2-6 数字调制技术
数字调制技术简介
调制：将数字信号转换成模拟信号称为调制
解调：将模拟信号转换为数字信号称为解调
幅度键控(ASK)：用载波的两个不同振幅表示0和1，即波形幅度不同来区分0和1
频移键控(FSK)：用载波的两个不同频率表示0和1，即波形频率不同来区分0和1
相移键控(PSK)：用载波的起始相位的变化表示0和1(初相位不同)，即波形初相位不同来区分0和1
正交幅度调制(QAM)：把**两个幅度相同但相位差90°**的模拟信号合成一个模拟信号(用于5G、WiFi)，见下右图所示。一般有64QAM、256QAM、1024QAM、4096QAM，其数字表示码元种类数N
PSK、BPSK/2PSK、DPSK、QPSK
PSK（Phase Shift Keying）：是一种数字调制技术，通过改变载波的相位来表示数据。根据不同的相位数，PSK可以分为BPSK、QPSK（四相相移键控）、8PSK等。以下是对比表格
| 特性/类型 | PSK (Phase Shift Keying) | BPSK / 2PSK (Binary Phase Shift Keying) | DPSK (Differential Phase Shift Keying) | QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) |
|---|---|---|---|---|
| 定义 | 一种数字调制技术，通过改变载波的相位来表示数据 | 使用两个相位（0度和180度）来表示二进制数据 | 基于相邻码元之间相位的变化来传递信息，而不是绝对相位 | 使用四个不同的相位状态（如45°, 135°, 225°, 315°）来表示两个比特的数据 |
| 相位数 | 可以有多个相位状态 | 两个相位状态 | 两个相位状态 | 四个相位状态 |
| 每个符号携带的信息量 | 取决于使用的相位数 | 每个符号携带1比特信息 | 类似于BPSK，但依赖于相位差 | 每个符号可以携带2比特信息 |
| 工作原理 | 根据使用的相位数目不同，每个符号可以携带多个比特的信息 | 每个比特被映射到一个特定的相位；解调时需要参考相位 | 当前码元的相位相对于前一个码元的相位变化来编码信息 | 通过两个正交载波（同相和正交）分别调制两个比特流，然后叠加发送 |
| 应用场景 | 提供更高的频谱效率，适合高速率传输的应用 | 简单且抗噪声能力强，适用于低速率和高可靠性要求的通信系统 | 适合信道条件不稳定或难以实现精确载波同步的情况 | 广泛应用于卫星链路、数字集群等通信业务，具有良好的抗噪特性和频带利用率 |
| 优点 | 可以支持较高的数据速率 | 简单可靠，易于实现 | 减少了对载波相位同步的需求 | 高效利用频谱资源，提供更好的误码性能 |
| 缺点 | 需要更复杂的接收器设计 | 数据速率相对较低 | 可能会牺牲一些误码性能 | 实现复杂度较高 |
码元只取2个相位值叫2相调制，码元可取4个相位叫4相调制，则N = 2，N = 4
DPSK是2相即N = 2，QPSK是4相(Quadra)即N=4
BPSK/2PSK/PSK(有时“2”被省略)，相移键控：用载波的起始相位的变化表示0和1(初相位不同)，即波形初相位不同来区分0和1，一般使用两个相位（0度和180度）来表示二进制数据，BPSK是2相即N = 2，类似于曼彻斯特编码
DPSK（Differential Phase Shift Keying）差分相移键控，差分意味着是与上一个比较形状，有0无1。DPSK是2相即N = 2，类似于差分曼彻斯特编码
QPSK（Quadrature Phase Shift Keying），正交相移键控，QPSK是4相(Quadra)即N=4
例题
例题1
解析：
BPSK/2PSK/PSK(有时“2”被省略)，相移键控：用载波的起始相位的变化表示0和1(初相位不同)，即波形初相位不同来区分0和1，一般使用两个相位（0度和180度）来表示二进制数据，BPSK是2相即N = 2，类似于曼彻斯特编码
DPSK（Differential Phase Shift Keying）差分相移键控，差分意味着是与上一个比较形状，有0无1。DPSK是2相即N = 2，类似于差分曼彻斯特编码
上图中所有的“1”波形完全一样，所有的“0”波形完全一样，这类似曼彻斯特编码，是传统的BPSK即PSK
例题2
解析：正交幅度调制（QAM）把两个幅度相同但相位差90°的模拟信号合成一个模拟信号
例题3
解析：DPSK（Differential Phase Shift Keying）差分相移键控，差分意味着是与上一个比较形状，有0无1。DPSK是2相即N = 2，类似于差分曼彻斯特编码。图中0的波形不止一种，不是BPSK/PSK
例题4
例题5
解析：未提及噪声，带入奈奎斯特定理求N即可
例题6
解析：256QAM中的256指码元种类数N
例题7
4G和5G调制技术对比
