一、数字调制概念

       数字调制是将数字信号转换成适合信道特性波形的过程。基带调制中这些波形通常具有整形脉冲的形式，而在带通调制（Bandpass Modulation）中则利用整形脉冲去调制正弦信号，此正弦信号称为载波波形（CarrierWave），将载波转换成电磁场（ElectromagneticField，EM）传播到指定的地点就可以实现无线传输。那么，为什么一定要通过载波来实现基带信号的无线传输呢？是因为电磁场必须利用天线才能在空间传输，天线的尺寸主要取决于波长λ及应用的场合。对LoRa应用来说，天线长度一般为λ/4（针对室内网关常用尺寸，对于节点的天线尺寸会略小一些），式中波长等于c/f，c是光速3×108m/s。假设发送一段LoRa基带有效信号（f=5kHz），如果不通过载波而直接耦合到天线发送，计算一下天线有多长？采用四分之一波长作为天线的尺寸，对于5kHz的基带信号，其尺寸为λ/4=1.5×104m，大概15km，为了在空间传输5kHz的信号，不用载波进行调制，需要尺寸为15km的天线。当然我们知道15km的天线是完全不可行的，如果使用15km的天线做LoRa项目还不如直接用有线连接来得方便，所以必须通过其他的方法将数据传出去。但是，如果把基带信号先调制在较高的载波频率上，比如调制到470MHz的中国LoRa频段上，那么天线的尺寸仅为16cm，很显然这个尺寸的天线是可以实现的，远距离的无线传输问题也就迎刃而解了。

       在实际的应用中，射频信号通过频带传输的方式主要是通过正弦载波进行调制的，调制的功能如下：

使信号更适合于信道传输；

实现信道复用提高通信系统的有效性；

提高通信系统的抗干扰能力提高通信系统的可靠性。

       图2-1所示为一个数字调制系统的框图，几乎现在所有的无线通信都是按照这个框图实现的。本节主要讨论数字调制、数字解调和信道三部分，2.2节讨论图中数字调制系统的扩频调制和扩频解调部分，8.2.1小节讨论图中数字调制系统的多址连接问题。

图2-1   数字调制系统框图

 

       数字调制共有三种基本形式：振幅键控（ASK）、频移键控（FSK）、相移键控（PSK）。而其中最简单、最基本的调制方式是2ASK、2FSK、2PSK/2DPSK，这三类数字调制经过扩展可以成为MASK、MFSK、MPSK/MDPSK等，这里列出的三种基础调制方式和 扩展调制方式包括市场上大多数电子产品的无线通信方法。其中市场上最常见的电子遥控玩具等低价无线通信产品都使用2ASK技术，蓝牙2.0采用2FSK技术，而W-iFi、ZigBee技术就采用了MPSK/MDPSK技术，而常见的LoRa芯片内部也兼容2FSK或者MFSK技术。

二、二进制数字的调制

       常见二进制调制方式是2ASK、2FSK、2PSK/2DPSK，这三类数字调制分别通过调幅、调频、调相实现数据编码传输，其波形如图2-2所示。

1.二进制振幅键控（2ASK）

       ASK即“幅移键控”又称为“振幅键控”，其概念是正弦载波的幅度随着调制信号而变化，2ASK是二进制振幅键控。图2-3为2AKS调制波形图。

图2-2     常见二进制调制波形对比图

图2-3    2ASK调制波形图

       振幅键控是正弦载波的幅度随数字基带信号而变化的数字调制。当数字基带信号为二进制时，则为二进制振幅键控。设发送的二进制符号序列由0、1序列组控制正弦载波信号输出。用二进制数字基带信号控制正弦载波的振幅，使其一一对应变换。

“1”→Acosωct=e1（t）
“0”→0cosωct=e2（t）

       若发送0符号的概率为p，发送1符号的概率为1-p，且相互独立。该2ASK的时间表达式为