1、無線通信發(fā)展史

通信技術(shù)是支撐現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展最為基礎(chǔ)的技術(shù)，通信就是傳遞信息。最早的通信有最古老的書信通信、烽火臺(tái)傳信等。而當(dāng)今的通信手段更為多樣化，電話、電子郵件、即時(shí)通信（微信）、手機(jī)等。

數(shù)千年來，不管是君王或?qū)④姡夹枰惶缀苡行实耐ㄓ嵞Ｊ絹碇卫韲?guó)家、指揮軍隊(duì)。他們當(dāng)然也深知萬一信息落入不當(dāng)人士手里，讓敵國(guó)窺知機(jī)密，或讓反對(duì)勢(shì)力獲取關(guān)鍵信息時(shí)，所會(huì)產(chǎn)生的嚴(yán)重后果。

控制信息通流是保持社會(huì)穩(wěn)定的一種手段。歷來通信手段都是從軍用開始，然后再延伸到民用。

從最初的結(jié)繩記事，到文字的發(fā)明，都是為了記錄信息，而文字載體的發(fā)明更多是出于人類的頻繁交流，所以文字載體發(fā)明路徑是越來越輕便。

人類最初的遷徙社會(huì)，哪里有食物就遷徙到哪兒，此時(shí)這種采集社會(huì)最大的特征就是人類沒有多余的家當(dāng)，沒有貯藏食物的需求。文字也不是必須的。但隨著領(lǐng)土的擴(kuò)張，掌權(quán)者要維持領(lǐng)土不丟失，就需要更為高效的通信手段，如何讓遠(yuǎn)方的守軍收到指示就顯得迫在眉睫了。

圖1 指環(huán)王中的烽火臺(tái)

最早有中國(guó)的烽火臺(tái)，當(dāng)最臨近敵人的烽火臺(tái)守候部隊(duì)發(fā)現(xiàn)敵情，守兵會(huì)點(diǎn)著狼煙。古人用“狼煙四起”來形容到處都在爆發(fā)戰(zhàn)爭(zhēng)，說明國(guó)家危機(jī)，百姓要遭殃！這種通信的弊端是，只能顯示兩種狀態(tài)，“有”或“無”敵情。

圖2 沙普發(fā)明的信號(hào)塔示意圖

再到16世紀(jì)法國(guó)的克洛德?沙普發(fā)明的信號(hào)塔，沙普制作的信號(hào)塔主要是通過視覺，從一座信號(hào)塔向另一座視覺范圍內(nèi)的信號(hào)塔發(fā)送信號(hào)。和烽火臺(tái)有異曲同工之處，而信號(hào)塔通過在橫梁兩端安裝兩個(gè)巨大懸臂，分別由纜索操縱，懸臂可以形成七個(gè)角度，相鄰之間相差四十五度，單次可以傳輸98種信息。1799 年拿破侖政變成功后，通過信號(hào)塔向全國(guó)各地發(fā)送了一條信息“巴黎無事，良民皆安”。

信號(hào)塔相對(duì)于烽火臺(tái)，信息容量得到了提升；但不到半個(gè)世紀(jì)，沙普信號(hào)塔網(wǎng)絡(luò)卻銷聲匿跡了，被電報(bào)完全取代。在電報(bào)以前包括信件、烽火臺(tái)、信號(hào)塔等都極容易受到天氣的影響，而且傳遞信息很容易被中斷或解讀錯(cuò)誤等問題。在軍事領(lǐng)域，一個(gè)錯(cuò)誤信息帶來的后果是不堪設(shè)想的。

電報(bào)在遠(yuǎn)距離通信領(lǐng)域跨出巨大一步，可使軍事命令迅速傳達(dá)下去，給傳媒業(yè)帶來最新的消息，提供寶貴的商業(yè)信息，讓遙遙相隔的公司可以進(jìn)行實(shí)時(shí)交易等，這可是人類信息史上劃時(shí)代的發(fā)明。

2、無線通信基礎(chǔ)

人類的通信隨著電報(bào)的發(fā)明，一直在努力提升信號(hào)傳輸速度和容量。從早期的模擬調(diào)制僅有2種符號(hào)（symbol）來區(qū)分0或1，到如今的數(shù)字調(diào)制，例如QAM則有更多的符號(hào)，每個(gè)符號(hào)都有相應(yīng)的相位和幅度值。

表1 無線通信的調(diào)制技術(shù)和采用示例

以16-QAM為例，通過QAM調(diào)制可得到16個(gè)不同的波形，分別代表0000，0001....這也意味著一共有16種符號(hào)，一個(gè)符號(hào)可以傳遞4 bit信息。

圖3 16-QAM示意圖

Part.1

QAM的星座圖

在數(shù)字信號(hào)調(diào)制中，星座圖通常用于表示QAM調(diào)制二維圖形。星座圖相對(duì)于IQ調(diào)制而言，將數(shù)據(jù)調(diào)制信息映射到極坐標(biāo)中，這些信息包含了信號(hào)的幅度信息和相位信息。

星座圖上的每一個(gè)點(diǎn)，都表示一個(gè)符號(hào)。該點(diǎn)I軸和Q軸的分量分別代表著正交的載波上的幅度調(diào)整。該點(diǎn)到原點(diǎn)的距離A就是調(diào)制后的幅度，夾角φ就是調(diào)制后的相位。

圖4 QAM的星座圖

而星座圖上點(diǎn)的數(shù)量，決定了每個(gè)符號(hào)傳輸?shù)谋忍財(cái)?shù)。例如：

· 256-QAM，256是2的8次方，每個(gè)符號(hào)能傳輸8bit的數(shù)據(jù)。

· 1024-QAM，1024是2的10次方，每個(gè)符號(hào)能傳輸10bit的數(shù)據(jù)。

因此，作為比256-QAM更高階的1024-QAM，數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆逯邓俾蔬M(jìn)一步提高25%。

圖5 WiFi 6 1024-QAM

Part.2

噪聲與干擾對(duì)QAM的影響

盡管較高階的調(diào)制速率能夠?yàn)闊o線電通信系統(tǒng)提供更快的數(shù)據(jù)速率和更高水平的頻譜效率，但這是有代價(jià)的。較高階的調(diào)制方案對(duì)噪聲和干擾的適應(yīng)性要差得多。

因?yàn)榘l(fā)送一個(gè)符號(hào)所用的載波頻寬是固定的，發(fā)送時(shí)長(zhǎng)也是一定的，較高階意味著兩個(gè)符號(hào)之間差異就越小。這不僅對(duì)接收雙方的器件要求很高，而且對(duì)環(huán)境的要求也很高。也就是說，如果環(huán)境過于惡劣，終端將無法使用高階的QAM模式通信，只能使用較低階次的調(diào)制模式。

3、測(cè)試應(yīng)用

普尚SP900系列信號(hào)分析儀可支持最新的無線通信標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，如5G NR、WLAN、Bluetooth的信號(hào)解調(diào)分析，2/3/4/5G，數(shù)字調(diào)制解調(diào)分析等。SP206V信號(hào)發(fā)生器支持生成更準(zhǔn)確的信號(hào)來激勵(lì)器件和系統(tǒng)，可輸出2/3/4/5G，矢量信號(hào)，以及BPSK、QAM等，是進(jìn)口高端信號(hào)發(fā)生器的首選替代方案。

圖6 典型的數(shù)字調(diào)制信號(hào)解調(diào)分析：32APSK調(diào)制分析(上圖)，256QAM調(diào)制分析(下圖)