圖6 AM調制

5.2FMFrequency modulation，頻率調制，

這種調試方式改變的是信號的頻率。頻率調制的優點是可以限制信號上的幅度噪聲，因為只有頻率變化才能攜帶所需的信息。這可以通過使信號通過一個進入限制的階段來實現，從而消除可能是噪聲和一般信號變化的結果的幅度變化。如果有足夠的信號使某個階段進入限制狀態，則任何信號強度變化都不會改變解調音頻的電平，假設正在傳輸音頻。因此，調制形式已被用于許多應用，包括高質量的模擬聲音廣播。

圖7 FM調制

5.3PM：Phase?modulation，相位調制，

相位調制根據調制信號改變載波的相位。相位調制和頻率調制有許多相似之處并且是相互聯系的——一個是另一個的差分。然而，相位調制適用于數據傳輸，因此近年來它的使用迅速增長。

圖8 PM調制

每種調制方式都有其自身的優點和缺點，因此它們都用于不同的無線電通信應用中。

除了調制或調制技術的三種主要基本形式外，每種類型還有許多變體。同樣，這些調制技術用于各種應用，一些用于模擬應用，而另一些用于數字應用。

5.4調制信號類型

在選擇要使用的調制類型時，有必要查看每種調制類型的優缺點。AM和FM廣泛用于模擬聲音傳輸，而相移鍵控和正交幅度調制通常用于傳輸數字數據。

我們把幅度調制和頻率調制放到一起，大家來觀察一下他們之間的區別。

圖9?AM/FM調制

6. ASK/FSK/PSK

????其實，ASK/FSK/PSK是AM/FM/PM的具體實現方式。體現出特點的地方：鍵控。所謂鍵控，就是0/1脈沖。

? 參考：??ASK、FSK、PSK調制信號的頻譜特性

https://blog.csdn.net/wangjie36/article/details/108451918

圖 10 ASK/FSK/PSK調制

（a）ASK：振幅小代表 0，振幅大代表 1；

（b）FSK：頻率低代表 0，頻率高代表 1；

（c）PSK：相位 0° 代表 0，相位 180° 代表 1。

6.1 ASK振幅鍵控

參考：https://blog.csdn.net/gemengxia/article/details/115176436

圖11 ASK

在二進制數字調制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采用多進制的數字調制方式。與二進制數字調制系統相比，多進制數字調制系統具有如下兩個特點：第一：在相同的信道碼源調制中，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復雜性。第二，在相同的信息速率下，由于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，也能減小由于信道特性引起的碼間干擾的影響等。

ASK這種調制方式是根據信號的不同，調節正弦波的幅度。幅度鍵控可以通過乘法器和開關電路來實現。載波在數字信號1或0的控制下通或斷，在信號為1的狀態載波接通，此時傳輸信道上有載波出現；在信號為0的狀態下，載波被關斷，此時傳輸信道上無載波傳送。那么在接收端我們就可以根據載波的有無還原出數字信號的1和0。對于二進制幅度鍵控信號的頻帶寬度為二進制基帶信號寬度的兩倍。

6.2FSK頻移鍵控

參考：https://blog.csdn.net/gemengxia/article/details/115206266

6.2.1? ?FSK的舉例類比

既然GMSK是一種FSK，那么，我們就先講講FSK的理解。

如果還是不好理解，那么，就用上廁所來表示。某個飯店只有一個廁所，1表示小藍孩，0表示小綠孩。不同顏色，就是不同的頻率。

圖 12??不同頻率信息的傳遞

????所以，二值的FSK，只能表示1/0兩種取值。

6.3??PSK調制

參考：https://blog.csdn.net/gemengxia/article/details/115599104

產生PSK信號的兩種方法：（1）調相法，將基帶信號（雙極性）與載波信號直接相乘（2）選擇法,用數字基帶信號去對相位相差180的兩個載波進行選擇。兩個相位通常相差180，此時稱為反向鍵控。

2PSK信號碼元的“0”和“1”分別用兩個不同的初始相位0和π表示，而其振幅和頻率保持不變。

圖 13?QPSK

圖 14 QPSK的四瑞獸

用2bit，四種組合來表示四個之一。

所以，QPSK可以表示11/10/01/00四種取值之一。

6.3.2PSK是什么

PSK（相移鍵控）：一種用載波相位表示輸入信號信息的調制技術。

移相鍵控分為絕對移相和相對移相兩種。以未調載波的相位作為基準的相位調制叫作絕對移相。

參考：https://blog.csdn.net/purplea/article/details/105340731B

BPSK、QPSK、8PSK：三者都為數字調制方式——相移鍵控，移相鍵控分為絕對移相和相對移相兩種。

絕對移相的主要缺點是容易產生相位模糊，而相對相移，其接收設備比較簡單，且能避免相位模糊現象的發生，所以應用更為廣泛。BPSK較QPSK和8PSK抗噪音較強但傳送效率差。

（1）?BPSK二相相移鍵控

代表二進制相移鍵控。有時，它也稱為PRK（相位反轉鍵控）或2PSK。這種相移鍵控利用相隔180度的2相。因此，這就是稱為2-PSK的原因。

BPSK：二相相移鍵控,一個符號代表1bit；用兩個相位表示分別為“0”和“1”；星座圖如下：

圖 16 BPSK

以BPSK二進制調相為例，取碼元為“1”時，調制后載波與未調載波同相；取碼元為“0”時，調制后載波與未調載波反相；“1”和“0”時調制后載波相位差180°。

圖 17 BPSK波形

（2）?QPSK –正交相移鍵控

可以通過在一個段上添加更多位來提高比特率。在這種PSK中，可以對比特流進行并行化處理，以便可以將每兩個傳入的比特分離并通過相移鍵控載波頻率。一個載波頻率可以在正交范圍內與另一個載波頻率相移90度。然后，將兩個相移鍵控信號相加以生成四個信號元素之一。

圖 18 QPSK

QPSK：四相相移鍵控，一個符號代表2bit；用四個相位表示分別為“00”、“01”、“10”和“11”；采用QPSK 調制方式，同時保證了信號傳輸的效率和誤碼性能。一般的QPSK的實施，也表明高階PSK的實施。星座圖如下：

圖19 QPSK星座圖

QPSK的應用：QPSK數字電視調制器采用了先進的數字信號處理技術，完全符合DVB-S標準，接收端可直接用數字衛星接收機進行接收。它不但能取得較高的頻譜利用率，具有很強的抗干擾性和較高的性能價格比，而且和模擬FM微波設備也能很好兼容。

（3） ?8PSK 八相相移鍵控

8PSK：八相相移鍵控，一個符號代表3bit；用八個相位表示分別為“000”、“001”、“010”、“011”、“100”、“101”、“110”和“111”；星座圖如下：

圖20 8PSK星座圖

????如果不好理解，那么就想想八仙過海，每個神仙鎮守一方。

圖21?八個方向

圖22?八仙過海

（4）?PSK的分類

一些更常用形式主要包括以下內容。

• 相移鍵控（PSK）

• 二進制相移鍵控（BPSK）

• 正交相移鍵控（QPSK）

• 偏移正交相移鍵控（O-QPSK）

• 8點相移鍵控（8 PSK）

• 16點相移鍵控（16 PSK）

? ??

注意，PSK與QAM是有區別的，PSK是純相位調制，QAM是正交幅相調制。

7.MSK最小頻移鍵控

最小頻移鍵控MSK (Minimum Shift Keying)是一種改變波載頻率來傳輸信息的調制技術，即特殊的連續相位的頻移鍵控?(CPFSK)。

其最大頻移為比特速率的1/4，即MSK是調制系數為0.5的連續相位的FSK。

7.1.GMSK原理

是在MSK（最小頻移鍵控）調制器之前插入了高斯低通預調制濾波器，從而可以提高頻譜利用率和通信質量。

高斯濾波器：高斯濾波器是一個低通濾波器。

?? GMSK調制是基于 MSK調制的，MSK本身就是一種連續相位頻率偏移調制，CPFSK。標準形式? PSK 的一個問題是邊帶從載波延伸出來。為了克服這個問題，可以使用MSK 及其衍生的 GMSK。這里沒有相位不連續，因為頻率變化發生在載波過零點。這是由于 MSK的獨特因素，邏輯狀態和邏輯零狀態之間的頻率差總是等于數據速率的一半。這可以用調制指數來表示，它總是等于0.5。

圖 23 MSK調制波形

? ? ? ? MSK信號的頻譜圖2顯示，邊帶的擴展遠遠超過了等于數據傳輸速率的帶寬?？梢酝ㄟ^在將調制信號應用于載波之前將其通過低通濾波器來減少這種情況。對濾波器的要求是，它應該有一個尖銳的截止，窄的帶寬和它的脈沖響應應該顯示沒有過沖。理想濾波器被稱為高斯濾波器，它對脈沖有高斯形狀的響應， no ringing。通過這種方式，基本的 MSK 信號被轉換成GMSK調制。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?圖 24?MSK與GMSK性能對比

? ? ? ? ?MSK調制使相位變化線性化，并限制在± (π/2)?比特間隔 T，這使得 MSK 能夠提供一個比 QPSK 明顯改善。由于線性相位變化的影響，功率譜密度具有較低的旁瓣，有助于控制相鄰信道的干擾。但是主瓣比正交移位鍵控變寬了。??

如何產生GMSK調制?

? ? ? ?GMSK調制主要有兩種產生方式。最明顯的方法是使用高斯濾波器對調制信號進行濾波，然后將濾波器應用到調制指數設置為0.5的頻率調制器中。這種方法非常簡單和直接，但它的缺點是調制指數必須精確等于0.5。在實際應用中，由于元件公差偏移，無法精確設定，因此不宜采用這種模擬方法。

下圖為使用 VCO的 GMSK 調制器：

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖 25 GMSK調制

? ? ? ?第二種方法應用更為廣泛。這里使用了所謂的正交調制器。正交這個術語意思是，一個信號的相位是正交的，或者與另一個信號的相位是90度。正交調制器使用一個被稱為同相的信號和另一個被稱為正交的信號。鑒于同相和正交元件，這種類型的調制器通常被稱為I-Q調制器。使用這種調制器，調制指數可以精確地維持在0.5，不需要任何設置或調整。這使它更容易使用，并能夠提供所需的性能水平，而無需調整。對于解調，這種技術可以反向使用。

GMSK調制器，使用 I-Q調制器，如下圖4所示。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?圖26 GMSK調制

GMSK 調制的優點:

無線電通信系統中使用 GMSK 調制有幾個優點。

一是，與其他相移鍵控模式相比明顯提高了頻譜效率；

二是，它可以被非線性放大器放大并保持不失真。這是因為信號中沒有作為幅度變化攜帶的元素。當使用小型便攜式發射器（例如蜂窩技術所需的發射器）時，這一優勢尤為重要。非線性放大器在將來自電源軌的直流電源輸入轉換為射頻信號方面效率更高。這意味著給定輸出的功耗要少得多，從而導致電池消耗水平較低 。

三是，再次來自于沒有任何信息作為幅度變化攜帶的事實。這意味著與某些其他形式的調制相比，它不受幅度變化的影響，因此對噪聲更具彈性，因為大多數噪聲主要是基于幅度的。

?

GMSK，高斯最小頻移鍵控被證明是一種特別成功的調制形式，適用于 GSM 和一些其他無線電通信系統。它結合了頻譜效率和實現高效功率放大器操作的能力，使其成為當時無線電通信系統的絕佳選擇。?

8.QAM星座圖

所謂星座圖，可以借著天空中星宿，來理解調制中的星座圖。這個翻譯非常信達雅。既形象，又到位，充滿想象力地讓學習的人能體會其中的數學含義和物理意義。

圖27 星座圖

QAM 正交振幅調制：幅度、相位聯合調制的技術，利用了載波的幅度和相位來傳遞信息比特，在最小距離相同的條件下，QAM星座圖中可以容納更多的星座點，即可實現更高的頻帶利用率，目前QAM星座點最高已可達256QAM，1024QAM。

對于PSK調制，星座圖中的點都位于單位圓上，模相同，相位不同。而QAM調制星座圖中的點不再位于單位圓上，而是分布在復平面的一定范圍內。星座圖中點的分布是有講究的，不同的分布和映射關系對應的調制方案的誤碼性能是不一樣的。各點如果模相同，則相位必不相同，如果相位相同則模必不相同。

圖28?

星座點個數越多，頻譜利用率越高，單位時間傳輸的信息量越大，QAM的階數越多，星座點個數就越多，星座點之間的距離越近，差錯率越高。

8QAM：一個符號代表3bit；星座圖如下：

圖29 ? 8QAM，應用較少

16QAM：一個符號代表4bit；星座圖如下：

圖30 16QAM?

32QAM：一個符號代表5bit；星座圖如下：

圖31 32QAM

16QAM和32QAM廣泛用于數字有線電視系統。

64QAM：一個符號代表6bit；星座圖如下：

圖 32?64QAM

圖 33?256QAM與1024QAM

????為什么高階調制對應的大帶寬碼流的性能會變差？

????就是因為原本同樣的空間，擠進來更多的競爭者，每個競爭者的生存空間變小了？是不是一種內卷？原來低階調制很容易判斷的取值，是不是在高階調制，就變得更加難以判斷？

8.1星座圖性能評價指標

(1)最小歐式距離：即信號星座圖上星座點間的最小距離，該參數反映信號抗高斯白噪聲的能力，其值越大，系統抗干擾能力越強。

(2)最小相位偏移：即信號星座點相位的最小偏移，該參數反映信號抗相位抖動能力和對時鐘恢復精確度的敏感性，其值越大，傳輸性能越好。

(3)誤比特率BER曲線：曲線越靠近左下，系統抗噪性能越好。

(4)峰值——均值比：即星座圖的峰值信噪比與均值信噪比的比值，值小一些更好，可以充分利用功放的輸出功率。

全文總結：

在無線通信中，調制方式是基礎概念，而基于調制方式的基帶體制是關鍵部分，理解這些概念，是掌握整個體系的核心。

基帶調制方式與通信協議對應關系

圖34? 各種通信體制與調制方式對應關系

主要參考博客：

頻移鍵控（FSK）工作與應用