展频谱系统必须满足两条准则：
(1)传输带宽远大于被传送的原始信号的带宽或速率；
(2)传输带宽主要由扩频函数决定，此扩频函数常用的是伪随机编码信号，而被传送的原始信号本身不再是确定传输带宽的决定因素。

扩展频谱通信的实质：
在发送端用一个伪随机编码信号（扩频函数）将发送信号的带宽扩展，
然后再送入信道传输，在接收端对收到的扩频信号进行相关处理以便
将它恢复成窄带信号，再从中解调出所需信息。

四种扩频调制方式
直接序列扩频系统
又称伪噪声调制系统，简称(DS)系统或(PN)系统。

它是用一个速率很高的数字编码序列去直接调制射频载波，从而使射频带宽较原始信号带宽大得多的一种扩频通信方式。

跳频扩频系统
跳频是指在无线电设备工作过程中，载波频率不断自动跳变，用简略的术语表达就是“多频、选码、频移键控。

线性调频系统
又称鸟声(Chirp)系统。

这种系统的载波频率在一个给定的脉冲时间间隔内线性地扫过—个很宽的频段。

线性调频多用于雷达系统中。

时间跳变系统
简称跳时(TH)系统。

它是用伪码序列启闭信号的发射时刻和时间。

发射信号的“有”、“无”同伪码序列一样是伪随机的，跳时一般和跳频结合起来使用，两者一起构成“时频跳变”系统。