1、无线通信发展史
通信技术是支撑现代社会发展最为基础的技术,通信就是传递信息。最早的通信有最古老的书信通信、烽火台传信等。而当今的通信手段更为多样化,电话、电子邮件、即时通信(微信)、手机等。
数千年来,不管是君王或将军,都需要一套很有效率的通讯模式来治理国家、指挥军队。他们当然也深知万一信息落入不当人士手里,让敌国窥知机密,或让反对势力获取关键信息时,所会产生的严重后果。
控制信息通流是保持社会稳定的一种手段。历来通信手段都是从军用开始,然后再延伸到民用。
从最初的结绳记事,到文字的发明,都是为了记录信息,而文字载体的发明更多是出于人类的频繁交流,所以文字载体发明路径是越来越轻便。
人类最初的迁徙社会,哪里有食物就迁徙到哪儿,此时这种采集社会最大的特征就是人类没有多余的家当,没有贮藏食物的需求。文字也不是必须的。但随着领土的扩张,掌权者要维持领土不丢失,就需要更为高效的通信手段,如何让远方的守军收到指示就显得迫在眉睫了。
图1 指环王中的烽火台
最早有中国的烽火台,当最临近敌人的烽火台守候部队发现敌情,守兵会点着狼烟。古人用“狼烟四起”来形容到处都在爆发战争,说明国家危机,百姓要遭殃!这种通信的弊端是,只能显示两种状态,“有”或“无”敌情。
图2 沙普发明的信号塔示意图
再到16世纪法国的克洛德ˑ沙普发明的信号塔,沙普制作的信号塔主要是通过视觉,从一座信号塔向另一座视觉范围内的信号塔发送信号。和烽火台有异曲同工之处,而信号塔通过在横梁两端安装两个巨大悬臂,分别由缆索操纵,悬臂可以形成七个角度,相邻之间相差四十五度,单次可以传输98种信息。1799 年拿破仑政变成功后,通过信号塔向全国各地发送了一条信息“巴黎无事,良民皆安”。
信号塔相对于烽火台,信息容量得到了提升;但不到半个世纪,沙普信号塔网络却销声匿迹了,被电报完全取代。在电报以前包括信件、烽火台、信号塔等都极容易受到天气的影响,而且传递信息很容易被中断或解读错误等问题。在军事领域,一个错误信息带来的后果是不堪设想的。
电报在远距离通信领域跨出巨大一步,可使军事命令迅速传达下去,给传媒业带来最新的消息,提供宝贵的商业信息,让遥遥相隔的公司可以进行实时交易等,这可是人类信息史上划时代的发明。
2、无线通信基础
人类的通信随着电报的发明,一直在努力提升信号传输速度和容量。从早期的模拟调制仅有2种符号(symbol)来区分0或1,到如今的数字调制,例如QAM则有更多的符号,每个符号都有相应的相位和幅度值。
表1 无线通信的调制技术和采用示例
以16-QAM为例,通过QAM调制可得到16个不同的波形,分别代表0000,0001....这也意味着一共有16种符号,一个符号可以传递4 bit信息。
图3 16-QAM示意图
Part.1
QAM的星座图
在数字信号调制中,星座图通常用于表示QAM调制二维图形。星座图相对于IQ调制而言,将数据调制信息映射到极坐标中,这些信息包含了信号的幅度信息和相位信息。
星座图上的每一个点,都表示一个符号。该点I轴和Q轴的分量分别代表着正交的载波上的幅度调整。该点到原点的距离A就是调制后的幅度,夹角φ就是调制后的相位。