載波傳輸

在通信技術上，載波（carrier wave, carrier signal或carrier）是由振盪器產生並在通訊信道上傳輸的電波，被調製後用來傳送語音或其它信息。載波頻率通常比輸入信號的頻率高，輸入信號調製到一個高頻載波上，就好像搭乘了一列高鐵或一架飛機一樣，然後再被髮射和接收。載波是傳送信息（話音和數據）的物理基礎和承載工具。

未受調製的週期性振盪信號稱為載波，載波可以是正弦波，也可以是非正弦波（如週期性脈衝序列），載波受調製後稱為已調信號，它含有調製信號的全波特徵。一般要求正弦載波的頻率遠遠高於調製信號的帶寬，否則會發生混疊，使傳輸信號失真。

可以這樣理解，我們一般需要發送的數據的頻率是低頻的，如果按照本身的數據的頻率來傳輸，不利於接收和同步。使用載波傳輸，我們可以將數據的信號加載到載波的信號上，接收方按照載波的頻率來接收數據信號，有意義的信號波的波幅與無意義的信號的波幅是不同的，將這些信號提取出來就是我們需要的數據信號。 ^[1] 

把數字基帶信號寄載到連續的高頻載波上進行傳輸的系統叫載波傳輸或叫調製傳播。一般實現遠距離傳輸必須通過調製把基帶信號的頻譜搬移到高頻處之後，通過無線信道或者光纖信道傳輸。如地面微波中繼通信，多路載波電話，太空衞星微波通信等都是載波傳輸的系統。

一般，通信分為：基帶通信和頻帶通信；頻帶通信分為：電波通信和光波通信；而電波通信就是所謂的載波通信。載波通信又分：有線載波和無線載波，它們都可進一步以時分、頻分和碼分信號複用方式進行信號傳輸。 ^[1] 

一般來説，5G是面向2020年以後移動通信需求而發展的新一代移動通信系統，其具有超高的頻譜利用率和能效，在傳輸速率、時延等方面較4G系統提高一個量級或更高。5G系統主要面臨以下挑戰：機對機通信（M2M），頻譜碎片化，實時應用和異構網絡。從無線傳輸的層面看，第一，由於M2M的大規模和不定時性，不宜採用對同步要求高的方案；第二，若要充分挖掘已用頻帶之間的碎片資源，不宜採用旁瓣功率泄露較大的方案；第三，實時應用頻繁地使用短幀傳輸數據；最後，在異構網中不同子帶應當是異步的、可靈活分配的。可以看到，5G場景下對多載波多址傳輸技術提出了更加苛刻的要求。

正交頻分複用（OFDM）起源於上世紀70年代，經過數十年的發展，得到了廣泛應用和深入研究。其具備頻譜效率高、收發機複雜度低、易於和多天線技術結合使用等優點。同時其存在抗載波頻偏較弱、峯均比較大、帶外功率泄露較嚴重等問題。特別地，OFDM的以下缺點使其難以滿足新場景下的需求。首先，各子載波之間必須同步以保持正交性，在小區內存在大量傳感節點時同步的代價將難以承受；第二，其採用方波作為基帶波形，載波旁瓣較大；最後，其使用的CP長度僅與無線信道有關，所以在頻繁傳輸短幀時CP會造成無線資源的大量浪費。因此有必要探索和發展新一代多載波技術。

FBMC（Filter bank multi-carrier，濾波器組多載波）和GFDM（Generalized frequencydivision multiplexing，廣義頻分複用）以各自的優點吸引了學術界的熱烈討論。FBMC不採用循環前綴，各子帶不要求同步，頻譜效率很高。90年代較為流行的離散多音頻調製（DMT）和離散小波多音頻調製（DWMT）均可看作是FBMC的特例。2009年Fettweis等人提出的GFDM具有較高的頻譜效率和較低的接收機複雜度，亦不要求子載波同步。2013年Vakilian等人提出UFMC（Universal filtered multi-carrier，通用濾波多載波）技術結合了濾波OFDM（filtered-OFDM）和FBMC的一些優點。FBMC、GFDM和UFMC共同成為歐盟SGNOW項目組重點關注的多載波技術備選方案。 ^[2] 

即時通訊工具已成為互聯網絡進行聯繫交流的重要手段，但日趨嚴重的信息安全威脅着每一個使用者，眾多的病毒、木馬、黑客工具可以輕易竊取使用者的聊天信息，監控使用者傳輸的隱私信息。基於數字載波通信原理應用音頻信道進行傳輸，可將相對重要的信息隱秘於音頻載波中進行傳送。以2DPSK載波調製解調為理論基礎，將其應用在即時通訊中，口的是開闢新的通信模式，增強信息的安全。通過實驗對該理論的應用加以驗證，説明該方法是可行的。

常用的即時通訊工具都提供了音、視頻聊天功能，音頻是一種頻率在0.02~20 kHz範圍隨時間變化的波形信號。如使用即時通訊工具的兩方需要傳輸一些相對隱秘的信息，使用音頻信道進行傳輸，可以在一定程度上避免文字信息和語言音頻信息被黑客軟件直接竊取導致失密的情況。使用一定協議結構的數字載波有利於信息的隱藏和保密傳輸。此外，也可以使用這一載波信道傳輸控制信息，用於實現遠程控制。應用即時通訊音頻載波傳輸的流程如圖1所示。

利用及時通訊工具的音頻信道可以進行數字載波傳輸。載波信號長度可以在很短的時間完成部分或全部重要數據的傳輸，所呈現出的效果又近似於干擾或噪音，不易引起監聽者的注意，具有一定的隱蔽性。實驗結果證明了此方案具有提高信息保密的可行性，對進一步的開發和利用提供了一定理論和實踐的支持。 ^[3]