网络工程师 （19）编码与调制

一、数字调制技术

（一）基本原理

       数字调制是利用载波信号的某些离散状态来表征所传送的信息。在数字通信系统中，原始的数字基带信号（如PCM信号）需要通过调制过程，将其转换为适合信道传输的形式。调制过程涉及利用原始信号（调制信号）去控制载波信号的某个或几个参量（如振幅、频率、相位），使载波信号的这些参量随原始信号的变化而变化。

（二）主要方式

1. 幅移键控（ASK）：

   • 原理：通过改变载波信号的振幅来传递数字信息。
   • 优缺点：实现简单，但抗干扰噪声能力差，在现代通信中较少单独使用。

2. 频移键控（FSK）：

   • 原理：采用不同的频率来表示不同的数字符号。
   • 应用：广泛应用于寻呼通信系统、来电显示和公用事业计量等需要高可靠性传输但带宽要求较低的场景。

3. 相移键控（PSK）：

   • 原理：通过改变载波信号的相位来传递数字信息。
   • 优缺点：抗噪声能力强，频谱利用率高，但对相位同步要求高，接收端需要精确的相位同步以正确解调信号。
   • 高级形式：如QPSK（四相相移键控），它使用四种不同的相位（0°，90°，180°，270°）来表示两位二进制数字。QPSK的频谱效率是BPSK的两倍，能够在有限的带宽内传输更多的信息，且抗干扰能力强，但接收机复杂度相对较高。

4. 正交幅度调制（QAM）：

   • 原理：结合振幅和相位调制，通过改变载波的振幅和相位来传输数据。
   • 优缺点：具有高频谱效率，广泛应用于无线通信和光纤通信，但实现复杂度较高。

5. 正交频分复用（OFDM）：

   • 原理：通过多个正交子载波同时传输数据，每个子载波可以采用不同的调制方式。
   • 应用：广泛应用于Wi-Fi、4G和5G通信系统中，具有高频谱效率和抗多径干扰能力。

（三）选择与应用

       在移动通信和卫星通信等微波通信中，由于信道频带有限且对抗干扰能力要求高，因此广泛采用PSK和QPSK等相移键控调制方式。

       在需要高可靠性传输但带宽要求较低的场景中，如寻呼通信系统和公用事业计量等，则更适合采用FSK调制方式。

       随着通信技术的不断发展，新的数字调制技术也在不断涌现。例如，基于人工智能的调制技术、自适应调制技术等，它们能够根据不同的通信环境和需求，动态地调整调