調製方式

數字信號三種最基本的調製方法（調幅、調頻和調相）英文簡寫為ASK、FSK和PSK，其他各種調製方法都是以上方法的改進或組合，例如：正交振幅調製QAM就是調幅和調相的組合；MSK是FSK的改進；GMSK是MSK的一種改進，是在MSK（最小頻移鍵控）調製器之前插入了高斯低通預調製濾波器，從而可以提高頻譜利用率和通信質量；OFDM則可以看做是對多載波的一種調製方法。 ^[1] 

載波幅度是隨着調製信號而變化的。其最簡單的形式是，載波在二進制調製信號控制下通斷， 這種方式還可稱作通-斷鍵控或開關鍵控(OOK) 。

l 調製方法：用相乘器實現調製器。

l 調製類型：2ASK,MASK。

l 解調方法：相干法，非相干法。

MASK，又稱多進制數字調製法。在二進制數字調製中每個符號只能表示0和1(+1或-1)。但在許多實際的數字傳輸系統中卻往往採用多進制的數字調製方式。與二進制數字調製系統相比，多進制數字調製系統具有如下兩個特點：第一：在相同的信道碼源調製中，每個符號可以攜帶log2M比特信息，因此，當信道頻帶受限時可以使信息傳輸率增加，提高了頻帶利用率。但由此付出的代價是增加信號功率和實現上的複雜性。 第二，在相同的信息速率下，由於多進制方式的信道傳輸速率可以比二進制的低，因而多進制信號碼源的持續時間要比二進制的寬。加寬碼元寬度，就會增加信號碼元的能量，也能減小由於信道特性引起的碼間干擾的影響等。

二進制2ASK與多進制MASK調製性能的比較：

在相同的輸出功率和信道噪聲條件下，MASK的解調性能隨信噪比惡化的速度比OOK要迅速得多。這説明MASK應用對SNR的要求比普通OOK要高。在相同的信道傳輸速率下M電平調製與二電平調製具有相同的信號帶寬。即在符號速率相同的情況下，二者具有相同的功率譜。

雖然，多電平MASK調製方式是一種高效率的傳輸方式，但由於它的抗噪聲能力較差，尤其是抗衰落的能力不強，因而它一般只適宜在恆參信道下采用。

根據數字基帶信號的兩個電平使載波相位在兩個不同的數值之間切換的一種相位調製方法。如果是採用二進制調製信號，則稱為2PSK；採用多進制調製信號，則稱為MPSK。

產生PSK信號的兩種方法：

兩個載波相位通常相差180度，此時稱為反向鍵控（PSK）。

S PSK =AS DIG (T)COS(W 0 T+O 0 ) 式中：S DIG (T)=1或-1

解調方法：只能採用相干解調。

類型：二進制相移鍵控 ，多進制相移鍵控

FSK是信息傳輸中使用得較早的一種調製方式,它的主要優點是： 實現起來較容易，抗噪聲與抗衰減的性能較好。在中低速數據傳輸中得到了廣泛的應用。所謂FSK就是用數字信號去調製載波的頻率。如果是採用二進制調製信號，則稱為2FSK；採用多進制調製信號，則稱為MFSK。

l 調製方法：2FSK可看作是兩個不同載波頻率的ASK已調信號之和。

l 解調方法：相干法和非相干法。

l 類型：二進制移頻鍵控(2FSK)，多進制移頻鍵控(MFSK)。

在上述三種基本的調製方法之外，隨着大容量和遠距離數字通信技術的發展，出現了一些新的問題，主要是信道的帶寬限制和非線性對傳輸信號的影響。在這種情況下，傳統的數字調製方式已不能滿足應用的需求，需要採用新的數字調製方式以減小信道對所傳信號的影響，以便在有限的帶寬資源條件下獲得更高的傳輸速率。這些技術的研究，主要是圍繞充分節省頻譜和高效率的利用頻帶展開的。多進制調製，是提高頻譜利用率的有效方法，恆包絡技術能適應信道的非線性，並且保持較小的頻譜佔用率。

從傳統數字調製技術擴展的技術有最小移頻鍵控（MSK）、高斯濾波最小移頻鍵控（GMSK）、正交幅度調製（QAM）、正交頻分複用調製（OFDM）等等。

在二進制ASK系統中，其頻帶利用率是1bit/s·Hz，若利用正交載波調製技術傳輸ASK信號，可使頻帶利用率提高一倍。如果再把多進制與其它技術結合起來，還可進一步提高頻帶利用率。能夠完成這種任務的技術稱為正交幅度調製（QAM）。

QAM一種幅度、相位聯合調製的技術，同時使用載波的幅度和相位來傳遞信息比特，將一個比特映射為具有實部和虛部的矢量，然後調製到時域上正交的兩個載波上，然後進行傳輸。每次在載波上利用幅度和相位表示的比特位越多，則其傳輸的效率越高。通常有 4QAM，16QAM，64QAM，256QAM，……等

以16QAM為例，其規定了16種幅度和相位的狀態，一次就可以傳輸1個4位的二進制數。當然可以規定更多的傳輸狀態（採樣點），這種狀態越多，則傳輸效率越高。4096QAM的調製方式都已經在研製中，而2048QAM的調製方式已經在微波產品中得到應用。

QAM是無線通信中應用最為廣泛的調製方式。 ^[2] 

當信道中存在非線性的問題和帶寬限制時，幅度變化的數字信號通過信道會使己濾除的帶外頻率分量恢復，發生頻譜擴展現象，同時還要滿足頻率資源限制的要求。因此，對己調信號有兩點要求，一是要求包絡恆定；二是具有最小功率譜佔用率。因此，現代數字調製技術的發展方向是最小功率譜佔有率的恆包絡數字調製技術。現代數字調製技術的關鍵在於相位變化的連續性，從而減少頻率佔用。新發展起來的技術主要分兩大類：一是連續相位調製技術（CPFSK），在碼元轉換期間無相位突變，如MSK，GMSK等；二是相關相移鍵控技術（COR-PSK），利用部分響應技術，對傳輸數據先進行相位編碼，再進行調相（或調頻）。 MSK（最小頻移鍵控）是移頻鍵控FSK的一種改進形式。在FSK方式中，每一碼元的頻率不變或者跳變一個固定值，而兩個相鄰的頻率跳變碼元信號，其相位通常是不連續的。所謂MSK方式，就是FSK信號的相位始終保持連續變化的一種特殊方式。可以看成是調製指數為0.5的一種CPFSK信號。

實現MSK調製的過程為：先將輸入的基帶信號進行差分編碼，然後將其分成I、Q兩路，並互相交錯一個碼元寬度，再用加權函數cos（πt/2Tb）和sin（πt/2Tb）分別對I、Q兩路數據加權，最後將兩路數據分別用正交載波調製。MSK使用相干載波最佳接收機解調。

高斯濾波最小移頻鍵調製方式（簡稱為GMSK）使用高斯濾波器的連續相位移頻鍵控，它具有比等效的未經濾波的連續相位移頻鍵控信號更窄的頻譜。在GSM系統中,為了滿足移動通信對鄰信道干擾的嚴格要求，採用高斯濾波最小移頻鍵調製方式，該調製方式的調製速率為270833Kbit/sec，每個時分多址TDMA幀佔用一個時隙來發送脈衝簇，其脈衝簇的速率為33．86Kbs。它使調製後的頻譜主瓣窄、旁瓣衰落快，從而滿足GSM系統要求，節省頻率資源。

正交頻分複用調製簡稱為OFDM，Orthogonal Frequency Division Multiplexing 採用正交頻分複用技術，是多載波調製的一種。其主要思想是：將信道分成若干正交子信道，將高速數據信號轉換成並行的低速子數據流，調製到在每個子信道上進行傳輸。正交信號可以通過在接收端採用相關技術來分開，這樣可以減少子信道之間的相互干擾ICI 。每個子信道上的信號帶寬小於信道的相關帶寬，因此每個子信道上的可以看成平坦性衰落，從而可以消除符號間干擾。而且由於每個子信道的帶寬僅僅是原信道帶寬的一小部分，信道均衡變得相對容易。在向B3G/4G演進的過程中，OFDM是關鍵的技術之一，可以結合分集，時空編碼，干擾和信道間干擾抑制以及智能天線技術，最大限度的提高了系統性能。包括以下類型：V-OFDM,W-OFDM,F-OFDM,MIMO-OFDM,多帶-OFDM。 ^[3] 

調製技術是一種將信源產生的信號轉換為適宜無線傳輸的形式的過程。它將模擬信號抽樣量化後，以二進制數字信號“1”或“0”對光載波進行通斷調製，並進行脈衝編碼（PCM）。數字調製的優點是抗干擾能力強，中繼時噪聲及色散的影響不積累，因此可實現長距離傳輸。它的缺點是需要較寬的頻帶，設備也複雜。

按照傳輸特性，調製方式又可分為線性調製和非線性調製。廣義的線性調製，是指已調波中被調參數隨調 制信號成線性變化的調製過程。狹義的線性調製，是指把調製信號的頻譜搬移到載波頻率兩側而成為上、下邊帶的調製過程。此時只改變頻譜中各分量的頻率，但不改變各分量振幅的相對比例，使上邊帶的頻譜結構與調製信號的頻譜相同，下邊帶的頻譜結構則是調製信號頻譜的鏡像。狹義的線性調製有調幅（AM）、抑制載波的雙邊帶調製（DSB-SC）和單邊帶調製。

調製技術對移動通信的數字調製技術的要求如下：

⑴在信道衰落條件下，誤碼率要儘可能低；

⑵發射頻譜窄，對相鄰信道干擾小；

⑶高效率的解調，以降低移動台功耗，進一步縮小體積和成本；

⑸能提供較高的傳輸速率；

⑹易於集成。

數字調製技術分為線性調製方式和恆定包絡調製方式，線性調製方式又可分為頻譜高效和功率高效兩種，在移

動通信系統中，由於存在着嚴重的衰落現象，故所需要的“信噪比”比較高。

調製技術的最終目的就是使得調製以後的信號對干擾有較強的抵抗作用，同時對相鄰的信道信號干擾較小，解調方便且易於集成。 ^[4]