無線通信初探（二）

五、信號的調(diào)制與解調(diào)

為什么信號需要調(diào)制呢？

我覺得可以簡單的這么理解。

假如我們一開始只是想讓自己的聲音傳到遠(yuǎn)處，由于我們的聲音的信號頻率比較低，并且分布在 10Hz ～ 20KHz 這個(gè)頻帶內(nèi)，我們很難找到一個(gè)合適的天線把這么一個(gè)寬頻帶的型號發(fā)射出去，如果可以，那可能就是一條直通的線纜了，因?yàn)轭l率低的型號輻射不出去。

所以，我們要想頻率范圍很寬的型號發(fā)出去，同時(shí)還希望天線固定且小型化，我們最好是通過固定的頻率信號進(jìn)行傳輸，這樣我們的天線設(shè)計(jì)也固定。

于是，我們選擇了一個(gè)固定的頻率，比如 433MHz 吧。

然后，我們再將我們的聲音信號調(diào)制到 433MHz 的這個(gè)信號上。這里有一個(gè)無線通信里面比較常用的部件，叫壓控振蕩器，他的作用就是根據(jù)模擬信號的輸入來改變震蕩頻率，利用這個(gè)器件，我們就可以把輸入的聲音信號的幅值調(diào)制成對應(yīng)的頻率變化的高頻信號，這個(gè)頻率變化的范圍是在一個(gè)以 433M 為中心頻率的帶寬內(nèi)。

下圖就是一個(gè)模擬調(diào)頻示意圖，假設(shè)我們傳送的音頻信號是一個(gè)正弦波，可以觀察一下時(shí)域信號。

20 年前，我們的廣播電視也是基于這種模擬調(diào)制來進(jìn)行信號傳輸的，還記得我們家里用的各種八木天線嗎？

它之所以有那么多腿兒，就是因?yàn)樗軌蚪邮艿胶芏囝l率上的電視臺，我們的電視機(jī)再根據(jù)頻率選擇器來進(jìn)行選臺。那么，當(dāng)數(shù)字信號大行其道時(shí)，我們?nèi)绾螌?shù)字信號進(jìn)行調(diào)制呢？

上面的圖示是一個(gè)數(shù)字信號調(diào)頻的示例，可以看到，我們是將數(shù)字的 0 和 1 的高低電平波形去和基頻相乘，得到的結(jié)果就是高電平對應(yīng)高頻率，低電平對應(yīng)地頻率。這里的高頻率和地頻率其實(shí)就是以 433Mhz 為中心的頻帶的高低兩個(gè)值。數(shù)字調(diào)制的方式有很多，這里可以大概預(yù)覽一下：

簡單的了解幾個(gè)調(diào)制方式的波形圖，沒必要深究太多，應(yīng)用起來只需要大體分辨他們的優(yōu)缺點(diǎn)即可。

上面三種是最基本的調(diào)制方式，從波形圖中可以看到，他們分別使用載波的幅值，頻率，以及相位來表示數(shù)字信號的0 和 1。如此一來，我們在通信的另一端就可以很清楚的獲取到這些 0 和 1 的序列，也就拿到了傳遞的信息。

六、無線通信的單雙工方式

首先，我們還是從優(yōu)先通信入手，對于串口通信，它存在兩根線，一個(gè) Rx，一個(gè) Tx，它可以同一時(shí)刻實(shí)現(xiàn)兩個(gè)方向的通信，因此我們稱其為全雙工通信。既然有全雙工通信，那就存在半雙工通信，所謂的半雙工通信就是指的互相通信的設(shè)備都具備收發(fā)功能，但是無法做到同一時(shí)刻收發(fā)。比如我們的串口通信中的 Tx 和 Rx 兩條線縮減為一根線。收發(fā)雙方在約定好的時(shí)間內(nèi)發(fā)別進(jìn)行收發(fā)。

在無線通信中，我們也經(jīng)常遇到這樣的場景，比如我們對講機(jī)，在某一個(gè)時(shí)間內(nèi)，他們只能執(zhí)行一種操作，不能同時(shí)執(zhí)行收發(fā)，不像手機(jī)一樣可以貼在臉上煲機(jī)一小時(shí)。而單工通信就是我們最開始討論的廣播，收音機(jī)等，我們拿著的那個(gè)半導(dǎo)體盒子只是負(fù)責(zé)接收信號，電視臺的天線則只負(fù)責(zé)發(fā)射信號，所以他們的通信方式是屬于單工范疇。

手機(jī)的全雙工通信是如何時(shí)間的呢？

這里得提一下時(shí)分復(fù)用和頻分復(fù)用，也就是 TDD 和 FDD。對于 TDD 來說，收發(fā)共用一個(gè)射頻頻點(diǎn)，上下行鏈路使用不同的時(shí)隙來進(jìn)行通信。而對于 FDD 來說，收發(fā)使用不同的射頻頻點(diǎn)來進(jìn)行通信。