小更新，主要是最近收到一些問題，很多太基礎的問題。
這篇文章主要目的還是想通俗講一下訊號調製的概念，算是訊號處理部分關於調製的入門或者導引。但是前提還是需要打一點訊號與系統的基礎才行，特別是需要對於什麼是時域和頻域，什麼是訊號的幅度，相位，頻率以及它們相互之間的關係有紮實瞭解。基礎不牢地動山搖。
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以下是我曾經撓了兩天腦袋才搞明白的事情，希望能幫到訊號小白少走點彎路。
關於訊號的幅度，相位，頻率。千萬千萬不要把它們當做割裂分開的概念。它們之間是互相關聯，互相轉化的。
用大白話說，調幅調頻調相只是指的第一手的手段調節什麼，但調幅並不意味著頻率相位不會變，調頻調相亦然。這個基本概念要牢記心頭。
當然，存在特殊的手段，可以在調A的時候，保持B/C不變（比如GMSK，連續使用相同符號調製，就可以達到這個效果）但這是精心設計才達到的，屬特例。
關於訊號相位和頻率的問題特別重要，有個思想實驗很有幫助：
想象一個具有360分格，一根繞中心旋轉的指標的鐘表表盤。
- 指標轉動一圈就是一個訊號週期內的相位爸變化，
-指標轉動快慢（每秒鐘轉多少圈）就是訊號頻率
-指標轉動相位隨時間勻速增加，就是一個固定頻率
-指標轉動相位非勻速變化（忽快忽慢），就是一個頻率譜。
-假如這個錶盤上增加一根指標B，和原來的指標A轉動速率相同，但相互垂直（pi/2相差） ，這就是一個sin和cos的區別。兩根針互相正交，相互內積為0。
等等等等，可以有很多有趣的聯想幫助你瞭解訊號的本質。
比如，假如指標A正轉，指標B反轉，怎麼理解兩者的不同呢？
還有奈奎斯特定律本質是什麼，也可以在這個小錶盤上面得到體現。
各位有興趣的話，開一下腦洞想想吧。
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以下搬運自本人之前在52RD上的一篇部落格，貌似已經被不少人引用，或者有些就是整篇照抄。最近在知乎上也回答了幾個類似的問題，好多同學還是對於這些基本概念有誤解。
特此把這篇文重新編輯，整理提煉一下。保留個人版權，轉載請告知。
什麼是訊號調製
：
我們常說的訊號調製（Modulation），因為歷史沿革，目前其實在不同的語境下有著完全不同的意思。不只是初入行的員工，一些老鳥有時也常常會搞混淆。
傳統意義上的調製，先摘抄一段wiki的定義：
modulation
is the process of varying one or more properties of a periodic waveform， called the carrier signal， with a modulating signal that typically contains information to be transmitted。
載波因為純淨（單頻，頻寬為0）所以沒辦法攜帶大量資訊，但是頻率高方便無線傳輸。而資訊本身有頻寬（聲音訊號頻寬22KHz左右），但是無法被無線傳輸。
所以兩者勾搭到一起，產生了調製的概念。
用中文大白話來說，調製就是把需要傳輸的訊號（原始資訊），想辦法搬移到載波訊號上去。這個過程裡面，我們用有用訊號（資訊）去調戲（調製）純淨訊號（載波）。
根據被調戲的（調製）物件不同就可以分類：可以是載波的頻率（FM）、幅度（AM）、相位（PM），抑或兼而有之（QAM）。
接下來幾個專有名詞先定義一下（僅僅限於本文的上下文，網路上不同的書/文章上面可能會用不同的名字，不要糾結，理解了本質你自然明白各自在說什麼）：
- 調製訊號=原始資訊，就是需要傳輸的訊號，模擬調製時代典型是一段語音，數字調製時代通常是一串編碼後的位元流。
- 載波訊號，通常是高頻訊號（理論上是一個單音訊號，要求非常純淨），因為高頻訊號有易於傳播，衰減較小的特質。
- 調製的“物件”是載波訊號的幅度、頻率，相位，或者這三者的混合。
- 基帶訊號，就是載波頻率為0的時候的已調製訊號。
- 射頻訊號，就是載波頻率為對應的高頻訊號的時候的已調製訊號。
為什麼調製這個概念在不同的書/課本/文章上有時候會有不同意思
？
我想大概是這麼個原因：
最早的調製概念，是模擬調製，就是我們廣播還能見到的AM/FM，這個調製是把資訊（聲音訊號，頻率典型在44KHz以下）透過一系列手段，搬移到射頻頻率上去。
而現代數字通訊的出現，以及相應數字域/模擬域處理的分開（因為半導體器件的原因，數字和模擬）導致數字訊號的調製被分成兩塊：一個是數字調製（就是基帶訊號的形成），一個是模擬調製（雖然還叫調製，其實已經退化成頻譜搬移，只改變載波。但是它一點不簡單，要是簡單，RF IC早就變成白菜價了）。
到了後來，大家寫文章的時候，基帶處理的說我這是調製，射頻處理的也說我這是調製，其實基帶加上射頻才是最原始的調製的概念。
因此大家在讀文章的時候，先要搞清楚裡面所說的調製到底指的什麼。
怎麼理解模擬調製和數字調製？
如果把經典的調製概念在學術意義上加以分類，可以這麼說：
1。 對應於模擬調製：AM/FM/PM。 模擬訊號調製/解調實現都簡單得多，舉個例子，AM訊號就是用語音訊號去調節載波訊號的幅度，調製很簡單，解調也很簡單（二極體就行）。我還記得大學老師說當年插隊的時候放羊，在無線電鐵塔下面拿個金屬棍子往地下一插，就能聽見調幅廣播了（其實就是個CR濾波器，濾除了載波訊號，留下的就是模擬幅度訊號）
2。 相應於數字調製：ASK/FSK/PSK。 概念也很簡單，比如ASK，就是遇到0，傳輸一個幅度訊號，遇到1，傳輸另一個幅度訊號，等等。
不過這些都只存在於教科書裡面了，現今實際應用沒啥意思。但是本質還是要搞清楚。不展開。
而現實遠遠沒這麼簡單，我們看到那麼多五花八門的調製技術：
GMSK/xPSK/xQAM/OFDM 以及這樣那樣的變種，都是啥意思呢？
首先明確一下，這些都是基帶調製技術，其本質是研究“如何在一個載波週期內攜帶更多的資訊流”的技術。
基帶調製的目的，是把需要傳輸的資訊進行處理，以達到用盡量小的頻寬傳輸儘量多的資訊。
很眼熟是吧：沒錯，這就是香濃定律專注的地方，也是無數演算法工程師，DSP工程師忙碌的地方：為了提高單位頻寬內的資訊密度。
GMSK/QPSK/8PSK/16QAM/64QAM分別表示了不同的數字調製方法，就是想方設法把原始的資訊做”編碼對映”，以期達到用更少的symbol來代表原來的2^Nbit的目的，經過調製以後，在一個載波週期（1Hz）內傳輸的（即實際拿去做調製的）是symbol而不再是bit。
GMSK： 1 symbol=1bit，單位頻寬傳輸效率1bit/Hz
QPSK： 1 symbol=2bit，單位頻寬傳輸效率，2bit/Hz
8PSK：1 symbol=3bit ，單位頻寬傳輸效率，3bit/Hz
16QAM：1 symbol=4bit ，單位頻寬傳輸效率，4bit/Hz
64QAM：1 symbol=6bit， 單位頻寬傳輸效率，6bit/Hz
OFDM 有所不同，它走的不是一個路子，
不是把資訊在一個載波上傳輸，而是使用了多個子載波（序列碼流並行化分配到各個子載波上去）
， 但是每個子載波上面處理仍然類似，可以使用xPSK/xQAM調製。OFDM的子載波之間相互正交——正交的意思，
可以理解成在關鍵的時間點“互不干擾”
，可以這樣想象一下，當在第N個載波上取樣訊號時，剛好第N+1/N-1的相鄰載波都處於0電平，那麼此時大家就是互不干擾。
Wiki上數字調製的總入口：
https：//
en。wikipedia。org/wiki/M
odulation#Digital_modulation_methods
能解釋一下星座圖的意思
：
1。 星座圖是個手段，或者工具，在電腦模擬或者儀表測量的時候，可以用來觀察調製訊號質量，或者說它是對於調製訊號的影象化表達；
2。 星座圖上可以看到一個載波週期內，調製訊號的symbol的狀態（幅度和相位資訊，加上軌跡還能顯示symbol之間的訊號過度）——注意星座圖裡面看不到任何載波的資訊（載波的不理想效能夠透過訊號的幅度/相位特性反映出來）。
3。 星座圖是時域上的概念，不反映訊號頻域資訊。
Wiki link：
https：//
en。wikipedia。org/wiki/C
onstellation_diagram
星座圖是射頻工程師和物理層工程師的好幫手。
Chip/Symbol 是什麼意思？和調製有什麼關係？
下面一段看不太明白可跳過——這部分涉及一點通訊協議，不瞭解也並不妨礙對於調製/解調的理解：
從CDMA/WCDMA時代引入的碼域處理（Chip process），其實不是調製，而是在發生在訊號調製之前的訊號編碼處理—目的是提高訊號的抗干擾能力
（透過擴頻，擴頻本身這裡不展開，大家自行Wiki）。其實2G時代的GMSK，4G時代的OFDM，也都有不同的訊號編碼來提高訊號的抗干擾能力。但是請注意這裡叫做通道編碼（最近炒得火熱的華為的polar碼事件，就是幹這個的）或者擴頻，注意這些不是調製！不是調製！不是調製！
在訊號被調製之前，簡單說原始資訊會經過如下變換：
原始的語音數字化，或者packet data -> 信源編碼 （只對語音而言） -> 通道編碼（比如L2/L3加保護，封包，交織等等） -> 傳輸通道化 –> 物理傳輸訊號成型（CDMA/WCDMA要做擴頻，LTE要做串並轉換產生子載波碼流） -> 遞交給物理層最底層做基帶調製。
解調就是反過來。
基帶調製完成的訊號，通常會輸出兩個正交模擬量，用來實現射頻調製。
射頻調製的實現：
好，到此為止我們簡單講完完成了基帶訊號調製。接下來是射頻調製。
如前文所說，
射頻調製，目的就是實現射頻訊號搬移
。但是這個搬移要儘量做到訊號無損傷（高信噪比），產生純淨的載波訊號（本振的低相位噪聲），不引入其它的額外的訊號（各種非線性干擾）。。。可謂任務艱鉅。
射頻調製（射頻搬移）有很多種辦法。但目前民用領域最廣泛的調製實現方法，還是IQ調製（也有叫向量調製，正交調製）。
IQ調製從硬體電路實現上來說，就是把基帶調製輸出IQ訊號（I/Q可以認為是兩個正交的基帶調製訊號）搬移到載波上去的過程：
從安捷倫一篇AN上找到個圖標註一下，如有侵權請通知：（順便說一句：Agilent（現在叫Keysight）有非常多的高質量文件。懶漢可以用如下關鍵詞去百度一下“向量調製分析基礎 agilent”）
假設前面的基帶調製輸出了兩路訊號：
；
；
其中Ab（t）=基帶訊號的幅度；ωb t=基帶訊號的相位。
基帶訊號通常為“零頻訊號”，即載波為DC，頻寬為訊號頻寬的調製訊號；
射頻調製數學模型可以用純粹的三角函式來演示
：
如果a=ωc t（載波頻率，carrier訊號，或者稱為為LO，本振訊號），b=ωbt代表前述的“基帶訊號頻率”。則我們得到：
從這個公式我們可以得到很多有意思的結論：
直觀的結果：提供cos（ωc t）給Qb（相乘，即混頻）， 提供sin（-ωc t） 給Ib （相乘，即混頻），再把產物相加，最後得到的就是射頻調製訊號，（ωc+ωb）實現頻譜搬移；
狡猾的實現： sin（-ωc t）在硬體實現上很簡單因為sin（-ωc t）=-cos（ωc
t+90），就是說對原始的LO訊號提供90度（1/4週期）的相移，再取反就可以得到—這是硬體上很容易實現的。
相位同步：基帶訊號ωbt和本振訊號ωct要零相位差。或者說，基帶調製訊號送至射頻發射機調製之間的硬體delay需要被補償至2π。
幅度變化：注意最後產物上疊加的A（t），為基帶訊號的幅度資訊。從這裡可以看出恆包絡訊號如GMSK， A（t）為常數和非恆包絡訊號，如QPSK-nQAM（A（t） 可能在最大和0之間變化）對於最終射頻訊號的影響—這個影響（用PAR來衡量）對於射頻放大器的限制是眾所周知的。
這裡數學模型是考慮理想狀況，沒有考慮各種非理想狀況例如載波洩露，相位不平衡，幅度不平衡等等。但是這些都可以代入公式做量化分析。
有興趣的同學可以自行搜尋相關文章。
關於解調，理論上是如上調製的逆過程，當然具體實現上可能是非常不同，是另外一個很大的話題。。暫時打住。。
