調(diào)制是所有無(wú)線通信的基礎(chǔ)，調(diào)制是一個(gè)將數(shù)據(jù)傳送到無(wú)線電載波上用于發(fā)射的過程。如今的大多數(shù)無(wú)線傳輸都是數(shù)字過程，并且可用的頻譜有限，因此調(diào)制方式變得前所未有地重要。

　　如今的調(diào)制的主要目的是將盡可能多的數(shù)據(jù)壓縮到最少的頻譜中。此目標(biāo)被稱為頻譜效率，量度數(shù)據(jù)在分配的帶寬中傳輸?shù)乃俣?。此度量的單位是比特每秒每赫茲（b/s/Hz）?，F(xiàn)在已現(xiàn)出現(xiàn)了多種用來(lái)實(shí)現(xiàn)和提高頻譜效率的技術(shù)。

　　幅移鍵控（ASK）和頻移鍵控（FSK）

　　調(diào)制正弦無(wú)線電載波有三種基本方法：更改振幅、頻率或相位。比較先進(jìn)的方法則通過整合兩個(gè)或者更多這些方法的變體來(lái)提高頻譜效率。如今，這些基本的調(diào)制方式仍在數(shù)字信號(hào)領(lǐng)域中使用。

　　圖1顯示了二進(jìn)制零的基本串行數(shù)字信號(hào)和用于發(fā)射的信號(hào)以及經(jīng)過調(diào)制后的相應(yīng)AM和FM信號(hào)。有兩種AM信號(hào)：開關(guān)調(diào)制（OOK）和幅移鍵控（ASK）。在圖1a中 ，載波振幅在兩個(gè)振幅級(jí)之間變化，從而產(chǎn)生ASK調(diào)制。在圖1b中，二進(jìn)制信號(hào)關(guān)斷和導(dǎo)通載波，從而產(chǎn)生OOK調(diào)制。

　　圖1：三種基本的數(shù)字調(diào)制方式仍在低數(shù)據(jù)速率短距離無(wú)線應(yīng)用中相當(dāng)流行：幅移鍵控（a）、開關(guān)鍵控（b）和頻移鍵控（c）。在載波零交叉點(diǎn)發(fā)生二進(jìn)制狀態(tài)變化時(shí)，這些波形是相干的

　　AM在與調(diào)制信號(hào)的最高頻率含量相等的載波頻率之上和之下產(chǎn)生邊帶。所需的帶寬是最高頻率含量的兩倍，包括二進(jìn)制脈沖調(diào)制信號(hào)的諧波。

　　頻移鍵控（FSK）使載波在兩個(gè)不同的頻率（稱為標(biāo)記頻率和空間頻率，即fm和fs）之間變換（圖1c）。FM會(huì)在載波頻率之上和之下產(chǎn)生多個(gè)邊帶頻率。產(chǎn)生的帶寬是最高調(diào)制頻率（包含諧波和調(diào)制指數(shù)）的函數(shù)，即：

　　m = Δf（T）

　　Δf是標(biāo)記頻率與空間頻率之間的頻率偏移，或者：

　　Δf = fs –fm

　　T是數(shù)據(jù)的時(shí)間間隔或者數(shù)據(jù)速率的倒數(shù)（1/bit/s）。

　　M的值越小，產(chǎn)生的邊帶越少。流行的FSK版本是最小頻移鍵控（MSK），這種調(diào)制方式指定m = 0.5。還使用m = 0.3等更小的值。

　　接下來(lái)我們討論兩種進(jìn)一步提高ASK和FSK的頻譜效率的方法。第一個(gè)方法是選擇數(shù)據(jù)速率、載波頻率和移頻，以便發(fā)生二進(jìn)制狀態(tài)變化時(shí)，正弦載波不會(huì)出現(xiàn)不連續(xù)。這些不連續(xù)性會(huì)產(chǎn)生短時(shí)脈沖波干擾，這種干擾會(huì)增加諧波含量和帶寬。

　　這里的思路是使二進(jìn)制數(shù)據(jù)的停止和開始時(shí)間與正弦載波在零交叉點(diǎn)出現(xiàn)振幅或頻率變化的時(shí)間同步。這稱為連續(xù)相或相干操作。與非相干信號(hào)相比，相干ASK/OOK和相干FSK的諧波較少，帶寬較窄。

　　第二種方法是在調(diào)制之前對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波。這種方法可以對(duì)信號(hào)進(jìn)行修整，從而延長(zhǎng)上升時(shí)間和下降時(shí)間，減少諧波含量。特別的高斯濾波器和升余弦低通濾波器的用途就在于此。GSM蜂窩電話廣泛使用了一種流行的整合方案，即高斯濾波MSK（GMSK），這種方案可以在200kHz信道中實(shí)現(xiàn)270kbps的數(shù)據(jù)速率。

　　二進(jìn)制相移鍵控（BPSK）和正交相移鍵控（QPSK）

　　二進(jìn)制相移鍵控（BPSK）是一種非常流行的數(shù)字調(diào)制方式，該調(diào)制方式是在發(fā)生每一個(gè)二進(jìn)制狀態(tài)變化時(shí)將正弦載波進(jìn)行180°的相移（圖2）。BPSK在零交叉點(diǎn)出現(xiàn)相變時(shí)是相干的。BPSK的正確解調(diào)需要信號(hào)與相同相位的正弦載波進(jìn)行對(duì)比。這涉及到載波恢復(fù)和其他的復(fù)雜電路。

　　圖2：在二進(jìn)制相移鍵控中，請(qǐng)注意二進(jìn)制0的相位是怎樣為0°，而二進(jìn)制1的相位是怎樣為180°的。當(dāng)二進(jìn)制狀態(tài)發(fā)生變換時(shí)，相位發(fā)生變化，因此信號(hào)是相關(guān)的

　　差分BPSK或DPSK是比較簡(jiǎn)單的調(diào)制方式，這兩種調(diào)制試試會(huì)將接收到的比特相位與以前的比特信號(hào)的相位進(jìn)行對(duì)比。BPSK是頻譜效率極高的一種調(diào)制方式，你可以以與帶寬（即1bit/Hz）相等的數(shù)據(jù)速率傳送數(shù)據(jù)。

　　正交PSK（QPSK）是BPSK的一種比較流行的變體，在該方式中，調(diào)制器產(chǎn)生兩個(gè)相移為90°的正弦載波。二進(jìn)制數(shù)據(jù)對(duì)每個(gè)相位進(jìn)行調(diào)制，從而產(chǎn)生四個(gè)相移為45°的唯一的正弦信號(hào)。兩個(gè)相位疊加在一起，產(chǎn)生最終的信號(hào)。每一對(duì)唯一的比特都產(chǎn)生具有不同相位的載波（表1）。

　　表1

　　圖3a通過相量圖描述了QPSK，圖中的相量表示載波正弦振幅峰值，及其位置表示相位。圖3b中的星座圖顯示了同樣的信息。由于每一個(gè)載波相位都表示兩比特?cái)?shù)據(jù)，因此QPSK是一種頻譜效率極極高的調(diào)制方式。其頻譜效率為2bit/Hz，這是同一帶寬中BPSK能夠?qū)崿F(xiàn)的數(shù)據(jù)速率的兩倍。

　　圖3：可以不使用時(shí)域波形來(lái)表示調(diào)制方式。比如，QPSK可以用相量圖（a）或者星座圖（b）表示，這兩種圖都表示相位和振幅的大小

　　數(shù)據(jù)速率和波特率

　　理論上的最大數(shù)據(jù)速率或信道容量（C）（單位為bits/s）是信道帶寬（B）信道（單位為Hz）和信噪比（SNR）的函數(shù)：

　　C = B log2 （1 + SNR）

　　這就是所謂的香農(nóng)-哈特雷定律。最大數(shù)據(jù)速率與帶寬成正比，與SNR成對(duì)數(shù)比。在誤碼率（BER）一定的情況下，噪聲會(huì)大幅降低數(shù)據(jù)速率。

　　另一個(gè)關(guān)鍵因素是波特率，即每秒傳送的調(diào)制符號(hào)數(shù)。調(diào)制符號(hào)這個(gè)術(shù)語(yǔ)是指正弦載波信號(hào)的一種具體狀態(tài)。它可以是振幅、頻率、相位或者這些參數(shù)的某種形式的組合。基本的二進(jìn)制傳輸模式采用每個(gè)符號(hào)一比特的機(jī)制。

　　在ASK調(diào)制方式中，二進(jìn)制0表示一個(gè)振幅，二進(jìn)制1表示另外一個(gè)振幅。在FSK調(diào)制方式中，二進(jìn)制0表示一個(gè)載波頻率，二進(jìn)制1表示另一個(gè)載波頻率。在BPSK調(diào)制方式中，二進(jìn)制0表示0°相移，二進(jìn)制1表示180°相移。以上的每一種調(diào)制方式都采用每個(gè)符號(hào)一比特的機(jī)制。

　　數(shù)據(jù)速率（單位為bits/s）按比特時(shí)間（tb）的倒數(shù)計(jì)：

　　bits/s = 1/ tb

　　采用每比特一個(gè)符號(hào)的機(jī)制時(shí)，波特率與比特率相同。不過，如果每個(gè)符號(hào)傳輸多個(gè)比特，波特率就會(huì)降至比特率的每個(gè)符號(hào)的比特?cái)?shù)分之一。比如，如果按每個(gè)符號(hào)2比特傳輸，波特率即為比特率的二分之一。舉例來(lái)講，采用QPSK調(diào)制方式時(shí)，70Mb/s的數(shù)據(jù)流是以35個(gè)符號(hào)/秒的波特率傳輸?shù)摹?/p>

　　多相移鍵控（M-PSK）

　　在QPSK調(diào)制方式下，每個(gè)符號(hào)為2比特，其頻譜效率極高。由于有四種振幅相位組合，因此QPSK也稱為4-PSK。通過使用較小的相移，每個(gè)符號(hào)可以傳輸更多比特。8-PSK和16-PSK是比較常用的調(diào)制方式。

　　8-PSK采用八個(gè)符號(hào)，這些符號(hào)之間存在45°的等幅載波相移，從而可以實(shí)現(xiàn)每個(gè)符號(hào)傳輸三比特。16-PSK采用22.5°的等幅載波信號(hào)相移。該方案可以實(shí)現(xiàn)每個(gè)符號(hào)傳輸4比特。

　　雖然多相移鍵控（M-PSK）的頻譜效率較高，但是小相移數(shù)越大，在有噪聲的環(huán)境下解調(diào)信號(hào)就越難。M-PSK的優(yōu)勢(shì)在于等幅載波可以使用效率更高的非線性功放。

　　正交調(diào)幅（QAM）

　　創(chuàng)建具有某種振幅和相位組合的符號(hào)可以進(jìn)一步增加每個(gè)符號(hào)傳輸?shù)谋忍財(cái)?shù)。這種方法稱為正交調(diào)幅（QAM）。比如，8QAM使用四種載波相位和兩個(gè)振幅級(jí)來(lái)實(shí)現(xiàn)每個(gè)符號(hào)傳輸3比特。其他流行的調(diào)制方式包括16QAM、64QAM和256QAM，這三種調(diào)制方式每個(gè)符號(hào)分別傳輸4、6和8比特。

　　圖4：16QAM同時(shí)使用振幅和相位來(lái)實(shí)現(xiàn)4bit/Hz的頻譜效率。在此示例中，有三個(gè)幅移和12個(gè)相移

　　雖然QAM的頻譜效率極高，但是在有噪聲的情況下解調(diào)信號(hào)的難度也更大，其振幅變化往往是隨機(jī)的。此外還需要線性功放。QAM在有線電視、Wi-Fi無(wú)線局域網(wǎng)（LAN）、衛(wèi)星和蜂窩電話系統(tǒng)中使用相當(dāng)廣泛，它可以在帶寬有限的情況下產(chǎn)生最高的數(shù)據(jù)速率。

　　幅相鍵控（APSK）

　　幅相鍵控（APSK）是一種從M-PSK和QAM演變而來(lái)的調(diào)制方式，這種調(diào)制方式是隨著更高級(jí)QAM的需求的出現(xiàn)應(yīng)運(yùn)而生的。更高級(jí)別的QAM（比如16QAM和更高）具有很多不同的振幅級(jí)和相移。這些振幅級(jí)更容易受噪聲影響。

　　此外，這些多個(gè)振幅級(jí)需要線性功放（PA），而線性功放的效率要比非線性功放（比如C類功放）低。振幅級(jí)數(shù)越少，或者振幅級(jí)差越小，在PA的非線性區(qū)工作的可能性就越大，從而提高功率水平。

　　APSK使用更少的振幅級(jí)。這種調(diào)制方式基本上將符號(hào)排列到兩個(gè)或更多恒定相位差為θ的同心環(huán)中。例如，16APSK采用雙環(huán)PSK格式（圖5）。此調(diào)制方式稱為4-12 16APSK，中心環(huán)有四個(gè)字符，外環(huán)有12個(gè)字符。

　　圖5：16APSK使用兩個(gè)振幅級(jí)A1和A2以及16個(gè)偏移為θ的不同相位位置。此調(diào)制技術(shù)已廣泛用于衛(wèi)星領(lǐng)域。

　　采用兩個(gè)振幅級(jí)差較小的振幅級(jí)時(shí)，可使放大器在更加靠近非線性區(qū)的位置工作，從而提高效率和功率輸出。由于APSK非常適合使用普遍使用的行波管（TWT）功放，因此APSK主要用在衛(wèi)星應(yīng)用中。

　　正交頻分復(fù)用（OFDM）

　　正交頻分復(fù)用（OFDM）通過整合調(diào)制技術(shù)和復(fù)用技術(shù)來(lái)提高頻譜效率。傳輸信道被分成許多較小的子信道或子載波。選擇副載波頻率和間距時(shí)需使它們成正交關(guān)系。這樣，其光譜就不會(huì)互相干擾，因此就不需要防護(hù)頻帶（圖6）。

　　圖6：在IEEE 802.11n Wi-Fi標(biāo)準(zhǔn)的OFDM信號(hào)中，56個(gè)副載波在20MHz信道中的間隔為312.5kHz。使用64QAM調(diào)制方式時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)300Mbps的數(shù)據(jù)速率

　　要傳輸?shù)拇袛?shù)字?jǐn)?shù)據(jù)被分成數(shù)據(jù)速率較低的并行信道。然后這些數(shù)據(jù)速率較低的信號(hào)被用來(lái)調(diào)制每一個(gè)副載波。BPSK、QPSK和幾種級(jí)別的QAM是最常見的調(diào)制方式。802.11n標(biāo)準(zhǔn)對(duì)BPSK、QPSK、16QAM和64QAM進(jìn)行了定義。64QAM可以實(shí)現(xiàn)高達(dá)300Mbps左右的數(shù)據(jù)速率。

　　只有數(shù)字信號(hào)處理（DSP）技術(shù)會(huì)產(chǎn)生復(fù)雜的調(diào)制過程。反向快速傅立葉變換（IFFT）產(chǎn)生用于傳輸?shù)男盘?hào)。FFT過程會(huì)恢復(fù)接收器端的信號(hào)。

　　OFDM的頻譜效率相當(dāng)高。該效率取決于副載波數(shù)和調(diào)制方式，不過它可以高達(dá)30bit/s/Hz。由于高帶寬，這種調(diào)制方式通常會(huì)占用大量副載波，由于衰減、多路反射以及UHF和微波無(wú)線電信號(hào)傳播中常見的類似效應(yīng)，這種調(diào)制方式還不容易出現(xiàn)丟失信號(hào)的情況。

　　當(dāng)前，OFDM是使用最為廣泛的數(shù)字調(diào)制方式。這種調(diào)制方式的應(yīng)用范圍包括Wi-Fi LAN、WiMAX寬帶無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、長(zhǎng)期演進(jìn)（LTE） 4G蜂窩系統(tǒng)、數(shù)字用戶線路（DSL）系統(tǒng)和大多數(shù)電力線通信（PLC）應(yīng)用。

　　頻譜效率的確定

　　頻譜效率是在分配的帶寬中數(shù)據(jù)的傳輸速率的量度，其單位為bit/s/Hz（b/s/Hz）。每一種調(diào)制方式都有其理論最高頻譜效率（表2）。

　　表2

　　SNR是影響頻譜效率的另一個(gè)重要因素。該因素還可以用載波噪聲功率比（CNR）來(lái)表示。此量度是針對(duì)給定CNR值的BER。BER是在給定的傳輸比特?cái)?shù)中出錯(cuò)的比例。由于與信號(hào)級(jí)相比，噪聲變得更大，因此會(huì)出現(xiàn)更多錯(cuò)誤。

　　有些調(diào)制方式不易受噪聲影響。ASK/OOK和QAM等振幅調(diào)制方式極易受噪聲影響，因此對(duì)于給定的調(diào)制而言，這些調(diào)制方式的BER較高。相位和頻率調(diào)制（BPSK和FSK等）在有噪聲的環(huán)境中具有更好的表現(xiàn)，因此對(duì)于給定的噪聲級(jí)，這些調(diào)制方式需要的信號(hào)功率較少。

　　影響頻譜效率的其他因素

　　雖然調(diào)制方式在頻譜效率中起著非常關(guān)鍵的作用，但是無(wú)線設(shè)計(jì)中的其他因素也會(huì)影響頻譜效率。比如，使用正向糾錯(cuò)（FEC）技術(shù)可以大幅改進(jìn)BER。這種編碼方式可以增加額外的比特?cái)?shù)，因此可以檢測(cè)和糾正錯(cuò)誤。

　　這些額外的編碼比特會(huì)增加信號(hào)的開銷，從而降低數(shù)據(jù)的凈比特率，不過這往往是CNR的一位數(shù)dB改進(jìn)的一個(gè)可以接受的折衷因素。如今幾乎所有的無(wú)線系統(tǒng)都有這種編碼增益。

　　數(shù)字壓縮是另一個(gè)有用的技術(shù)。要發(fā)送的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)易受用來(lái)大幅減少信息量的壓縮算法的影響。這樣就可以減少數(shù)字信號(hào)量，以便這些信號(hào)以更短更慢的數(shù)據(jù)流進(jìn)行傳輸。

　　比如，數(shù)字手機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議語(yǔ)言（VoIP）電話的語(yǔ)言信號(hào)就是經(jīng)過壓縮的。MP3或AAC文件的音樂經(jīng)過壓縮后可以獲得更快的傳輸速度，并且所需的存儲(chǔ)空間也更小。視頻經(jīng)過壓縮后，高分辨率的圖像可以更快地傳輸或者在帶寬有限的系統(tǒng)中傳輸。

　　影響頻譜效率的另一個(gè)因素是多輸入多輸出（MIMO）的使用，該技術(shù)使用多個(gè)天線和收發(fā)器來(lái)傳送兩個(gè)或多個(gè)比特流。單個(gè)高速率流被分成兩個(gè)并行流，并同時(shí)以相同的帶寬進(jìn)行傳輸。

　　通過對(duì)流及其獨(dú)特的通路特性進(jìn)行編程，接收器可以對(duì)每個(gè)流進(jìn)行識(shí)別和解調(diào)，并將其重編成原始的流。因此，MIMO可以提升數(shù)據(jù)速率、噪聲性能和頻譜效率。802.11n和802.11ac/ad等更新的無(wú)線LAN （WLAN）標(biāo)準(zhǔn)以及LTE和WiMAX等蜂窩標(biāo)準(zhǔn)都采用MIMO技術(shù)。

　　圖7：這是以BER和CNR表示多種流行的調(diào)制方式及其頻譜效率的比較圖。請(qǐng)注意，對(duì)于給定的BER，QAM級(jí)別越高，所需的CNR越大

　　調(diào)制和解調(diào)的實(shí)現(xiàn)

　　過去，實(shí)現(xiàn)調(diào)制和解調(diào)的電路往往是唯一的。如今，大多數(shù)現(xiàn)代無(wú)線電都是軟件定義無(wú)線電（SDR），在這類無(wú)線電中，調(diào)制和解調(diào)等功能都是通過軟件的方式實(shí)現(xiàn)的。DSP算法執(zhí)行以前指定給調(diào)制器和解調(diào)器電路的工作。

　　調(diào)制過程是從要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)被送至產(chǎn)生兩個(gè)數(shù)據(jù)輸出的DSP器件開始的，這兩個(gè)數(shù)字輸出用來(lái)定義接收器端恢復(fù)數(shù)據(jù)所需的振幅和相位信息。DSP產(chǎn)生兩個(gè)基帶流，這兩個(gè)基帶流被發(fā)送至數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC），從而產(chǎn)生模擬當(dāng)量。

　　這些調(diào)制信號(hào)向混頻器提供載波。載波信號(hào)與混頻器之間有90°的相移。從混頻器獲得的正交輸出信號(hào)合在一起產(chǎn)生要傳輸?shù)男盘?hào)。如果載波信號(hào)的頻率為最終的傳輸頻率，那么該復(fù)合信號(hào)將被放大，然后被發(fā)送至天線。這個(gè)過程稱為直接轉(zhuǎn)換。載波信號(hào)的頻率也有可能是較低的中頻（IF）。該中頻信號(hào)通過另一個(gè)混頻器被上變頻至最終的載波頻率，然后被施加到發(fā)射器功放。

　　在接收器端，來(lái)自天線的信號(hào)被放大，然后下變頻至中頻，或者直接下變頻至最初的基帶信號(hào)。來(lái)自天線的放大信號(hào)與載波信號(hào)一起被施加到混頻器。施加到混頻器的載波信號(hào)之間也有90°的相移。

　　混頻器產(chǎn)生最初的基帶模擬信號(hào)，然后該信號(hào)在一對(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）中轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并被發(fā)送至DSP電路，該電路中的解調(diào)算法用來(lái)恢復(fù)最初的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。

　　這里要考慮三個(gè)重點(diǎn)。首先，調(diào)制和解調(diào)過程采用兩個(gè)正交信號(hào)。如果相位和振幅將要在調(diào)制或解調(diào)過程中保存和捕獲時(shí)，DSP算法就需要兩個(gè)正交信號(hào)。

　　其次，DSP電路可能是傳統(tǒng)的可編程DSP芯片，也可能通過實(shí)現(xiàn)算法的固定數(shù)字邏輯來(lái)實(shí)現(xiàn)。固定邏輯電路尺寸更小速率更快，由于在調(diào)制或解調(diào)過程中具有低延遲而往往得到優(yōu)先使用。

　　第三，如果調(diào)制方式為QPSK或QAM，發(fā)射器中的功放就需要是線性放大器，這樣才能真實(shí)地再現(xiàn)振幅和相位信息。如果采用ASK、FSK和BPSK調(diào)制方式，可以要使用效率更高的非線性放大器。

　　對(duì)更高頻譜效率的追求

　　頻譜是有限的資源，它總是供不應(yīng)求。多年來(lái)，美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)（FCC）和其他政府機(jī)構(gòu)已分配了大多數(shù)電磁頻譜，并且大多數(shù)頻譜都處在積極使用的狀態(tài)。

　　現(xiàn)在，蜂窩和陸地移動(dòng)無(wú)線電領(lǐng)域存在頻譜供不應(yīng)求的局面，從而限制了高數(shù)據(jù)速率等業(yè)務(wù)的拓展和新用戶的加入。解決這個(gè)問題的一個(gè)方案是通過將更多用戶壓縮到相同或更少的頻譜中并實(shí)現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)速率來(lái)提高使用效率。改進(jìn)的調(diào)制和訪問方案可能會(huì)有所幫助。

　　最密集的頻譜區(qū)之一是聯(lián)邦政府、州政府和消防局和警察局等當(dāng)?shù)毓舶踩珯C(jī)構(gòu)使用的陸地移動(dòng)無(wú)線電（LMR）和專用移動(dòng)無(wú)線電（PMR）頻譜。目前，這些頻譜是由FCC認(rèn)證分配的頻譜150至174MHz VHF頻譜和421至512MHz UHF頻譜。

　　大多數(shù)無(wú)線電系統(tǒng)和手持機(jī)都使用占用25kHz信道的FM模擬調(diào)制。最近FCC已經(jīng)要求所有的這類無(wú)線電都切換到12.5kHz信道。這種轉(zhuǎn)換稱為窄帶轉(zhuǎn)換，它可以使可用信道數(shù)翻倍。

　　窄帶轉(zhuǎn)換有望提升無(wú)線電訪問信道的能力。此外，窄帶還意味著可以在系統(tǒng)中增加更多的無(wú)線電。這種轉(zhuǎn)換必須在2013年1月1日之前進(jìn)行。否則機(jī)構(gòu)或公司可能會(huì)失去認(rèn)證或者被罰款。由于對(duì)新無(wú)線電系統(tǒng)和手持機(jī)的需求仍存在，因此這種轉(zhuǎn)換的成本將非常高。

　　未來(lái)，F(xiàn)CC有望授權(quán)從12.5kHz信道進(jìn)一步轉(zhuǎn)換到6.25kHz信道，這樣就又在不增加分配的頻譜量的情況下將容量增加了一倍。這種轉(zhuǎn)換尚未提供時(shí)間表。

　　新設(shè)備可以使用模擬或數(shù)字調(diào)制方式。通過調(diào)整調(diào)制指標(biāo)并使用其他窄帶轉(zhuǎn)換技術(shù)可以將標(biāo)準(zhǔn)模擬FM置于12.5kHz信道上。不過，6.25kHz信道中的模擬FM無(wú)法工作，因此必須使用數(shù)字技術(shù)。

　　數(shù)字技術(shù)可以將語(yǔ)音信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并使用壓縮技術(shù)產(chǎn)生可以調(diào)制到窄帶的極低速率的串行數(shù)字信號(hào)。這種數(shù)字調(diào)制技術(shù)有望滿足窄帶轉(zhuǎn)換目標(biāo)，并帶來(lái)一些額外的性能優(yōu)勢(shì)。

　　目前已經(jīng)開發(fā)了新的調(diào)制技術(shù)和協(xié)議（包括P25、TETRA、DMR、dPMR和NXDN）來(lái)滿足這一要求。所有這些新技術(shù)都必須滿足FCC法規(guī)第90部分和/或歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會(huì)（ETSI）標(biāo)準(zhǔn)（如針對(duì)LMR的TS-102 490和TS-102-658）的要求。

　　最流行的數(shù)字LMR技術(shù)P25目前已在美國(guó)12.5kHz信道上得到廣泛使用。其頻分多址（FDMA）技術(shù)可將分配的頻譜分成6.25kHz或12.5kHz信道。

　　P25項(xiàng)目的第I階段使用四符號(hào)FSK （4FSK）調(diào)制技術(shù)。早期推出的標(biāo)準(zhǔn)FSK使用兩種頻率或“音調(diào)（tone）”來(lái)實(shí)現(xiàn)1bit/Hz的頻譜效率。不過，4FSK是使用四種頻率的FSK技術(shù)的一種變體，該技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)2bit/Hz的效率。使用該方案時(shí)，該標(biāo)準(zhǔn)可以在12.5KHz的信道中實(shí)現(xiàn)9600bit/s的數(shù)據(jù)速率。使用4FSK技術(shù)時(shí)，載波頻率出現(xiàn)±1.8kHz或±600Hz的頻移，以實(shí)現(xiàn)四個(gè)符號(hào)。

　　在第2階段，使用一種兼容的QPSK調(diào)制技術(shù)在6.25kHz信道中實(shí)現(xiàn)類似的數(shù)據(jù)速率。發(fā)生±45°或±135°的相移，以實(shí)現(xiàn)四個(gè)符號(hào)?，F(xiàn)已開發(fā)出一款獨(dú)一無(wú)二的解調(diào)器，它可以檢測(cè)到4FSK或QPSK信號(hào)，以恢復(fù)數(shù)字語(yǔ)音。僅需要發(fā)射端的另一調(diào)制器即可實(shí)現(xiàn)從第1階段到第2階段的轉(zhuǎn)換。

　　美國(guó)以外的地區(qū)使用最廣泛的數(shù)字LMR技術(shù)是TETRA，即陸地中繼無(wú)線電。這種ETSI標(biāo)準(zhǔn)在歐洲以及非洲、亞洲和拉丁美洲應(yīng)用相當(dāng)廣泛。其時(shí)分多址（TDMA）技術(shù)可將四個(gè)數(shù)字語(yǔ)音或數(shù)據(jù)信號(hào)復(fù)用至25kHz信道。

　　單個(gè)信道可用來(lái)支持每個(gè)用戶的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的四個(gè)時(shí)隙的數(shù)字流。這相當(dāng)于相鄰的6.25kHz信道中的四個(gè)獨(dú)立信號(hào)。這種調(diào)制方式是π/4-DQPSK，數(shù)據(jù)速率是每時(shí)隙7.2kbps。

　　另一個(gè)ETSI標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字移動(dòng)無(wú)線電（DMR）在12.5kHz信道中使用4FSK調(diào)制技術(shù)。這種調(diào)制技術(shù)通過使用雙時(shí)隙TDMA方式在12.5kHz信道中實(shí)現(xiàn)等效的6.25kHz信道。語(yǔ)音通過數(shù)字方式進(jìn)行編碼，帶糾錯(cuò)功能，基本速率是3.6kbps。12.5kHz頻帶的數(shù)據(jù)速率是9600kbps。

　　類似的技術(shù)還有dPMR，這是一種數(shù)字專用移動(dòng)無(wú)線電標(biāo)準(zhǔn)。此ETSI標(biāo)準(zhǔn)也使用4FSK調(diào)制技術(shù)，不過使用的多址技術(shù)是6.25kHz信道中的FDMA。帶糾錯(cuò)功能時(shí)的語(yǔ)音編碼速率也是3.6kbps。

　　LMR廠商Icom和Kenwood已開發(fā)出另一個(gè)LMR標(biāo)準(zhǔn)NXDN。該標(biāo)準(zhǔn)旨在使用數(shù)字語(yǔ)音壓縮技術(shù)和四符號(hào)FSK系統(tǒng)在12.5或6.25kHz信道中工作?？梢赃x擇一個(gè)信道用來(lái)傳輸語(yǔ)音或數(shù)據(jù)。

　　基本數(shù)據(jù)速率為4800bit/s。多址技術(shù)是FDMA。NXDN和dPMR是兩個(gè)類似的標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)樗鼈兌荚?.25kHz信道中使用4FSK和FDMA。不過由于數(shù)據(jù)協(xié)議和其他特性不相同，這兩種技術(shù)并不兼容。

　　由于所有這些數(shù)字技術(shù)都是類似的，并且在標(biāo)準(zhǔn)頻率范圍內(nèi)工作，因此飛思卡爾（Freescale）公司開發(fā)出了一款整合RF收發(fā)器和ARM9處理器的單芯片數(shù)字無(wú)線電，該無(wú)線電經(jīng)過編程后可以適用于任何數(shù)字標(biāo)準(zhǔn)。如果不使用多個(gè)協(xié)議的話，MC13260片上系統(tǒng)（SoC）可以成為手持機(jī)無(wú)線電的基礎(chǔ)。

　　NovelSat公司推出的一種稱為NS3調(diào)制的新技術(shù)就是提高給定信道的頻譜效率并增加數(shù)據(jù)吞吐能力的調(diào)制技術(shù)的另一個(gè)實(shí)例。衛(wèi)星定位在距地球22，300英里的圍繞赤道的軌道上。這稱為地球靜止軌道，該軌道上的衛(wèi)星以與地球同步的方式旋轉(zhuǎn)，因此它們的運(yùn)動(dòng)軌跡是固定的，這使其成為一個(gè)非常合適的從地球上的一個(gè)位置到另一位置的信號(hào)中繼平臺(tái)。

　　衛(wèi)星上有多個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器，它們可以撿拾來(lái)自地球的弱上行線路信號(hào)，并將該信號(hào)以不同的頻率重新發(fā)送。這些轉(zhuǎn)發(fā)器是線性設(shè)備，具有固定帶寬，一般為36MHz。有些新型衛(wèi)星具有72MHz的信道轉(zhuǎn)發(fā)器。帶寬固定時(shí)，數(shù)據(jù)速率也是固定的，并且由調(diào)制技術(shù)和多址技術(shù)決定。

　　問題是如何滿足由于對(duì)更高通信能力的日益增長(zhǎng)的需求而引起的提高遠(yuǎn)程衛(wèi)星中的數(shù)據(jù)速率的要求。解決方法很簡(jiǎn)單，就是創(chuàng)建和實(shí)現(xiàn)頻譜效率更高的調(diào)制技術(shù)。NovelSat公司正是按照這個(gè)思路做的。該公司的NS3調(diào)制技術(shù)可以將帶寬容量提高多達(dá)78%。

　　這種提高來(lái)自以前推出的APSK調(diào)制技術(shù)的修訂版。常用的衛(wèi)星傳輸標(biāo)準(zhǔn)DVB-S2是一個(gè)可以使用QPSK、8PSK、16APSK和32APSK調(diào)制方式和不同的正向糾錯(cuò)（FEC）方案的單個(gè)載波（一般是L波段950至1750MHz）。最常見的應(yīng)用是視頻傳輸。

　　NS3技術(shù)通過多個(gè)振幅和相位符號(hào)提供64APSK調(diào)制方式，提高了頻譜效率，在DVB-S2技術(shù)的基礎(chǔ)上有所提升。此外還包含了低密度奇偶校驗(yàn)（LDPC）碼。這種整合可以在72MHz的轉(zhuǎn)發(fā)器中實(shí)現(xiàn)358Mbps的最高數(shù)據(jù)速率。由于調(diào)制方式是APSK，因此TWT PA不必進(jìn)行回退，以保留完美的線性度。因此與DVB-S2相比，它們能以更高的功率工作，并實(shí)現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)速率和更低的CNR。NovelSat公司的NS1000調(diào)制器和NS2000解調(diào)器可用來(lái)將衛(wèi)星系統(tǒng)升級(jí)至NS3。在大多數(shù)應(yīng)用中，針對(duì)給定的CNR，NS3都可以在DVB-S2基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)速率的提升。