1、無線通信發展史
通信技術是支撐現代社會發展最為基礎的技術,通信就是傳遞信息。最早的通信有最古老的書信通信、烽火臺傳信等。而當今的通信手段更為多樣化,電話、電子郵件、即時通信(微信)、手機等。
數千年來,不管是君王或將軍,都需要一套很有效率的通訊模式來治理國家、指揮軍隊。他們當然也深知萬一信息落入不當人士手里,讓敵國窺知機密,或讓反對勢力獲取關鍵信息時,所會產生的嚴重后果。
控制信息通流是保持社會穩定的一種手段。歷來通信手段都是從軍用開始,然后再延伸到民用。
從最初的結繩記事,到文字的發明,都是為了記錄信息,而文字載體的發明更多是出于人類的頻繁交流,所以文字載體發明路徑是越來越輕便。
人類最初的遷徙社會,哪里有食物就遷徙到哪兒,此時這種采集社會最大的特征就是人類沒有多余的家當,沒有貯藏食物的需求。文字也不是必須的。但隨著領土的擴張,掌權者要維持領土不丟失,就需要更為高效的通信手段,如何讓遠方的守軍收到指示就顯得迫在眉睫了。
圖1 指環王中的烽火臺
最早有中國的烽火臺,當最臨近敵人的烽火臺守候部隊發現敵情,守兵會點著狼煙。古人用“狼煙四起”來形容到處都在爆發戰爭,說明國家危機,百姓要遭殃!這種通信的弊端是,只能顯示兩種狀態,“有”或“無”敵情。
圖2 沙普發明的信號塔示意圖
再到16世紀法國的克洛德?沙普發明的信號塔,沙普制作的信號塔主要是通過視覺,從一座信號塔向另一座視覺范圍內的信號塔發送信號。和烽火臺有異曲同工之處,而信號塔通過在橫梁兩端安裝兩個巨大懸臂,分別由纜索操縱,懸臂可以形成七個角度,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,通過信號塔向全國各地發送了一條信息“巴黎無事,良民皆安”。
信號塔相對于烽火臺,信息容量得到了提升;但不到半個世紀,沙普信號塔網絡卻銷聲匿跡了,被電報完全取代。在電報以前包括信件、烽火臺、信號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誤等問題。在軍事領域,一個錯誤信息帶來的后果是不堪設想的。
電報在遠距離通信領域跨出巨大一步,可使軍事命令迅速傳達下去,給傳媒業帶來最新的消息,提供寶貴的商業信息,讓遙遙相隔的公司可以進行實時交易等,這可是人類信息史上劃時代的發明。
2、無線通信基礎
人類的通信隨著電報的發明,一直在努力提升信號傳輸速度和容量。從早期的模擬調制僅有2種符號(symbol)來區分0或1,到如今的數字調制,例如QAM則有更多的符號,每個符號都有相應的相位和幅度值。
表1 無線通信的調制技術和采用示例
以16-QAM為例,通過QAM調制可得到16個不同的波形,分別代表0000,0001....這也意味著一共有16種符號,一個符號可以傳遞4 bit信息。
圖3 16-QAM示意圖
Part.1
QAM的星座圖
在數字信號調制中,星座圖通常用于表示QAM調制二維圖形。星座圖相對于IQ調制而言,將數據調制信息映射到極坐標中,這些信息包含了信號的幅度信息和相位信息。
星座圖上的每一個點,都表示一個符號。該點I軸和Q軸的分量分別代表著正交的載波上的幅度調整。該點到原點的距離A就是調制后的幅度,夾角φ就是調制后的相位。